Kurs: Technik, Energie und Nachhaltigkeit | OnCourse UB

  • Lektion 4

    • Elemente und Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage

      In Deutschland wird je nach Einstrahlung und Anlagenqualität mit PV-Anlagen ein Energieertrag von etwa 900 –1.000 kWh/kWp erzielt. Die Systemkosten von Photovoltaikanlagen sind seit 2006 bis 2023 um mehr als 60% im Preis gesunken. 

      Eine typische Dachsolaranlage besteht aus der Kombination von mehreren Modulen. Typisch sind Modulleistungen zwischen 350 und 450 Watt. Ein Modul besteht üblicherweise aus 60 Solarzellen. Die Solarzellen sind in Reihe geschaltet und in zehn Reihen und sechs Spalten angeordnet. Ein Modul hat ein Flächenmaß von 1 m x 1,6 m.

      Zu einer Komplettanlage zählen außerdem Gleichstromleitungen, der Wechselrichter, ein Batteriespeicher und mehrere Zähler. Das sind 

      1. der Bezugszähler für den genutzten Strom aus dem Versorgungsnetz;
      2. der Einspeisezähler für den ins Netz eingespeisten Solarstrom und
      3. der Ertragszähler (PV-Zähler) für den gesamten produzierten Solarstrom.


      Die Wirtschaftlichkeit einer Anlage hängt von folgenden Faktoren ab:
      • Einstrahlungsintensität am Standort, 
      • Modultyp/Moduleffizienz, 
      • Ausrichtung der Module (Süd, West, Ost, Südwest, Südost). 

      Der Azimut Winkel ist dabei eine relevante Größe, die den möglichen Ertrag einer Photovoltaik Anlage bestimmt. Der beste Ertrag wird erzielt, wenn die Anlage optimal ausgerichtet ist. Der Azimut Winkel beschreibt die Abweichung der PV-Fläche von der Südrichtung hinsichtlich der Ost-West-Ausrichtung. Wichtig sind außerdem die Dachneigung/Aufständerung im Winkel 13° bis 30°, die Verschattungsintensität, die Temperatur und Modulalterung.



      Berechnung der Anlagengröße und Wirtschaftlichkeit

      Software-basiert lässt sich über eine Ertragsprognose die Wirtschaftlichkeit der Anlageninvestition und der zu erwartende Erträge in einem 20-jährigen Anlagenbetrieb vorausberechnen. Viele Kommunen haben Solarkataster angelegt, in denen die geeigneten Dachflächen und ihr Ertragspotential grafisch dokumentiert sind. Sie zeigen das theoretische Ertragspotential, ohne Aussagen über die statische Eignung von Dachflächen zu machen. 

      Solarkataster können aber als erste wertvolle Orientierung dienen. Für eine Feinplanung stehen auf dem Markt Software-Systeme (z.B. PV*SOL von Valentin Software u.a.) zur Verfügung, die eine exakte Vorausberechnung der Erträge und Investition in eine moderne PV-Anlage leisten. Um eine detaillierte Berechnung der voraussichtlichen Anlagenerträge vornehmen zu können, bedarf es der Eingabe lokaler Daten (Dachneigung, Verschattung, Ausrichtung, Lage, etc.). An dieser Stelle soll eine simple Beispielrechnung für die Dimensionierung einer Haus-Dachanlage für eine Familie erfolgen, ohne Berücksichtigung von Standortfaktoren und Ertragsminderung in der Laufzeit.


      Benötigte Dachfläche und Speicherbedarf

      Rahmendaten zur Dimensionierung einer PV-Anlage inkl. Speicher für eine Familie: 

      • Pro Kilowattpeak (kWp) - der Spitzenleistung - lassen sich bis zu 1.000 kWh im Jahr Energie erzeugen. Ein kWp benötigt rund 7 m2 Dachfläche. 
      • Bei der Dimensionierung eines Batteriespeichers ist zu berücksichtigen: Die tatsächlich nutzbare Speicherkapazität liegt häufig nur bei circa 70% Entladetiefe (wie viel Kapazität einer Batterie/Speichers entladen werden kann) der Speichergröße. Das hat zur Folge, dass ein 4 kWh-Speicher nur etwa 2,8 kWh Strom bereitstellen kann. Der zu bauende Speicher wird von daher etwas größer dimensioniert (Faktor 1,5).
      • 2024 kostet ein kleinerer Stromspeicher (4 bis 6 kWh) etwa 900 bis 1.400 € pro Kilowattstunde. Es ist davon auszugehen, dass sich zukünftig ein Preis von 500 € bis 600 € pro kWh Speicherkapazität bei Lithium-Ionen-Akkus einpendelt. 
      • Dagegen ist die Solarmodul-Preisentwicklung von Solaranlagen stark gesunken. Sie beträgt mit Stand Anfang 2024 rund 0,15 EUR pro Wp (= 150 EUR pro kWp).




      (Quelle: ©Burkhardt, Jens (2024): Preisentwicklung Photovoltaik: aktuelle Fakten und Daten 2024 auf www.echtsolar.de, URL: https://echtsolar.de/preisentwicklung-photovoltaik/, Daten von pvxchange.com)

    • Wichtig beim Speicherkauf: Die relativ hohen Speicherkosten werden durch die Dimensionierung des Speichers am Minimum eingegrenzt, d.h. der Speicher wird möglichst knapp bemessen, so dass er gerade für den kalkulierten Bedarf ausreicht. Gesamtziel ist es, durch den Speicher einen besonders hohen Eigenverbrauchsanteil zu erreichen. Der Eigenverbrauchsanteil (siehe Kapitel 2) beziffert den Anteil des selbst erzeugten Solarstroms, der nicht in das öffentliche Netz eingespeist wird, also selbst verbraucht oder zwischengespeichert wird. Für die meisten Einfamilienhäuser ist ein realistischer Eigenverbrauchsanteil von rund 60-70% erreichbar, wenn beim Anlagenkauf ebenfalls in einen Speicher investiert wird. Bei diesem Eigenverbrauchsanteil stehen Kosten und Nutzen in einem guten Verhältnis.

      Ein anderer wichtiger Begriff ist der Energieautarkiegrad, er gibt an, wie viel Prozent seiner Energie ein Haushalt durch Eigenversorgung abdeckt. Mit einer PV-Anlage mit großem Stromspeicher ist ein hoher Energieautarkiegrad von 70 oder sogar 80% möglich. Eine PV-Anlage ohne Stromspeicher erreicht dagegen einen Energieautarkiegrad von nur rund 30-40%. Durch die zukünftige Ladung von Privat-Elektroautos in den hauseigenen Ladestationen (Wall-Box) und Nutzung von PV-Speicherstrom bedarf es allerdings einer veränderten und komplexeren Kalkulationsgrundlage, die nicht Gegenstand dieser Veranstaltung ist.

      Solarausbau (Audio)

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