Photovoltaik

Nachhaltige Energiegewinnung

Solarmodule

Solarmodule sind die augenfälligsten Komponenten einer Solaranlage. Sie wandeln Sonnenlicht in elektrische Energie um. Das geschieht über den Photoelektrischen Effekt, also das „Ausschlagen“ und „Abführen“ von Elektronen aus dem Material der Solarzellen durch die eintreffenden Lichtquanten.

Die Module nehmen dabei keinen Schaden, da die Elektronen umgehend aus der Umgebung wieder „nachgefüllt“ werden. Tatsächlich sind die Module sehr langlebig und bringen zum Teil über 25 Jahre Garantie auf die angegebene Leistung mit. Es gibt aber zwischen den Modularten eine ganze Reihe an Unterschieden, insbesondere beim Zellmaterial, bei der Kontaktierung und der Bauweise der Module.

Zellmaterial – Mono- vs. Polykristallin, Perowskit

Das Zellmaterial ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl von Solarmodulen und beeinflusst deren Leistungsfähigkeit und Effizienz. Mono- und polykristalline Silizium-Solarzellen sind die beiden gängigsten Arten von Solarzellen auf dem Markt.
Mono­kristalline Zellen zeichnen sich durch ihre hohe Effizienz und Leistung aus, da sie aus einem einzigen Siliziumkristall hergestellt werden, was zu einer gleichmäßigen Struktur führt. Wirkungsgrade von über 20% und Modulleistungen von über 400Wp (Wp = Wattpeak, also die unter Idealbedingungen mögliche Maximalleistung) sind hier bereits der Standard.
Polykristalline Zellen hingegen bestehen aus mehreren Siliziumkristallen. Sie sind in der Regel kostengünstiger, weisen jedoch auch einen geringeren Wirkungsgrad auf als monokristalline Zellen. Daher sind sie bei modernen Solaranlagen, wo es auf hohen Ertrag ankommt, praktisch nicht mehr anzutreffen. Auch die Tatsache, dass sie eine sehr spezifische Optik in marmoriertem Blau aufweisen während monokristalline Zellen meist in elegantem Schwarz gefertigt sind, trägt dazu bei. Schwarz kann man ja bekanntlich zu fast allem tragen.
Eine noch nicht marktreife aber zukunftsträchtige Zelltechnologie basiert auf dem im Erdmantel sehr häufig auftretenden Mineral Perowskit. Perowskit-Zellen haben das Potenzial, kostengünstiger hergestellt zu werden als herkömmliche Siliziumzellen und bieten gleichzeitig höhere Wirkungsgrade. Allerdings sind sie aktuell u.a. noch zu anfällig für Feuchtigkeit und weisen eine kürzere Lebensdauer auf als Siliziumzellen. Daher ist noch einiges an Forschungsarbeit notwendig, bis die ersten Perowskit-Module an den Markt kommen.

 

Aufbau und Kontaktierung – PERC, TopCon, n-Type

Der Aufbau von Solarzellen hat signifikate Auswirkungen auf den Wirkungsgrad. Hier finden ständige Optimierungen und Neuentwicklungen statt, welche die mögliche Ausbeute immer weiter ausreizen. So war etwa die PERC (Passivated Emitter Rear Cell)-Technologie über Jahre hinweg dominierend, Bei ihr befinden sich auf der Rückseite der Zellen eine reflektierende Schicht, die das langwellige Licht, welches bei herkömmlichen Zellen nicht genutzt werden kann, in die Zelle zurücktransportiert und nutzbar macht. Dadurch weisen sie auch ein besseres Schwach- und Diffuslichtverhalten auf.
Eine Abwandlung der PERC-Technologie sind TOPCon (Tunnel Oxide Passivating Contact) Zellen. Anstelle einzelner Kontakte auf der Rückseite wird ein vollflächiger passivierender Rückseitenkontakt mit einer 1 Nanometer dünn aufgetragenen Tunneloxidschicht verwendet, was den Wirkungsgrad nochmals etwas erhöht.
Ein weiterer Innovationsbereich ist die Dotierung. Während bis vor Kurzem die Dotierung der Siliziumwafer mit Bor (b-Type) der Standard war, bietet die neuere und immer populärere Dotierung mit Phospor (n-Type) eine größere Anzahl freier und damit für die Stromerzeugung nutzbarer Elektronen, was ebenfalls den Wirkungsgrad erhöht.

Bauweise – Vollzelle, Halbzelle, Schindeltechnik, bifazial, Glas-Folie, Glas-Glas, Kunststoff.

