Photovoltaik Info

Die abgestrahlte Energiemenge der Sonne beträgt ca. 1,5 Trilliarden kWh pro Jahr, das entspricht dem 10.000-fachen Energiebedarf auf der Erde. Die solare Energie entsteht durch Kernfusion im Inneren des Sonnenplanetes. Sie gelangt in Form von elektromagnetischer Strahlung zu unserer Erde.

Die Sonne ist primärer Energiezulieferer sowie größte Energiequelle unseres Planeten. Sie bedingt viele andere erneuerbare Energie mit Hilfe von natürlichen Transformationsprozessen auf unserer Erde. So wird z.B. die solare Strahlung mittels der Photosynthese durch Pflanzen in andere Energieträger wie Holz, Biomasse, Nahrung etc. umgewandelt und für Mensch, Tier und Pflanzenwelt bereitgestellt. Auch Wind – Erwärmung von Luftschichten – und der Wasserkreislauf sind Produkte von solarer Energie.

In Deutschland gibt die Sonne eine jährliche Energiemenge von durchschnittlich ca. 1000 kWh pro m² ab. Das entspricht etwa 100 Litern Öl.

Die Kapitalrücklaufzeit einer PV-Anlage bezeichnet die Rücklaufzeit der Anschaffungskosten durch Stromkosteneinsparung und Stromeinnahmen durch Verkauf (bspw. Einspeisung ins Stromnetz nach →EEG). Sie liegt zwischen 8-13 Jahren. Sie ist abhängig von →Dachausrichtung, –neigung, -zugänglichkeit, Anlagengröße, Komponentenwahl, Einspeisevergütung und anteiligem →Eigenverbrauch von Solarstrom. Letzteres ist heutzutage der entscheidendste Faktor der Amortisation, denn heute lässt sich Sonnenstrom billiger produzieren & verbrauchen als der Strom vom Energieversorger.

Die Energierücklaufzeit einer Photovoltaikanlage, d.h. die Amortisation der Produktionsenergie durch die Energieerzeugung, beträgt ca. 3-5 Jahre bei einer Lebensdauer von mehr als 25 Jahren.

Die Mehrzahl der installierten Photovoltaik-Anlagen in Deutschland sind netzgekoppelt. Der →Wechselrichter der Photovolaik-Anlage ist über den Hausanschlusskasten mit dem deutschen Stromnetz verbunden. Erzeugung, Vergütung und Betrieb von netzgekoppelten PV-Anlagen werden durch das →Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) geregelt. Daneben existieren noch eine Vielzahl von Photovoltaik-Insel-Anlagen. Sie sind nicht mit dem deutschen Stromnetz gekoppelt und speichern ihren Gleichstrom in Batteriespeichern (z.B. Wohnmobil-Insel-Anlage). Der erzeugte Insel-Strom wird nicht vergütet.

Netzgekoppelte Photovoltaik-Anlagen

Technisch wandelt die netzgekoppelte PV-Anlage den Aufdach erzeugten Gleichstrom durch den Transformator ‘Wechselrichter‘ in hausüblichen Wechselstrom um. Die PV-Anlage ist weiterhin mit dem Hausanschlusskasten verbunden und speist ihren erzeugten Strom ins örtliche Stromnetz ein. Als PV-Anlagenbesitzer können Sie selbst ihren eigens erzeugten Strom (speichern &) verbrauchen (z.B. EFH, Gewerbe) oder verkaufen (z.B. Immobilienbesitzer an ihre Mieter; Stromverbraucher in örtlicher Nähe zur PV-Anlage).

Photovoltaik-Insel-Anlagen

Technisch tranformiert der zwischen Solarmodul und Batteriespeicher montierte Laderegler den erzeugten Gleichstrom (bspw. 30V) in batteriefähigen Gleichstrom (bspw. 12V) um.

- netzgekoppelt: Der vom →Photovoltaikgenerator erzeugte Gleichstrom fließt über →Solarkabel zum →Wechselrichter, der den solaren Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Dieser fließt über den Stromzähler weiter zu möglichen Verbrauchern im Gebäude oder über den Netzanschluss des Gebäudes in das örtliche Stromnetz. 

- Inselanlage: Der vom Photovoltaikgenerator erzeugte Gleichstrom fließt über Solarkabel zum Laderegler. Dieser gibt je nach Bedarf den Gleichstrom an den Batteriespeicher oder an angeschlossene Verbraucher weiter.

Je höher der Solarstromanteil am Haushaltsstrombedarf ist, desto höher ist die Autarkie (Unabhängigkeit) vom Strommarkt, Strompreiserhöhungen und Stromausfällen.

Der Autarkiegrad ist der im Hausnetz verbrauchte Solarstrom relativ zum Haushaltsstromverbrauch.

