Basics

In diesem Abschnitt wird ein Überblick über die Grundlagen von Photovoltaik (PV)-Anlagen gegeben. Weiterführende Informationen sind auf der Seite Links zu finden. Hier beschränken wir uns auf die wesentlichen Zusammenhänge, die für ein Verständnis des Gesamtsystems erforderlich sind.

Glossar

Zunächst sollen einige Begriffe erklärt werden, die uns bei der Beschäftigung mit PV-Anlagen immer wieder begegnen. Die Verwendung der Bezeichnung "Verbrauch" bei der Umwandlung von Energie respektive Strom hat sich eingebürgert und kommt daher auch hier zum Einsatz. Physikalisch betrachtet kann Energie allerdings nicht verbraucht, sondern nur umgewandelt werden (zumindest im uns bekannten Teil des Universums).

Energie und Leistung

Ganz allgemein formuliert, ist Energie die Fähigkeit, Arbeit verrichten zu können. In elektrischen Systemen wird die Energie in Wattstunde (Wh) gemessen. Gebräuchlich ist auch die Angabe in Kilowattstunden (1kWh=1000Wh). Diese Größe ist Grundlage für die Abrechnung der Stromkosten, aber z. B. auch wichtig für die Angabe, welche Energiemenge ein Speicher aufnehmen kann. Die Leistung wiederum ist ein Maß dafür, welche Energiemenge pro Zeiteinheit umgesetzt werden kann. Sie wird dementsprechend in Energie/Zeit bzw. W oder kW angegeben. Von Belang ist diese Größe bei der Auslegung des Wechselrichters. Aber auch, wenn die Batterie eines E-Fahrzeugs geladen werden soll: Je höher die Leistung bei der Übertragung ist, desto schneller erfolgt die Aufladung.

Kilowatt Peak bzw. kWp

Diese Größe gibt an, welche maximale Leistung ein PV-Modul unter standardisierten Testbedingungen erreicht. Eine PV-Anlage mit 1kWp erzeugt in Deutschland pro Jahr etwa 1000kWh an elektrischer Energie. Dabei ist zu beachten, dass es hier auf Grund der Unterschiede in der Sonneneinstrahlung je nach geographischer Lage deutliche Abweichungen gibt. So kann für Baden-Württemberg mit 990kWh pro 1kWp gerechnet werden, während es in Hamburg nur 900kWh sind. Bei der Ertragsberechnung gehen üblicherweise auf die genaue Geo-Lokation bezogene statistische Daten (durchschnittliche Sonneneinstrahlung, Temperatur usw.) ein, sodass sich auch innerhalb des Bundeslandes abweichende Energieerträge ergeben. Die Angabe von kWp wird gerne für den Vergleich von Modulen herangezogen. Hier muss man aber im Hinterkopf behalten, dass Module unterschiedlich groß sein können, woraus sich bereits Unterschiede in den Werten für kWp ergeben. Eine bessere Kenngröße zum Vergleich von Modulen ist der Wirkungsgrad.

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad beschreibt die Effizienz eines Systems als Verhältnis der Energien (E), die zu- und abgeführt werden: η=Eab/Ezu. Für die Betrachtung von Leistungen (P) ist die Definition analog: η=Pab/Pzu. Verluste treten bei der Übertragung von Energie in technischen System z. B. durch Reibung auf und äußern sich dann u.a. als Wärme, die nicht mehr als Nutzenergie zur Verfügung steht. Der relativ niedrige Wirkungsgrad eines PV-Moduls resultiert aus der unvollständigen Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie, da nur Teile des Lichtspektrums zum Fließen eines elektrischen Stroms führen. Der Modulwirkungsgrad ist davon abhängig, auf welcher Zelltechnologie das Modul basiert und liegt bei monokristallinen Siliziumzellen im Bereich von 18%-24%. Mehr zu diesem Thema ist im Abschnitt PV-Module zu finden.