Zusätzlich zu Zellmaterial und -aufbau ist auch die Verschaltung der Zellen untereinander von Bedeutung beim Wirkungsgrad. Während noch bis vor wenigen Jahren ausschließlich Vollzellenmodule verkauft wurden, sind heute Halbzellenmodule der Standard. Bei diesen werden die quadratischen Solarzellen in zwei Hälften geteilt, um den Widerstand pro Zelle zu reduzieren. Zudem werden Halbzellenmodule auch insgesamt in zwei unabhängige Hälften geteilt (meist sichtbar durch einen „Trennstreifen“ in der Modulmitte). Dies macht sie weniger anfällig für Leistungsverluste durch Verschattung.
Neuer ist die Schindeltechnik, bei der Solarzellen in schindelartig überlappenden Streifen angeordnet sind, um die Effizienz weiter zu steigern und das Erscheinungsbild der Module zu verbessern. Sie sind meist in völlig schwarzer Optik gefertigt und die elegantesten Solarmodule am Markt.
Zudem unterscheiden sich Solarmodule noch in der „Verpackung“ der Zellen. Die klassischen Module für Aufdach-Solaranlagen sind Glas-Folie Module, welche auf der Vorderseite mit Solarglas, auf der Rückseite aber mit einer Kunststofffolie versehen sind. Sie sind die günstigste Modulvariante und sehr stark verbreitet.
Glas-Glas Module hingegen weisen auch hinten eine Glasschicht auf, was sie insgesamt schwerer macht. Dafür können sie dank transparenten Flächen zwischen den Solarzellen auch für besonders schöne Überdachungen verwendet werden und weisen besonders hohe Feuerfestigkeit auf.
Ein neuer Trend sind bifaziale Glas-Glas Module, welche auch auf der Rückseite Strom erzeugen können. Diese eignen sich besonders bei Montage auf hellen und reflektierenden Hinter-/Untergründen oder bei der lotrechten, freistehenden Montage, etwa als Solarzaun. Sie können den Ertrag unter bestimmten Umständen um bis zu 30% steigern.
Da, wo aus statischen Gründen keine Glasmodule zum Einsatz kommen sollen, kann man seit einigen Jahren auf Solarmodule aus Kunststoff zurückreifen. Die aus Glasfaserverbundstoff oder aus ETFE gefertigten Paneele stehen in ihrem Wirkungsgrad klassischen Solarmodulen in nichts nach, kosten allerdings etwas mehr pro Wattpeak und weisen etwas kürzere Garantiezeiten auf. Dafür wiegen sie oft nur ein Viertel ihrer gläsernen Verwandten und können, sofern mit entsprechenden Rahmen versehen, mit denselben Montagelösungen befestigt werden wie Glasmodule.

Fazit

Solarmodule sind in vielen Varianten verfügbar. Bei der Auswahl sollte man darauf achten, dass sie zum eigenen Bedarf, zum Montageort und zum Geldbeutel passen. Wenn man diese Punkte beachtet, liefern sie über viele Jahre hinweg zuverlässig Strom aus der Sonne. Und das ist es ja, worauf es am Ende ankommt.

Montagelösungen

Das Hausdach ist zwar der übliche Anbringungsort einer PV-Anlage, aber bei weitem nicht der einizige. Wo auch immer man seine Anlage hinhaben möchte, muss sie sicher montiert werden. Die Montageart muss nicht nur für die Einbausituation an sich geeignet sein, sondern auch den Wind- und Schneelasten, der UV-Einstrahlung, dem Regen, Frost und anderen Umwelteinflüssen über viele Jahre standhalten.

Hier gibt es zum Glück eine große Auswahl an Lösungen für alle möglichen Dacharten, zum Aufstellen für Flach-/Garagendächer, solche für die Fassade und auch welche für den Balkon, die Terrasse oder den Garten.

Dachformen

Photovoltaikanlagen auf Dächern sind der am häufigsten anzutreffende Fall. Die Erfahrung zeigt, dass dabei eine Reihe an Punkten zu beachten sind, damit das Projekt gelingt die Funktionalität der Solarpanels sowie die Integrität des Daches erhalten bleiben. Dabei gilt es einige grundsätzliche Schritte zu beachten.

Der erste Schritt besteht darin, die Struktur und Belastbarkeit des Daches unter die Lupe zu nehmen. Nicht jedes Dach ist gleichermaßen geeignet, die Photovoltaikmodule zu tragen und zugleich auch eine für eine sinnvolle Anlagengröße ausreichende Sonneneinstrahlung zu gewährleisten. Die Tragfähigkeit bestimmt ein Statiker oder ein spezialisierter Dachdecker/Solarteur. Die generelle Sonneneinstrahlung kann man über kostenlose Tools wie PVGIS und die möglichen Erträge bei bestimmter Dachausrichtung über viele verschiedene Online-Tools errechnen. Wenn es Schattenquellen gibt, wie Dachaufbauten (Kamine, Erker, Gauben etc.) oder Bäume und Häuser in der Nachbarschaft, dann ist man auch hier gut beraten, eine Fachkraft mit der Berechnung der sinnvollen Anlagengröße und -Platzierung zu beauftragen.

Der zweite Schritt ist die Auswahl der richtigen Montagesysteme. Hier wird nach Dachformen unterschieden.

Ziegel-/Pfannendach

Es gibt verschiedene Systeme, die eine minimale Beeinträchtigung der Dachziegel und eine maximale Stabilität ermöglichen. Das häufigste System ist die Verwendung von Dachhaken, die direkt an den Dachsparren befestigt werden. Diese Methode vermeidet eine direkte Belastung der Dachziegel und gewährleistet, dass die Last der Solarmodule gleichmäßig auf die tragenden Elemente des Daches verteilt wird. Die Dachhaken werden unter den Dachziegeln montiert, was eine nahtlose Integration ohne sichtbare Beeinträchtigungen ermöglicht. Mitunter müssen hierfür Teile der Dachziegel ausgesägt/-geflext werden, um die Dachhaken an die richtige Stelle zu bekommen. Auf die Dachhaken werden dann Aluprofile geschraubt, auf welchen dann wiederum die Module befestigt werden, in der Regel mit Modulklemmen.