Der Eigenverbrauchsgrad ist der im Hausnetz verbrauchte Solarstrom relativ zur gesamten erzeugten Solarstrommenge.

Beispiel:

Haushaltsstromverbrauch: 4000 kWh/Jahr

Solarstromertrag (5 kWp; Süd): 4750 kWh/Jahr

Solarstrom-Überschusseinspeisung ins öffentliche Stromnetz: 3450 kWh/Jahr

Eigenverbrauch Haushalt ohne Speicher: 1300 kWh/Jahr

Eigenverbrauchsgrad: Eigenverbrauch / Solarstromertrag :  1300 kWh / 4750 kWh = 27,3 %

Autarkiegrad: Eigenverbrauch / Haushaltsstromverbrauch: 1300 kWh / 4000 kWh = 32,5 %

Der Azimut beschreibt die Abweichung der →Photovoltaikgeneratorfläche von der Südrichtung hinsichtlich der Ost-West-Ausrichtung. Der Azimutwinkel beträgt 0° bei Südausrichtung. Eine Ausrichtung genau nach Westen entspricht einem Azimut von +90°, eine genaue östliche Ausrichtung einem Azimut von -90°.

Der Bau einer Aufdach-Photovoltaikanlage ist in der Regel genehmigungsfrei (LBauO §6, Rheinland-Pfalz). Gemeindeabhängige, sogenannte 'gestalterische', Bauvorschriften und Denkmalschutzzonen können die Verfahrensfreiheit einschränken und sind bei der Gemeinde oder dem unteren Bauaufsichtsamt zu erfragen.

Für Freiflächenanlagen ist in jedem Fall eine Baugenehmigung einzuholen, aufgrund der baurechtlichen Einordnung als selbstständiges Bauwerk.

Die Bundesnetzagentur ist als Regulierungsbehörde für den Wettbewerb der Netzmärkte Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnverkehr verantwortlich. Seit dem 1.1.2009 müssen Betreiber von Photovoltaikanlagen vor dem Netzanschluss, spätestens aber am Tag der Inbetriebnahme durch den Installationsbetrieb, Standort und Leistung ihrer Anlage an die Bundesnetzagentur melden, um die zum Inbetriebnahmedatum gültige →EEG-Vergütungssatz zu erhalten. Die Meldung erfolgt postalisch oder online über https://app.bundesnetzagentur.de/pv-meldeportal/ .

Aktuelle Vergütungssätze unter http://www.bundesnetzagentur.de/.

Eine oder mehrere Solarzellen in einem Photovoltaikmodul können durch Schmutz oder Schatten abgeschattet sein. Eine abgeschattete Solarzelle, durch die der Strom aller anderen Zellen hindurchfließt, kann sich bis zur Zerstörung erhitzen (= "Hot-Spot"-Effekt). Eine Bypassdiaode verhindert diesen Hot-Spot-Effekt in dem sie automatisch den Strom an den abgeschatteten Zellen vorbeileitet. Je nach Photovoltaikmodul sind zwei bis vier Bypassdioden integriert.  

Die 'optimale' Ausrichtung einer Photovoltaikanalge, d.h. die maximale Energieausbeute, liegt in Deutschland bei einem Azimutwinkel von 0° (=Süd) und 30° Dachneigung.

Eine Ost-West-Dachanlage liefert ca. 80-85% einer Süddachanlage. Vorteil der Ost-West-Ausrichtung ist der optimalere Energieerzeugungs- und lastverlauf in Bezug auf den Haushaltsenergiebedarf. Dieser konzentriert sich hauptsächlich auf die Morgen- und Abendstunden in welchen die Ost-West-Photovoltaikanlage schon sehr früh bzw. sehr spät noch hohe Energieerträge erzielt und dadurch den → Eigenverbrauch optimaler bedient als eine Süddachanlage mit einer hohen Mittagsspitze in der Energieproduktion.

Zudem benötigt eine Ost-West-Dachanlage eine geringere Speicherkapazität gegenüber einer Süd-Dachanlage aufgrund des optimaleren Erzeugungs- und Lastverlaufes. 

Die Einspeisevergütungen nach dem →EEG für Strom aus solarer Strahlungsenergie unter liegen einer →Degression, d.h. einer regelmäßigen Anpassung nach unten abhängig vom Zubau neuer Photovoltaikanlagen. Die Festlegung der Vergütungsdegression erfolgt quartalsweise, jeweils für drei Monate durch die →Bundesnetzagentur.

Eigenverbrauch ist der Anteil vom erzeugten Solarstroms der im Haushalt verbraucht wird.

Als natürlichen Eigenverbrauch bezeichnet man den direkt im Haushalt verbrauchten Solarstrom ohne Speicherung.