Autarkiegrad

Hiermit wird der Grad der Unabhängigkeit vom Strom aus dem öffentlichen Netz beziffert. Er ist definiert als das Verhältnis vom Strom aus der PV-Anlage, der selbst verbraucht wird, zu dem Gesamtverbrauch an Strom im Haushalt. Mit sinkender Vergütung für die Einspeisung von Solarstrom und steigenden Kosten für den Strombezug aus dem Netz wird ein hoher Autarkiegrad bei der Auslegung einer PV-Anlage immer interessanter. Typische Werte liegen bei 30% für Anlagen ohne Speicher und 70% für Anlagen mit Speicher, da hier eine Überproduktion am Tag für den Verbrauch in der Dämmerung und der Nacht herangezogen werden kann. Durch Verhaltensoptimierungen wie z. B. gezielt Wasch- und Geschirrspülmaschinen über die Mittagszeit zu betreiben, ist eine weitere Erhöhung des Autarkiegrads um ca. 15% möglich. Theoretisch ist auch ein Wert von 100% erreichbar. Dafür müsste die PV-Anlage allerdings extrem überdimensioniert werden, was die Investitionskosten explodieren ließe. Grenzen sind auch durch die für PV-Module verfügbaren Flächen gesetzt.

Notstrom und Ersatzstrom

Bei den Bezeichnungen Not- und Ersatzstrom wird häufig nicht hinreichend differenziert, welche Auswirkungen sich für den Betrieb einer PV-Anlage im Fall eines Stromausfalls ergeben. Möchte man bei zunehmenden Unsicherheiten in der Versorgung durch das öffentliche Stromnetz zumindest eine rudimentäre Weiterversorgung sicher stellen, ist eine entsprechende Funktionalität bei der Planung der PV-Anlage zu berücksichtigen. Die Installation eines Speichers ist dabei Voraussetzung. Die Fähigkeit, Notstrom bereit zu stellen, ist hier die einfachere (und billigere) der beiden Varianten. In diesem Fall kann je nach Kapazität und Ladezustand des Speichers dessen Energie nach Stromausfall über eine oder mehrere 220V Steckdosen für eine gewisse Zeit verfügbar bleiben. Das Hausstromnetz wird dabei nicht versorgt. Diese Lösung ist kostengünstig und heute bei vielen Speichern bereits implementiert. Will man auch die Hausstromversorgung weiterhin ermöglichen, muss eine Ersatzstromfähigkeit vorgesehen werden. Hier wird der Hausanschluss bei einem Stromausfall komplett vom öffentlichen Netz getrennt, um eine unerwünschte Einspeisung zu unterbinden (also eine Gefährdung bei Arbeiten an einem vermeintlich stromlosen Netz zu verhindern). Die Versorgung durch die PV-Anlage kann jetzt weiterhin erfolgen. Allerdings nur bis zu dem Grad an Leistung, die die Anlage unter den jeweiligen Bedingungen bereit stellen kann. Da für eine Ersatzstromfähigkeit mit zusätzlichen Kosten von mehreren Tausend Euro zu rechnen ist, verschlechtert sich die mögliche wirtschaftliche Rendite entsprechend.

Lastgang

Der Stromverbrauch eines Haushalts (oder eines Gewerbebetriebs) ist im Tagesverlauf nicht konstant und davon abhängig, wie viele Personen im Haushalt leben (bzw. welche Maschinen betrieben werden), welcher Wochentag ist usw. Um die Unterschiede im zeitlichen Verlauf der Verbräuche im Zusammenhang mit dem ebenfalls zeitlich aufgelösten Angebot durch Solarstrom in einer Ertragssimulation berechnen zu können, werden sog. Lastgänge herangezogen. Hier ist mit einer Auflösung von einer Stunde bis hin zu einer Minute der jeweilige Strombedarf über 24 Stunden vorgegeben. Wenn die Verläufe nicht bekannt sind (was häufig der Fall ist), stehen auch normierte Datensätze zur Verfügung.

AC/DC

Hier geht es nicht um die gleichnamige Rock-Band (die ihren Namen hieraus abgeleitet hat) sondern um Wechsel- und Gleichstrom. Die englische Bezeichnung von Wechselstrom ist alternating current (AC), während Gleichstrom mit direct current (DC) übersetzt wird. Viele deutschsprachige Publikationen arbeiten mit den englischen Abkürzungen, weswegen wir sie hier ebenfalls verwenden. Alternativ findet man auch die Symbole -(DC) und ~(AC) in schematischen Darstellungen. Da PV-Module und Energiespeicher mit Gleichstrom arbeiten, während der Hausstrom und die angeschlossenen Verbraucher Wechselstrom basiert sind, ist eine entsprechende Umwandlung erforderlich, die mit Hilfe von Wechselrichtern realisiert wird.