Blech-/Bitumendach

Anders als beim Ziegeldach ist bei Blech- und Bitumendächern keine Möglichkeit gegeben, die obere Dachschicht ohne Durchbohrungen zu erhalten. Daher wird hier mit nachträglichen Abdichtungen, etwa mit selbstdichtenden Schrauben, Flicken/Bänder, Flüssigbitumen oder Flüssigkunststoff gearbeitet. Zur Gewährleistung der Unterlüftung kommen hier oft Stockschrauben zum Einsatz, auf denen dann wiederum Aluprofile montiert werden. Bei Falz- und manchen Trapezblechen kann auch an den lotrechten Teilen montiert werden. Führende Anbieter von Montagesystemen haben hier bereits Lösungen entwickelt. Auch für Tonnendächer sind entsprechende Systeme verfügbar.

Flachdach/Garagendach/Carport

Da Flachdächer der Definition nach kein oder ein sehr geringes Gefälle aufweisen, wird hier im Normalfall mit Aufständerungen gearbeitet. Ist das Dach stabil genug, können diese einfach mit Gehwegplatten oder anderen Gewichten beschwert werden. Wo dies nicht geht, führt um eine Verschraubung im Normalfall kein Weg vorbei. Auch hier ist darauf zu achten, dass die Dichte und Integrität des Daches nicht in Mitleidenschaft gezogen wird, was wiederum eine Fachkraft am besten beurteilen kann.

In den meisten Fällen der Dachmontage ist am Ende so oder so eine Dachdurchdringung notwendig, denn meist müssen ja die Kabel für den Anschluss an die Hauselektrik durch das Dach geführt werden. Auch diese Durchführungen müssen fachgerecht abgedichtet werden, um Leckagen und Wasserschäden zu vermeiden. Spezielle Durchführungselemente, die sich je nach Dachart unterscheiden, sorgen für eine wasserdichte Verbindung.

Fassade/Balkon

Der Balkon bzw. die Fassade ist meist der augenfälligste Ort, Solarmodul zur Erzeugung eigener Energie anzubringen. Hier ist durch die meist lotrechte Montage insgesamt etwas weniger Ertrag zu erwarten als auf dem Dach, aber auch solche Anlagen können sich finanziell nach wenigen Jahren bezahlt machen. Das hängt auch damit zusammen, dass sie im Winter dafür etwas mehr Ertrag liefern, als Dachanlagen, da dann die Sonne niedriger steht und so einen besseren Einfallswinkel auf lotrechte Module aufweist. Mitunter sind auch Systeme mit Aufständerungswinkel verfügbar, hier sollte aber aufgrund der möglichen stärkeren Windbelastung genau auf die Angaben zu Windzone, Anbringungshöhe und Geländekategorie geachtet bzw. diese erfragt werden.

Für die Fassadenmontage werden meist Systeme mit Aluschienen verwendet, welche mit der Fassade verschraubt werden und auf denen die Module dann mit Modulklemmen oder linearen Systemen fixiert werden. Wenn ein Gebäude bereits beim Bau mit Solarelementen geplant wird, spricht man von „BIPV“ (Building integrated PV). In diesem Fall sind besondere baurechtliche Anforderungen an die Solarmodule zu beachten.

Bei der Montage am Balkon gibt es eine Reihe verschiedener Systeme, auf die man zurückgreifen kann, von Bügel, die den Handlauf umschließen, bis zu Montageschienen, welche geklemmt oder geschraubt werden können. Bei Neubau oder einer notwendigen Sanierung von Balkonen, kann auch mit Brüstungselementen gearbeitet werden, welche bereits integrierte Solarmodule aufweisen. Diese sind meist in halbtransparenter, rahmenloser Glas-Glas Variante ausgeführt und besonders ästhetisch ansprechend.

Hinweis für Mieter/Wohnungseigentümer:
Eine Anbringung an Balkon oder Fassade beeinträchtigt das Fassadenbild. Zudem sind zur Anbringung von Solarmodulen oft bauliche Veränderungen wie Bohrungen an der Brüstung/Gebäudehülle o.ä. erforderlich. In dem Fall ist nach aktueller Rechtslage vorab das Einverständnis des Vermieters bzw. der Eigentümergemeinschaft einzuholen. Das gilt jedoch z.B. nicht für ein auf Balkonflächen oder nicht einsehbaren Dachterrassen stehendes Solarmodul.
Zudem ändert sich hier gerade die Rechtslage. Zeitnah ist mit einer „Privilegierung“ von bestimmten Formen der Photovoltaik in Miet- und Wohneigentumsrecht zu rechnen, welche eine grundsätzliche Genehmigung solcher Projekte beinhaltet. Dennoch können Vermieter oder Eigentümergemeinschaften weiterhin Vorgaben machen, wie das Projekt umzusetzen ist. Wie weit diese Vorgaben gehen können, ist noch unklar.

Terrasse/Garten/Grundstück

Wenn man ausreichenden Platz für eine PV-Anlage auf einer Terrasse oder im Garten hat, dann gibt es auch hier mittlerweile eine breite Auswahl an Optionen. Beliebt sind etwa Solar-Überdachungen für die Terrasse, welche mitunter bereits als Gesamtprodukt angeboten werden. Hier kommen, wie bei den Balkonbrüstungs-Elementen, oft halbtransparente Module zum Einsatz, um eine schöne Lichtatmosphäre zu gewährleisten. Bei PV-Anlagen im Garten oder anderen Grundstücksteilen ohne Gebäude werden für gewöhnlich schlichte Aufständerungen verwendet und je nach Bedingungen mit Betonwinkeln, beschwerte Aufständerungsdreiecken, fixierten Standfüßen oder Modulwannen gearbeitet. Hier ist insbesondere auf die am Nutzungsort zu erwartenden Windlasten zu achten.