Der natürliche Eigenverbrauchsanteil liegt bei optimal ausgelegter Photovoltaikanlage zum Stromnutzungsverhalten bei 25-30%.

Der verbleibene Solarstrom-Überschuss wird ins öffentliche Stromnetz eingespeist und nach EEG vergütet.

Der Eigenverbrauchanteil stellt die Reduktion der Strombezugskosten dar.

Speichersysteme bieten die Möglichkeit den Solarstrom zwischenzuspeichern und in strahlungsärmeren Zeiten (bspw. abends, morgens) in das Hausnetz abzugeben. Lediglich der Solarstrom-Überschuss, welcher weder direkt verbraucht noch zwischengespeichert werden kann, wird ins öffentliche Stromnetz eingespeist und nach EEG vergütet. Der Eigenverbrauchsanteil kann durch Speichersysteme auf bis zu 70% gesteigert werden.

Als Einspeisemanagement 'Eigenerzeugungsanlagen' wird das Gerät bezeichnet, welches die durch den →TRE angefragte Reduktion der Einspeiseleistung nach dem →EEG 2012 (VDE-AR-N 4105) an den →Wechselrichter weitergibt, so dass die Reduktion der Einspeiseleistung vollzogen wird.

Als Energieversorgungsunternehmen, kurz EVU, wird der örtliche Netzbetreiber bezeichnet an dessen Stromnetz die geplante Photovoltaik-Anlage gekoppelt werden soll. Vor Baubeginn ist eine unverbindliche und kostenfreie Netzverträglichkeitsprüfung schriftlich an den EVU zu stellen. Hierbei wird durch das EVU die Netzverträglichkeit am Einspeisepunkt der geplanten PV-Anlagenleistung (bspw. 12,5 kWp) geprüft. Fällt der Bescheid positiv aus kann mit der Installation der PV-Anlage begonnen.

Das Erneuerbare Energien-Gesetz (=EEG) trat erstmals am 1.4.2000 in Kraft. Das EEG regelt den Vorrang erneuerbaren Energien bei der Energieversorgung, die Abhnahme und Vergütung von Strom aus erneuerbaren Energien (Wind, Wasser, Biomasse, Photovoltaik,...). Die Netzbetreiber (→EVU) sind verpflichtet vorrangig den Strom aus erneuerbaren Energien abzunehmen und nach den EEG-Einspeisevergütungssätzen zu vergüten. Die Vergütungssätze werden jeweils für die Dauer von 20 Jahren plus Inbetriebnahmejahr ab Inbetriebnahmedatum der Anlage bezahlt. Die Einspeisevergütungssätze unter liegen seit November 2012 einer monatlichen →Degression.

Die aktuelle EEG-Version ist beim Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) unter http://www.erneuerbare-energien.de einsehbar.

Die aktuellen Vergütungssätze sind unter http://www.bundesnetzagentur.de/ einsehbar.

Die von der Sonne abgestrahlte Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung (Photonen), wird zu einem  Teil von der Erdatmosphäre reflektiert, ein weiterer Teil wird in Wärme umgewandelt und ein dritter Teil trifft letztlich auf dem Erdboden auf, die Globalstrahlung.

Die Globalstrahlung setzt sich aus direkter, diffuser und reflektierter Sonnenstrahlung zusammen. PV-Anlagen nutzen das gesamte Spektrum der Globalstrahlung zur Erzeugung von Energie. Dabei wandeln sie 75-90% der einfallenden Globalstrahlung in elektrische Energie um. Je größer allerdings der Anteil an direkter Sonnenstrahlung, desto höher ist der Energieertrag einer PV-Anlage. Aber auch die diffuse Sonneneinstrahlung ist in Deutschland nicht zu vernachlässigen; sie macht 50% der gesamten Strahlungsenergie aus.

Die lokale Globalstrahlung ist ein wichtiger Bestandteil für die Ertragsberechnung einer PV-Anlage. Der Jahreswert kann in Deutschland an einem  Standort um bis zu +/- 15% variieren.

Link: www.dwd.de/solarenergie

Der Ertrag in [kWh] einer PV-Anlage entspricht der elektrischen Arbeit.

Der Jahresertrag in [kWh/a] einer PV-Anlage entspricht der elektrischen Arbeit innerhalb eines Kalenderjahres, bspw.: 6785 kWh/a.

Der spezifische Jahresertrag in [kWh/(kWp*a)] entspricht dem Stromertrag von einem installierten kWp innerhalb eines Jahres, bspw. 930 kWh/(kWp*a).