Das Gesamtsystem im Überblick

Die schematische Übersicht der wesentlichen Komponenten und ihre Zusammenschaltung zu einer modernen PV-Anlage mit Modulen, Wechselrichter, Zähler, Speicher und Wallbox ist hier dargestellt. Die Topologie kann im Detail variieren, und in der Praxis sind weitere Komponenten (z. B. Schutzeinrichtungen) vorhanden, für das Verständnis reicht aber diese Darstellung.

Die PV-Module bilden den Gleichstrom liefernden Stromgenerator und sind in Strängen (englisch Strings) hintereinander geschaltet (Serien- bzw. Reihenschaltung). Um die Energieausbeute zu optimieren, regelt ein MPP-Tracker (hier als Teil des Wechselrichters nicht separat dargestellt) die Leistung des Strings so, dass sich für den jeweiligen Strahlungs- und Temperaturzustand das Maximum an Leistung einstellt. Optional kann pro Modul je ein Leistungsoptimierer installiert werden, um bei Verschattungen nicht nur auf String- sondern schon auf Modulebene die höchst mögliche Leistung bereitzustellen. Wechselrichter der neuesten Generation beinhalten auch das zentrale Management der Stromverteilung. Wird mehr Strom generiert als aktuell an Hausstrom notwendig ist, erfolgt das Laden des Speichers bis er voll geladen ist. Bei weiterem Stromüberschuss wird dieser ins Netz eingespeist. Sinkt die Stromerzeugung unter den Hausstrombedarf, wird zunächst in der Batterie gespeicherter Strom zusätzlich dem Hausnetz zur Verfügung gestellt. Erst wenn der Speicher leer ist, erfolgt der weitere Strombezug aus dem Netz. Ein Zähler erfasst die Ströme sowohl aus dem öffentlichen Versorgungsnetz als auch dort hinein.

Gehört ein E-Fahrzeug zum Haushalt, so ist es sinnvoll, den Ladevorgang über eine Wallbox stattfinden zu lassen, da hier wesentlich größere Ladeströme als über eine Haushaltssteckdose realisiert werden. Dadurch verkürzt sich der Zeitbedarf zum Laden der Fahrzeugbatterie erheblich (Faktor ~8 bei 22kW Ladeleistung). In der schematischen Übersicht ist die Anbindung der Wallbox bidirektional über die DC-Versorgung dargestellt. Alternativ gibt es auch die Möglichkeit, eine Anbindung auf AC-Seite zu realisieren. Das hat aber den Nachteil eines etwas schlechteren Wirkungsgrads, da sowohl der Speicher und der Stromgenerator als auch die Batterie des Fahrzeugs mit Gleichstrom arbeiten, wodurch eine verlustbehaftete Wandlung auf AC-Seite notwendig wird. Über eine bidirektionale Schnittstelle werden V2H (Vehicle to Home) und V2G (Vehicle to Grid) Funktionalitäten dargestellt. Die Fahrzeugbatterie kann hier einerseits als Erweiterung der häuslichen Speichers genutzt werden (V2H) als auch umgekehrt die Stabilität des öffentlichen Versorgungsnetzes unterstützen (V2G). Bisher gibt es nur wenige Fahrzeuge, die für diese Technik ausgerüstet sind. Ziel ist aber die flächendeckende Einführung dieser Technologie.

PV-Module

Ein PV-Modul besteht aus der Zusammenschaltung einzelner Solarzellen, die bei Lichteinfall den Strom liefern, der an den Anschlüssen des Moduls abgegriffen werden kann. Die Funktionsweise einer Solarzelle beruht darauf, dass die Absorption von Photonen (also Licht) in unterschiedlich dotierten (mit zusätzlichen Ladungsträgern versehenen) Halbleiterschichten dazu führt, dass weitere Elektronen freigesetzt werden. Daraus resultiert ein Photostrom, der wiederum mit sog. Busbars gesammelt und über die Anschlüsse des PV-Moduls weiter geleitet wird. Da das Absorptionsverhalten abhängig von der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts ist, wird auch nur ein Teil der Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt.