Eine neuere Entwicklung sind Solarzäune, welche entweder als Komplettsystem oder als Nachrüstsatz für bestehende Zäune zur Verfügung stehen. Hier kann sich, insbesondere bei einem Zaun, der von Nor(west/ost)den nach Süd(west/ost)en verläuft, der Einsatz von bifazialen Modulen lohnen. Diese erzeugen auch auf der Rückseite Energie, was für die Morgen-/Abendstunden genutzt werden kann.

Wechselrichter

Der Wechselrichter ist das Herzstück einer Photovoltaikanlage. Ihm ist zu verdanken, dass der aus den Solarmodulen stammende Gleichstrom überhaupt das Stromnetz eingespeist werden kann, denn er wandelt ihn in den sinusförmigen Wechselstrom um, der im Netz anzutreffen ist. Solaranlagen teilen sich in Hinsicht auf die verwendeten Wechselrichter in erster Linie in zwei Lager auf: Solche mit String-Wechselrichtern und solche mit Modulwechselrichtern. Diese wiederum unterscheiden sich etwa nach der Anzahl von „MPP-Reglern“.

MPP-Regler

MPP steht für „Maximum Power Point“. Da die Leistung (Power) das Produkt aus Stromstärke und Spannung ist, und die Stromstärke sowie die Spannung der Solarmodule je nach Typ, Sonneneinstrahlung und Außentemperatur variieren, sorgt der MPP-Regler im Wechselrichter dafür, dass immer das optimale Verhältnis zwischen Stromstärke und Spannung herrscht, um die maximale Leistung zu erzeugen. Für Solaranlagen gibt es Wechselrichter mit einem oder zwei MPP-Reglern. Die Modelle mit einem MPP-Regler unterscheiden sich wiederum in String- und Mikrowechselrichter (auch Modulwechselrichter genannt), während es sich bei den Wechselrichtern mit zwei (oder mehr) MPP-Reglern immer um Mikrowechselrichter handelt.
String-Wechselrichter arbeiten, wie der Name vermuten lässt, mit Strings, also Strängen aus mehreren Solarmodulen, welche in Reihe hintereinander gesteckt werden (immer der Plus-Stecker des einen an den Minus-Stecker des anderen Moduls). Diese Reihenschaltung sorgt dafür, dass die Spannung der einzelnen Module aufaddiert wird. Während das für Mikrowechselrichter den sofortigen Tod bedeuten würde, halten Stringwechselrichter diese hohe Spannung problemlos aus. Allerdings haben sie einen entscheidenden Nachteil: Alle Module müssen in dieselbe Richtung zeigen und dürfen nicht unterschiedlich verschattet sein. Bei einem Modul-String gilt nämlich: Der Strang ist nur so stark wie sein schwächstes Teil. Ist ein Modul verschattet, so sinkt die Leistung des gesamten Strings dennoch auf die des verschatteten Moduls, auch wenn auf die anderen die Sonne scheint.
Mikrowechselrichter haben diese Probleme nicht. Sie arbeiten nicht mit Strings sondern bieten immer nur Platz für ein Modul pro Anschluss. Jeder Anschluss wiederum bietet einen eigenen MPP-Regler, sodass bei einem Wechselrichter mit zwei Anschlüssen dennoch der MPP für jedes Modul separat geregelt wird. Daher macht es hier weniger aus, wenn ein Modul im Schatten steht. Das andere liefert dennoch weiter Energie.
Zudem sind Mikrowechselrichter durch das einfachere Temperaturmanagement bei kleineren Spannungen auch wesentlich kleiner und wetterfester. Für Solaranlagen können die Mikrowechselrichter dann miteinander gekoppelt werden. Der Strom wird dabei durchgeschleift, sodass am Ende ein Strang von Mikrowechselrichtern nur einen Anschluss benötigt, welcher dann die Leistung aller einzelnen Wechselrichter bündelt.

Damit wird klar, dass bei Anlagen mit absehbar auftretenden Verschattungen Modulwechselrichter die bessere Wahl sein können. Stringwechselrichter sind aber im Vergleich meist günstiger, da ja im Normalfall nur einer benötigt wird, weshalb sie wesentlich häufiger anzutreffen sind.

Konformität

Um im Deutschen Stromnetz betrieben werden zu können, müssen Wechselrichter eine Reihe von Eigenschaften aufweisen. Sie dürfen etwa keine ungewünschten Inselnetze mit anderen Wechselrichtern bilden, müssen Blindleistung bereitstellen und müssen über einen Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz) vorweisen. Diese Eigenschaften tragen zum Schutz des Stromnetzes und zu seiner Stabilität bei. Angesichts der stark steigenden Zahl von Energieeinspeisungen über Wechselrichter, ist das auch sinnvoll. Den Nachweis darüber, dass die Wechselrichter diese Eigenschaften vorweisen, erfolgt in Form von durch ein unabhängiges Prüfinstitut ausgestellten Konformitätszertifikate. Diese bescheinigen jeweils die Übereinstimmung von Erzeugungseinheit und NA-Schutz mit den gängigen Industrienormen, insbesondere der Norm VDE AR-N-4105:2018-11.