Zellarten:

• kristalline Silizium-Zellen: mono-, poly

• Dünnschicht-Zellen: Amorphe Siliziumzellen (a-Si), KupferIndiumDiselenid-Zellen (CIS), Cadmium-Tellurid-Zellen (CdTe)

• Nanostrukturierte Solarzellen: Nanostrukturierte CIS-Solarzellen, Polymer-Solarzellen

• Hybride HIT-Zellen: Kombination von monokristallinen mit amorphen Siliziumzellen

Als Monitoring einer Photovoltaikanlage wird die Status-, Leistungs- und Fehlerüberwachung mit Alarmfunktion und grafischer Visualisierung der Photovoltaik-Anlage durch ein Gerät oder ein Internet-Portal bezeichnet.

Das Montagegestell, auch Unterkonstruktion oder Befestigungssystem genannt, dient der Fixierung der PV-Module auf dem Dach.

Bei Ziegeldächern bestehend aus: Dachanker, Schiene, Modulbefestigungsklemme, Potentialausgleich, Schraube und Mutter.

Bei Blechfalz- oder Kalzipdächern bestehend aus: Blechfalz- bzw. Kalzipdachklemme, Schiene, Modulbefestigungsklemme, Potentialausgleich, Schraube und Mutter.

Bei Trapezblechdächern: Montageclip mit EPDM-Band (befestigt durch Blechschrauben oder Nieten), Schiene, Modulbefestigungsklemme, Potentialausgleich, Schraube und Mutter.

Bei Welldachdächern: Solarbefestiger (Stockschraube) mit Gummidichtscheibe, Schienen, Modulbefestigungsklemme, Potentialausgleich, Schrauben und Muttern.

Damit der →Photovoltaikgenerator immer am Maximum Power Point (MPP; dt: Arbeitspunkt der maximalen Leistung) arbeitet und damit den maximal möglichen Stromertrag liefert, regelt der MPP-Tracker eines →Wechselrichters die Spannung auf den benötigten Wert. Bei veränderten Einstrahlungs- und Temperaturbedingungen muss der →Wechselrichter schnell und genau die Veränderungen des MPP nachregeln.

Als Photovoltaik-Generator wird die Gesamtzahl der installierten PV-Module bezeichnet.

Der Potentialausgleich stellt die Verbindung aller Installationseinrichtungen (Montagesystem, Solarmodule,...) mit dem Gebäudepotentialausgleich dar. Dieser leitet mögliche Überspannungen ins Erdreich ab, um Schäden zu vermeiden. Blitzleitfähig ab 16 mm² Leitungsdurchmesser.

Solarkabel sind speziell für die Photovoltaik entwickelte Gleichstromkabel, die zur Ableitung des erzeugten Gleichstroms vom Photovoltaik-Generator zum Wechselrichter installiert werden.

Die Standard-Testbedingungen (=STC; engl.: Standard Test Conditions) sind die Voraussetzungen unter den die Leistung eines Solarmoduls im Labor gestestet und im Datenblatt angegeben wird. Die konstanten Variablen bei der Messung sind: Bestrahlungsintensität von 1000W/m²; Lichtspektrum nach Durchgang der 1,5-fachen Dicke der Atmossphäre von AM=1,5 (AM=Air Mass); Zelltemperatur von 25°C

Als Stromgestehungskosten bezeichnet man das Verhältnis aus Gesamtkosten und elektrischer Energie bezogen auf die wirtschatliche Nutzungsdauer der Photovoltaikanlage. Sie setzen sich folgendermaßen zusammen:

• Anschaffungsinvestition für Bau und Installation der PV-Anlage
• Finanzierungsbedingungen, Laufzeit und Renditen
• Betriebskosten während der Nutzzungszeit der Anlage
• Einstrahlungsangebot
• Lebensdauer der Anlage

Der Tonfrequenzrundsteuerempfänger ist ein Gerät zur ferngesteuerten Abschaltung der PV-Anlage durch

den Netzbetreiber bei bspw. Netzüberlastung gemäß § 6 Abs. 2 EEG.

Die aktuellen Vergütungssätze für die Einspeisung von Strom aus solarer Strahlungsenergie ins öffentliche Stromnetz sind unter http://www.bundesnetzagentur.de/ abrufbar. Sie werden dreimonatlich angepasst (→Degression).

Siehe auch →Erneuerbare Energien-Gesetz (EEG).

Der Wechselrichter ist das Netzeinspeisegerät, welches den erzeugten Photovoltaik-Gleichstrom (max. 1000 V)  in Wechselstrom (230 V) transformiert und in das Haus- bzw. öffentliche Stromnetz einspeist.

Unterschieden wird zwischen 1-phasigen und 3-phasigen Wechselrichtern. Weiterhin verfügt ein Wechselrichter über 1-3 → MPP-Tracker je nach Hersteller.

Der Zweirichtungszähler misst die eingespeiste (Photovoltaikstrom) und die bezogene (Netzstrom vom EVU) Strommenge in Kilowattstunden (kWh).