PV-Module unterscheiden sich sowohl nach mechanischem Aufbau des Moduls als auch nach Technologie der verwendeten Solarzellen. Wir beschränken uns hier auf die wesentlichen Typen, die im privaten Bereich zum Einsatz kommen. Um die Solarzellen vor Witterungseinflüssen zu schützen, werden sie zwischen zwei Glasschichten oder zwischen einer Glasschicht oben und einer Rückseitenfolie unten (zusammen mit weiteren Einbettungsfolien) eingehüllt. Ein Aluminiumrahmen sorgt für die Stabilität des Moduls. Unterschieden wird hier nach Glas-Glas und Glas-Folie im Aufbau. Die erste Variante ist geringfügig teurer, dafür aber etwas weniger anfällig für Schäden durch Belastung. Meist sind hier auch längere Leistungsgarantien durch den Hersteller gegeben. Dafür ist ein Glas-Folie Module beim Gewicht im Vorteil. Bei der Technologie der Solarzellen gibt es weiterhin Unterschiede hinsichtlich der verwendeten Halbleiter und dem Herstellungsprozess. Auf Grund des relativ hohen Wirkungsgrads von über 20% haben sich monokristalline Solarmodule auf Siliziumbasis im privaten Umfeld allerdings durchgesetzt, sodass die Entscheidung für ein PV-Modul im Wesentlichen zwischen Glas-Glas und Glas-Folie getroffen werden muss.

Für den Vergleich verschiedener PV-Module sind neben Preis, Leistungsgarantie und Wirkungsgrad auch weitere Eigenschaften bzw. Kennwerte zu betrachten. Das Gewicht spielt für die Statik des Dachs eine wichtige Rolle, da neben dem Eigengewicht auch Wind- und Schneelasten berücksichtigt werden müssen. Die Leistung eines PV-Moduls bei schwachen Lichtverhältnissen wird durch das Schwachlichtverhalten als Kennlinie von relativem Wirkungsgrad in Abhängigkeit der Einstrahlung beschrieben und sollte bei 200W/m² nicht unter 95% liegen. Der Temperaturkoeffizient der Modulleistung gibt an, um wie viel Prozent sich die Leistung pro1° Kelvin ausgehend von der Standardtemperatur 25°C erhöht oder verringert. Ein betragsmäßig kleinerer negativer Wert ist im Vergleich besser zu bewerten, da die Leistung mit zunehmender Temperatur über 25°C abnimmt.

Wechselrichter

Ein Wechselrichter transformiert Gleich- in Wechselstrom. Vereinfacht kann man sich die Funktionsweise so vorstellen, dass ein Gleichstromsignal durch kontinuierliches (mechanisches) Umpolen in ein Rechtecksignal mit wechselndem Vorzeichen gewandelt wird (Zerhackerschaltung). Durch Glättung dieses Signals entsteht der bekannte sinusförmige Verlauf. Ursprünglich basierten Wechselrichter tatsächlich auf diesem Prinzip. Mit Aufkommen der Halbleitertechnik wurden mechanische Komponenten durch Leistungstransistoren als elektronische Schalter ersetzt. Heutzutage werden über eine schnell getaktete (mehrere 10kHz) Brückenschaltung viele kurze Spannungspulse unterschiedlicher Dauer erzeugt, die tiefpassgefiltert sinusförmige Schwingungen ergeben.

Wechselrichter werden nach mehreren Kriterien unterschieden: Sie erzeugen entweder ein- oder mehrphasigen Strom, sind selbst geführt (Inselanlage)  oder fremd geführt (einspeisefähige PV-Anlage) und arbeiten in einem bestimmten Spannungs- und Strombereich. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist das (Nicht-)Vorhandensein eines Transformators zur galvanischen Trennung. Mit Wirkungsgraden >98% sind Wechselrichter heute an der Grenze des physikalisch Machbaren angelangt. Die passende Auswahl hängt neben den genannten Merkmalen auch von den verfügbaren Schnittstellen und der Kompatibilität zu anderen Komponenten des Gesamtsystems ab.