Kommunikationsstandards

Moderne Wechselrichter wandeln nicht nur Energie um sondern zeichnen auch die entsprechenden Leistungsdaten auf. Dabei gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, wie diese weitergegeben werden. Während hierzu früher meist noch Kabel erforderlich waren, funktioniert die Kommunikation heute meist über W-LAN, Smart-Home Standards oder vereinzelt sogar schon über die 5G Frequenzen. Über diese wird etwa die Momentanleistung über die Server der Hersteller an Apps auf dem eigenen Smarthone weitergegeben, sodass man immer live mitverfolgen kann, wie viel das Kraftwerk gerade erzeugt. Die Daten können aber auch genutzt werden, um andere Steuerungssysteme wie Smart-Home-Manager oder Powerhubs anzusteuern. So ist es etwa möglich, die Waschmaschine automatisch zu starten, wenn ausreichend Sonnenenergie vorhanden ist, um sie möglichst günstig zu betreiben.
Qualitätsprodukte beachten dabei auch die Regeln der Datensicherheit und haben strikte Verschlüsselungsstrategien sowie Datenzentren innerhalb der europäischen Grenzen. Gerade in Hinblick auf die zukünftigen Anforderungen an ein smartes und anpassungsfähiges Stromnetz sollte heute schon darauf geachtet werden, dass Kommunikationsschnittstellen wie W-LAN oder 5G vorhanden sind, welche auch für die Einbindung in Energiegemeinschaften, virtuelle Kraftwerke und Flexibilitätsangebote nutzbar sind.

Welche Rendite kann eine PV Anlage erwirtschaften?

Für Photovoltaikanlagen ohne Energiespeicher kann man typischerweise Renditen, also einen jährlichen finanziellen Ertrag im Verhältnis zu den getätigten Investitionskosten, zwischen 5 und 8 Prozent erwarten. In einigen Fällen sind sogar bis zu 10 Prozent möglich. Damit stellt die Investition in eine Photovoltaikanlage eine finanziell attraktive Anlageoption dar. Die Rendite einer Photovoltaikanlage variiert allerdings abhängig von einer Reihe an Faktoren stark.
Hier einige Berechnungsbeispiele: (20 Jahre Betriebsdauer ab 2024)

Größe der PV-Anlage

5 kWp

10 kWp

Größe der PV-Anlage

Rendite ohne Speicher, 35% Eigenverbrauch

5 kWp

6,5 %

10 kWp

7,5 %

Größe der PV-Anlage

Rendite mit Speicher, 70% Eigeverbrauch

5 kWp

7 %

10 kWp

10 %

Quelle: Renditerechner Stiftung Warentest

Bedingungen: Überschusseinspeisung, Strompreis: 32 Cent, Betrieb: 2%, Strompreissteigerung: 2%, Ertrag p.a.: 950kWh/kWp, kein Ersatz d. Speichers

Die Bedingungen, welche für die Berechnung der möglichen Rendite beachtet werden müssen, werden im Folgenden kurz beschrieben.

Anschaffung, Errichtung, Anschluss

Bei der Anschaffung einer PV-Anlage stellt sich die Frage, wie viel der Installation man in Eigenleistung erbringen kann. Dies hat direkten Einfluss auf die Anschaffungs- und Errichtungskosten.
Bei einer Anlage, welche auf freier Fläche oder auf einem Flachdach mit Aufständerungen montiert wird, kann man bei der Errichtung durchaus selbst Hand anlegen und so einiges an Kosten sparen. Auf das Dach steigen und Dachpfannen zurecht flexen ist allerdings nicht jedermanns Sache. Wenn man für die Errichtung die Dienste einer Fachkraft in Anspruch nehmen möchte, dann ist man auch bei der Anschaffung der Komponenten häufig auf den jeweiligen Fachbetrieb verwiesen. Diese schlagen mitunter noch eine Rendite aus dem Verkauf derselben und bieten daher oft keine Errichtung einer durch den Betreiber selbst gekauften Anlage an. Auch Sicherheits- und Gewährleistungsgründe spielen hier eine Rolle.
Für den elektrischen Anschluss sollte auf jeden Fall eine Fachkraft hinzugezogen werden. Dabei macht es in den meisten Fällen keinen Unterschied, ob die Anlage selbst oder durch einen Fachbetrieb angeschafft und errichtet wurde.

Kauft man eine PV-Anlage selbst, dann ist diese aktuell schon für deutlich unter 1.000,00 € pro kWp erhältlich. Die Preise für Speicher fallen kontinuierlich und liegen häufig ebenfalls bereits deutlich unter 1.000,00 € pro kWh. Daher sind es vor allem die Kosten für die Arbeitsleistung und Arbeitsmittel wie Hebebühnen, welche den Gesamtpreis nach oben treiben. Hier lohnt sich die Eigenleistung also ebenso wie das Einholen von Vergleichsangeboten.

Betrieb, Wartung, Reinigung

Die jährlichen Betriebskosten umfassen hauptsächlich Wartungs- und Reparaturkosten, die in den ersten 20 Betriebsjahren etwa 3.000 € betragen können. Eine regelmäßige Reinigung der Anlage ist möglich, aber oft nicht wirtschaftlich, da die Module in der Regel durch Regen und Schnee gereinigt werden. Die Entscheidung für eine Versicherung der Anlage hängt von der Größe ab; generell gilt, dass größere Anlagen eher eine Versicherung rechtfertigen.

Moderne LiFePo4-Speicher haben eine Lebensdauer von rund 15-20 Jahren. Müssen diese ersetzt werden, reduziert das die Rendite ggf. erheblich. Allerdings ist noch unklar, wie sich die Speicherkosten im Laufe der nächsten Jahrzehnte verändern. Eine weitere drastische Vergünstigung ist zwar sehr wahrscheinlich aber natürlich nie sicher.

Ertrag, Standort, Ausrichtung

Der Ertrag einer Photovoltaikanlage, der von der Größe der Anlage und dem Standort des Hauses abhängt, ist ebenfalls entscheidend für die Rendite. In Deutschland erzeugt ein Kilowatt Peak Photovoltaikleistung durchschnittlich 1.000 kWh Strom pro Jahr, wobei Anlagen in Süddeutschland bis zu 1.300 kWh pro kWp und Anlagen in Norddeutschland in regenreichen Jahren auch nur 900 kWh pro installiertem Kilowatt Peak erzeugen können.

Eine reine Südausrichtung bringt mehr Ertrag, aber eine Ost-West Ausrichtung kann den Eigenverbrauchsanteil erhöhen, da dabei keine Mittagsspitze entsteht, sondern die Erzeugung gleichmäßiger über den Tag verteilt wird.

Die optimale Aufständerung bei Südausrichtung liegt zwischen 20° und 40°, je nach Breitengrad (im Norden steiler, im Süden flacher). Aufständerungssysteme sind oft eher auf 20°, da so auch die Windangriffsfläche klein und damit die notwendige Ballastierung niedriger gehalten wird.

Eigenverbrauchsanteil

Der Eigenverbrauch von Solarstrom steigert die Rendite, da eine Kilowattstunde Solarstrom für knapp über 10 Cent erzeugt werden kann, während der Strom beim Versorger durchschnittlich etwa 32 Cent pro Kilowattstunde kostet. Daher lohnt es sich, den eigenen Verbrauch und die Erzeugung
Ein Stromspeicher kann die Eigenverbrauchsquote drastisch erhöhen, indem er Tagesüberschüsse in der Zeit nach Sonnenuntergang nutzbar macht. Er sollte hierzu allerdings zum eigenen Verbrauchsverhalten und zur Anlagengröße passen. Die Faustformel lautet: 1 kWh Kapazität pro kWp Modulleistung der Anlage. Genaue Berechnungen sind mit mehreren kostenlosen Online-Tools möglich. Wir empfehlen den Unabhängigkeitsrechner der HTW Berlin.

Stromkosten & Strompreissteigerung

Um den finanziellen Gewinn durch den Verbrauch Ihres eigenen Solarstroms zu berechnen, multiplizieren Sie den aktuellen Preis pro Kilowattstunde (kWh) mit der Menge an Strom, den Sie selbst nutzen. Die Preise für Strom steigen in Deutschland seit Jahren kontinuierlich. Im Schnitt liegt die Steigerung zwischen 1 % und 3 % pro Jahr. Das erhöht Ihre jährlichen Einsparungen durch den Eigenverbrauch natürlich ebenfalls. Eine durchschnittliche jährliche Gewinnsteigerung von 2 % beim selbst verbrauchten Strom ist dabei eine gängige Annahme.

Vergütung für eingespeisten Strom

Die Vergütung, die Sie für den Teil Ihres Solarstroms erhalten, den Sie ins Netz einspeisen, beeinflusst ebenfalls die Rentabilität Ihrer Photovoltaikanlage natürlich ebenfalls. Für kleine Anlagen auf Hausdächern beträgt die Einspeisevergütung aktuell etwa 8 Cent pro kWh. Die Vergütung wurde in den vergangenen Jahren für Neuanlagen meist kontinuierlich gesenkt. Es ist zu erwarten, dass dies auch künftig wieder der Fall ist. Daher gilt die Devise: Warten lohnt sich nicht!

Lebensdauer und Leistungsverluste

Die Vergütung, die Sie für den Teil Ihres Solarstroms erhalten, den Sie ins Netz einspeisen, beeinflusst ebenfalls die Rentabilität Ihrer Photovoltaikanlage natürlich ebenfalls. Für kleine Anlagen auf Hausdächern beträgt die Einspeisevergütung aktuell etwa 8 Cent pro kWh. Die Vergütung wurde in den vergangenen Jahren für Neuanlagen meist kontinuierlich gesenkt. Es ist zu erwarten, dass dies auch künftig wieder der Fall ist. Daher gilt die Devise: Warten lohnt sich nicht!

Finanzierung mit einem Darlehen

Falls Sie planen, Ihre Anlage mit einem Darlehen zu finanzieren, müssen die Darlehenszinsen in die Rentabilitätsberechnung miteinbezogen werden. Hierfür sind spezielle Solarkredite verfügbar, die zu Zinssätzen zwischen 5 % und 6 % angeboten werden.

Fazit

Die tatsächliche Rentabilität von PV-Anlagen hängt an einer ganzen Reihe von Faktoren. Zum Glück kann man diese in vielen Fällen selbst beeinflussen. Kostenlose Tools helfen zur ersten Orientierung. Das Schöne ist aber: am Ende lohnt sich fast jede PV-Anlage nach wenigen Jahren.
Konkrete Fragen zum eigenen Projekt beantworten unsere freundlichen Mitarbeiter gerne.