Die Strom-Spannungs-Kennlinie eines PV-Moduls ist nicht konstant, sondern hängt von Faktoren wie der Einstrahlung, der Temperatur und dem verbauten Solarzellentyp ab. Um die maximale Leistung (=Strom*Spannung) zu generieren, wird der Arbeitspunkt auf der Kennlinie mit einem sog. MPP-Tracker (MPP=Maximum Power Point) eingestellt bzw. nachgeführt. Dies erfolgt durch die gezielte Anpassung des Innenwiderstands des Wechselrichters.

Ein moderner Hybrid-Wechselrichter vereint PV- und Batteriewechselrichter in einem Gerät. Zusätzlich übernimmt er auch die Funktion eines Ladereglers für den Speicher und beinhaltet die oben beschriebene Steuerung des MPP-Trackers. Er wird damit zum zentralen Koordinator der Energieflüsse, der auch das E-Fahrzeug oder die Wärmepumpe einbinden kann. Schnittstellen zum Smart Home existieren ebenfalls. Da der generierte Solarstrom den Wechselrichter durchläuft, kann hier der Gesamtertrag der PV-Anlage gemessen werden. 

Zähler

Die schematische Übersicht zeigt eine vereinfachte Darstellung des bzw. der Zähler im Gesamtsystem. Tatsächlich müssen für die Abrechnungen drei Energiemengen berücksichtigt werden: Die jeweils aus dem Netz bezogenen und in das Netz eingespeisten Energiemengen sowie der Eigenverbrauch. Hierfür sind der normale Bezugszähler für den Strom aus dem Versorgungsnetz, der Einspeisezähler für den ins Netz eingespeisten Solarstrom und der Ertragszähler (PV-Zähler) für den gesamten produzierten Solarstrom erforderlich. Dies kann z. B. mit einem Zweirichtungszähler für den Hausstrom (muss vom Stromanbieter gemietet werden) erfolgen, der sowohl bezogenen als auch eingespeisten Strom misst, während der Gesamtertrag aus der PV-Anlage typischerweise mit dem Wechselrichter erfasst wird.

Bei der Erweiterung von Bestandsanlagen, die vor 2019 errichtet wurden, ist zu beachten, dass es auf Grund von Änderungen der technischen Anschlussbedingungen nötig sein kann, einen neuen Zählerschrank zu installieren.

Speicher

Der Speicher ist das wesentliche Element, um Solarstrom, der tagsüber nicht verbraucht wurde, für die Zeit vorzuhalten, in der die PV-Module keinen oder für den Bedarf zu wenig Strom generieren. Damit erhöht sich der Anteil des Eigenverbrauchs um typischerweise 30% gegenüber einer Anlage ohne Speicher an. Bei weiter steigenden Energiekosten und sinkenden Einspeisevergütungen wird die Option, den Eigenverbrauch zu optimieren immer interessanter. Wurde bisher nur jede zweite PV-Anlage mit einem Speicher verkauft, so ist der Anteil heute auf über 80% angewachsen. Um eine vollständige Energie-Autarkie (inkl. Heizung) zu erreichen, müsste die Anlage allerdings extrem überdimensioniert werden, da im Winter Angebot von Solarstrom und Nachfrage durch Heizung sowie Hausstrom weit auseinandergehen. Autarkiegrade von 70% und mehr sind aber durchaus realistisch. Eine Strom Cloud kann eine nützliche Ergänzung zum Speicher darstellen. Hier wird über Bedarf erzeugter Strom ebenfalls eingespeist, der später zur flexiblen Nutzung zur Verfügung steht.