Anmeldung der Solaranlage

PV-Anlagen müssen angemeldet werden, auch wenn sie keine Vergütung erwirtschaften sollen. Die Anmeldung dient dazu, den realen Anteil erneuerbarer Energien im deutschen Stromnetz besser einschätzen zu können und hilft zudem dabei, den Strombedarf im Verteilnetz richtig zu berechnen. Wird mehr Strom eingekauft als das Netz benötigt, dann muss dies über Flexibilitäten wie steuerbare Verbraucher oder das Abregeln von Erzeugungsanlagen kostspielig kompensiert werden. Das schlägt sich am Ende auf die Stromkosten aller Verbraucher nieder.

Die Anmeldung erfolgt an zwei Stellen.

Verteilnetzbetreiber

Der Verteilnetzbetreiber verwaltet die Leitungen, Stromkästen, Umspannwerke, Verteilstationen und weitere Infrastruktur des Niederspannungsnetzes, welches die Haushalte versorgt. Er ist selbst nicht der Stromversorger sondern von diesen unabhängig. Insbesondere weiß der Netzbetreiber, ob der Anschluss einer Solaranlage im jeweiligen Netzbereich technisch machbar ist oder ihn ggf. überlastet. Um das klären zu lassen, kann man ein „Netzanschlussbegehren“ einreichen, welches dieser dann positiv oder negativ beantworten kann. Die letztlichen Anmeldeformulare für die Solaranlage sind bundesweit einheitlich und sind in einer VDE Anwendungsrichtlinie festgehalten (VDE AR N 4105). Viele Netzbetreiber bieten bereits Online-Anmeldeportale für die Eingabe der dort geforderten Daten an. Neben Daten wie Name, Adresse, Kontaktdaten, Zählernummer und Leistungsdaten sind einige Fachangaben zu machen, welche man besser Fachkräften überlässt. Auch das Vorliegen von Zertifikaten für den Wechselrichter muss bestätigt werden, welche die Konformität von Erzeugungseinheit und Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz) mit der Niederspannungsrichtlinie DIN VDE AR-N-4105 festhalten. Das ist auch wirklich relevant, denn nur zertifizierte Wechselrichter schalten bei Netztrennung sicher ab. Daher sollte man schon beim Kauf auf das Vorhandensein der Zertifikate achten.
Der Verteilnetzbetreiber ist aber nicht die einzige Stelle, bei der man aktuell noch anmelden muss. Eine weitere Anmeldung muss beim Marktstammdatenregister erfolgen.

Marktstammdatenregister

Das Marktstammdatenregister ist das zentrale Online-Verzeichnis für Geräte und Anlagen zur Erzeugung und Speicherung erneuerbarer Energie. Es wird von der Bundesnetzagentur betrieben, der obersten Überwachungsbehörde der deutschen Netze. PV-Anlagen sind dort binnen 4 Wochen nach Inbetriebnahme zu registrieren. Zunächst wird der Nutzer der PV-Anlage als sogenannter „Marktakteur“ eingetragen und im Anschluss die PV-Anlage als „Einheit“. Hier sind teilweise dieselben Daten anzugeben wie beim Netzbetreiber, so auch Angaben zu Messkonzept, Steuerbarkeit etc. zu machen, welche für Laien kaum zu beantworten sind. Auch hier ist man also gut beraten, dies einer Fachkraft zu überlassen.

Nichtanmeldung

Die Anmeldung ist gesetzliche Pflicht, auch wenn man keine EEG-Vergütung erhalten möchte. Sowohl beim Netzbetreiber als auch beim Marktstammdatenregister sind daher für die Nichtanmeldung Strafzahlungen vorgesehen. Der Netzbetreiber kann monatlich 10,00 € pro kWp an Modulleistung berechnen für den Zeitraum, in dem nachweisbar eine nicht angemeldete Nutzung erfolgt ist. Bei einem Kraftwerk mit 5kWp wären das 600,00 € im Jahr. Beim Marktstammdatenregister wird gar von Strafen von bis zu 50.000 Euro gesprochen. Die genaue Höhe muss verhältnismäßig sein, fällt also bei kleineren Anlagen natürlich geringer aus. Am besten ist es, beide Strafen durch zeitgerechte Anmeldung zu vermeiden.

Bei Fragen zur Anmeldung, wenden Sie sich gerne an unser freundliches Team.

Batteriespeicher für die PV Anlage

Die Waschmaschine läuft nicht immer nur bei Sonnenschein. Auch wenn es sich lohnt, den Strom dann zu verbrauchen, wenn ihn die PV-Anlage gerade kostenlos erzeugt, ist das nicht immer möglich. Insbesondere ist es im Normalfall selten möglich immer den gesamten erzeugten Strom sofort zu verbrauchen. Bei entsprechender Sonneneinstrahlung genügen die Verbrauchsgeräte im Haushalt genügen für gewöhnlich nicht, um die erzeugte Energie zu verwerten. Es entstehen also jede Menge Überschüsse. Statt diese nun für aktuell gerade einmal 8 Cent/kWh Netz zu verschenken, liegt die Überlegung nahe, sie in einem Speicher zwischenzulagern und nach Sonnenuntergang oder zu Zeiten hohen Verbrauchs wieder für sich nutzbar zu machen. Das bringt dann nämlich aktuell je nach Strompreis ein Vielfaches der Ersparnis. In den letzten Jahren hat sich im Bereich Solarspeicher daher einiges getan und dabei haben sich unterschiedliche Systeme etabliert, welche jeweils Vor- und Nachteile mit sich bringen. Diese unterscheiden sich in erster Linie nach der Art, in welcher der Strom gespeichert und wie er nach der Speicherung wieder verfügbar gemacht wird.