Speicher unterscheiden sich nach ihrer Kapazität und Lebensdauer, der Anbindung (AC oder DC), der Möglichkeit zur Erweiterung sowie der zugrundeliegenden Speichertechnologie. Bei Angaben zur Kapazität ist darauf zu achten, welche Netto-Kapazität zur Verfügung steht. Da ein Speicher nie vollständig entladen werden kann ohne ihn zu schädigen, ist die Brutto-Kapazität immer höher als die nutzbare Netto-Kapazität. Typischerweise nimmt die Kapazität durch Lade- und Entladezyklen über die Lebensdauer ab. Eine Ausnahme bildet das Speichersystem SENEC.Home, das über 10 Jahre 100% Kapazität garantiert. Erreicht wird dies durch ein Batteriemanagement, das bei nachlassender Kapazität zusätzliche Speicherzellen aktiviert. Bei Anbindung des Speichers zwischen PV-Modulen und Wechselrichter spricht man von DC-Kopplung. Da hier kein Wechselrichter benötigt wird, ist der Wirkungsgrad höher als bei einer AC-Kopplung, die nach dem Wechselrichter erfolgt. Neue Anlagen werden daher meist mit einem DC-gekoppelten Speicher gebaut, während die AC-Kopplung bei Bestandsanlagen zur Nachrüstung im Einsatz ist. Bei der Speichertechnologie ist der Lithium-Ionen-Akku weit verbreitet, wobei hier zwischen verschiedenen Varianten unterschieden wird: Lithium-Eisenphosphat, Lithium-Polymer und Lithiumtitanat.

Wallbox

Die Wallbox bildet die Schnittstelle zwischen Hausstrom und E-Fahrzeug (genauer: dessen Batterie). Prinzipiell kann der Ladevorgang eines E-Fahrzeugs auch über eine haushaltsübliche Schuko-Steckdose erfolgen. Allerdings ist die Ladeleistung hier stark reduziert, was zu deutlich längeren Ladezeiten führt. Weiterhin sind ältere Hausinstallationen nicht unbedingt dafür ausgelegt, dass ein hoher Strom über einen langen Zeitraum fließt, was zu erheblicher Erwärmung - im Extremfall bis zum Kabelbrand - führen kann. Neben Stecker und Kabel muss auch die Ladeleistung (typisch 11 oder 22kW bei dreiphasigem Anschluss, sonst 4,6kW) zwischen Wallbox und E-Fahrzeug aufeinander abgestimmt sein. Die Bereitstellung einer hohen Ladeleistung auf Seite der Wallbox alleine verpufft aber, wenn das E-Fahrzeug sie nicht nutzen kann. Umgekehrt gilt analog das Gleiche. Idealerweise wird die Batterie des E-Fahrzeugs mit Gleichstrom geladen, da hier eine verlustbehaftete Umwandlung des Wechselstroms entfällt. Die Einbindung des Ladevorgangs ins Energiemanagement erlaubt eine intelligente Steuerung, die z. B. die Ladeleistung an die Überschussproduktion der PV-Anlage koppelt. Welche Möglichkeiten zur optimalen Verteilung der Energieströme sich ergeben, hängt wesentlich von den Funktionalitäten ab, die im Wechselrichter integriert sind.

Wirtschaftlichkeit

Die Rentabilität einer PV-Anlage hängt in erster Linie von deren Leistung, dem eigenen Stromverbrauch und den hierfür aufgewendeten Investitionskosten ab. Die Ertragsfrage bei Photovoltaik ist oftmals mit Skepsis behaftet, da die Einspeisevergütung kontinuierlich gesenkt wurde. Waren früher noch zweistellige Renditen für eine ausschließlich auf Einspeisung ins öffentliche Netz ausgerichtete Anlage möglich, rückt der Fokus heute aufgrund der stetig steigenden Energiekosten ab von der Gewinnmaximierung hin zur Eigenverbrauchsoptimierung und dem Sparpotential.

Die derzeitigen geopolitischen und ökonomischen Krisen (Lieferengpässe, Rezession, Inflation) legen nahe, dass die Energiekosten auch in Zukunft weiter steigen werden.

Ebenso rücken Faktoren wie Autarkie der Energieversorgung (staatlich wie privat), CO2 Neutralität zur Erreichung der Klimaziele und damit der Vermeidung der durch den Klimawandel bedingten Folgekosten für die gesamte Gesellschaft immer mehr ins Bewusstsein der Bürger.  

Photovoltaik ist daher eine sichere Kostensparanlage, deren Kosten sich selbst wieder amortisieren, und deren Rentabilität, über die rein monetäre Bewertung weit hinaus geht.