Arten der Speicherung

Bei der chemischen Zusammensetzung von Batteriespeichern haben sich Lithium-Eisenphosphat (LiFePo4)-Speicher mittlerweile als Standard durchgesetzt. Sie vereinen hohe Zyklenfestigkeit und damit Lebensdauer mit Sicherheit im Betrieb. Damit übertrumpfen sie Blei-basierte Speicher und auch die artverwandten Lithium-Ionen (Li-Ion) Batterien. Andere Speichertechnologien wie Druckluftspeicher, Schwerkraftspeicher, Salzwasserbatterien u.v.a. sind nicht ausentwickelt oder meist aus verschiedenen Gründen nicht für den typischen Anwendungsfall einer PV-Anlage geeignet.

Batteriespeicher werden mit Gleichstrom ge- und entladen. Um ihre Energie also im Haushalt nutzbar zu machen, der mit Wechselstrom betrieben wird, benötigen sie, ebenso wie die PV-Anlage selbst, einen Wechselrichter. Es gibt bei den Speichersystemen solche, die direkt aus der PV-Anlage mit Gleichstrom geladen werden (DC-Kopplung) und solche, welche unabhängig von der PV-Anlage am Hausnetz hängen (AC-Kopplung). Bei letzteren muss der Netzstrom zum Laden des Akkus wieder in Gleichstrom umgewandelt werden, was zusätzliche Verluste bedeutet. Dafür kann ein AC-gekoppelter Speicher auch dann mit Netzstrom geladen werden, wenn die Sonne nicht scheint. Das kann von Vorteil sein, wenn man z.B. flexible Stromtarife nutzt. Günstiger Strom kann dann für Zeiten hoher Strompreise gespeichert werden. Auch in Hinblick auf zukünftige Wirschaftlichkeitsmodelle wie Flexibilitätshandel oder P2P-Handel kann ein AC-gekoppelter Speicher nützlich sein. DC-gekoppelte Systeme hingegen funktionieren auch dann, wenn kein Netz mehr vorhanden ist, also bei Stromausfall. Sie können dann über einen Insel- oder Hybridwechselrichter zur autarken Stromversorgung genutzt werden. Dies läuft dann aber über einen separaten Anschluss und nicht über den gewohnten Haushaltsstrom.
Wenn man den Haushalt insgesamt notstromfähig machen möchte, benötigt man größere Speicher und eine fachgerecht durchgeführte elektrische Installation mit zusätzlicher Technik. Für eine vollständig autarke Stromversorgung ist sehr viel PV-Fläche erforderlich, was auf üblichen Grundstücken nicht umgesetzt werden kann. Das hat mit der stark reduzierten Solarleistung im Winter zu tun, welche man nur mit sehr vielen Solarmodulen ausgleichen kann. Zudem benötigt man für die Lastspitzen ein Speichersystem mit hoher Ausgangsleistung und großer Kapazität.

Arten der Nutzung

Üblicherweise speist der PV-Speicher dank einer Messung des Hausverbrauchs am Hausanschluss und eines darauf basierenden Steuersignals genau die Menge an Energie in den Haushalt ein, welche dort gebraucht wird. Das sorgt für hohen Eigenverbrauch und damit niedrigen Netzbezug.

Verwendet man zusätzlich noch ein Energiemanagementsystem, dann kann dies noch weiter gesteigert werden. Durch Steueralgorithmen sorgt das System dafür, dass PV-Anlage, Verbraucher und Speicher optimal aufeinander abgestimmt sind und so wirklich auch die letzte Kilowattstunde Solarstrom noch so effizient wie möglich selbst genutzt werden kann. Hier gibt es auch schon Systeme, welche Batterieladestand, vorherzusehende Verbräuche und sogar Wettervorhersagen mit in die Lade- und Entladevorgänge mit einbeziehen.

Die gleichzeitige Nutzung eines E-Autos und einer PV-Anlage mit Speicher, können weitere Synergien genutzt werden.

Wirtschaftlichkeit

Ein Batteriespeicher rentiert sich umso mehr, je größer die Differenz zwischen Einspeisvergütung und Strompreis ist. Da die Strompreise seit vielen Jahren kontinuierlich steigen, macht sich ein Speicher also im Laufe der Zeit immer mehr bezahlt.

Bei der Berechnung der Wirtschaftlichkeit spielen viele Faktoren eine Rolle. Insbesondere das Größenverhältnis zwischen PV-Anlage und Speicher und deren Verhältnis zum eigenen Verbrauchsverhalten sind relevant. Je höher der Stromverbrauch am Tage und je kleiner die PV-Anlage, desto mehr vom PV-Strom kann man zum Beispiel auch direkt verbrauchen, was der Rentabilität eines Speichers ja abträglich ist. Bei größeren PV-Anlagen oder Verbrauch, der hauptsächlich abends stattfindet, ist ein Speicher hingegen schon fast ein Muss. Gerade auf Dauer betrachtet, macht sich ein PV-Speicher für PV-Anlagen schon ab einer Größe von 5 kWp innerhalb seiner Lebenszeit fast immer bezahlt. Er sollte aber nicht zu groß oder zu klein sein sondern immer im Verhältnis zur tatsächlichen Anlagengröße stehen.

Fazit

Batteriespeicher sind für PV-Anlagen in den meisten Fällen eine sinnvolle Erweiterung und können sich in Zukunft nicht nur durch absehbar steigende Strompreise sondern auch durch weitere Wirtschaftlichkeitsmodelle sogar noch stärker bezahlt machen.

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