Systempreise

Die Anschaffungskosten einer PV-Anlage setzen sich aus verschiedenen Komponenten wie Materialkosten für Module, Wechselrichter, Montagesystem, Komponenten für die Verkabelung und Netzanschluss sowie Lohnkosten für Lieferung, Montagearbeiten, Elektroinstallation, Anschlussgebühren und Steuern zusammen.

Bei kleinen PV Anlagen zwischen 5 und 8 kWp liegen die Systempreise pro installierter kWp-Leistung bei ca. 1500 EUR, bei größeren Anlagen bis 20 kWp etwas niedriger bei ca. 1300 EUR (netto!). Kommt noch ein Batteriespeicher in Betracht, liegen hierfür die Systempreise bei ca. 1000 EUR / kWh Speicherkapazität.

Finanzierung und Förderprogramme

Abhängig von der Verfügbarkeit finanzieller Mittel und Kreditwürdigkeit kommen zur Finanzierung einer PV-Anlage mehrere Möglichkeiten in Betracht. Von 100% Eigenkapital bis hin zu 100% Kreditfinanzierung (bei der Nutzung der derzeit noch relativ niedrigen Zinsen) sind hier alle Varianten möglich.

Im Rahmen des Erneuerbare Energien Gesetzes bestehen diverse Förderprogramme durch Kommunen, Kreise, auf Landes- und Bundesebene durch Finanzierungshilfen der KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau) und anderen Institutionen. Nicht nur für die eigentliche PV-Anlage, sondern auch für Energiespeicher und Ladestationen für Elektrofahrzeuge sind diese Förderprogramme zur Realisierung der Energiewende ein wichtiger Baustein der Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage. Bei der Antragstellung helfen wir Ihnen gerne zusammen mit Ihrer Hausbank weiter.

Einspeisevergütung

Die Einspeisevergütung nach dem EEG wurde in den vergangenen 20 Jahren von 60ct/KWh auf nur 6,5ct/kWh für Anlagen bis 10 kWp in 2022 reduziert. Eine reine Stromeinspeisung ins öffentliche Netz ist damit kaum rentabel. Gleichzeitig sind aber die Preise für PV-Systeme und damit die PV-Stromgestehungskosten erheblich gesunken, während die Stromkosten der öffentlichen Versorger immer weiter steigen, im Zeitraum von 2000 bis 2022 von ca. 14ct/kWh auf mittlerweile 32ct/kWh im Bundesdurchschnitt.

Aus der Differenz der Stromgestehungskosten der eigenen PV-Anlage, der Einspeisevergütung und den Kosten für extern bezogenen Strom ergibt sich ein Mehrwert für die Eigenverbrauchsquote von 25,5ct/kWh.

Ziel der Anschaffung und des Betriebs einer PV-Anlage muss daher sein, die Eigenverbrauchsquote zu erhöhen, um unabhängiger von den auch künftig zu erwartenden Preiserhöhungen der Stromerzeuger zu werden und so die Rentabilität der PV-Anlage zu steigern.

Eigenstromverbrauch

Solar-Eigenstrom bzw. Direktverbrauch ist die Nutzung des selbst erzeugten PV-Stroms direkt im Haushalt, anstelle der Volleinspeisung überschüssigen Stroms ins öffentliche Netz.

Anhand des unten dargestellten typischen Verbrauchsprofils eines 4 Personenhaushalts (Lastgang, im Diagramm blau dargestellt) und der Leistungskurve der PV-Stromerzeugung (im Diagramm gelb dargestellt) wird deutlich, dass die PV-Anlage nur tagsüber den Eigenverbrauch decken kann, während nachts immer noch externer Strom bezogen werden muss.

Rechenbeispiel

Volleinspeisung:

Ihre 5-kWp Anlage mit Gesamtkosten von 7500 EUR erzeugt im Jahr 950kWh/KWp, den Sie über 20 Jahre für 8,2ct/kWh ins öffentliche Netz einspeisen. Sie erzeugen also pro Jahr 4750 kWh Solarstrom, in 20 Jahren sind das 95000 kWh, für die Sie 7790 EUR Einspeisevergütung bekommen. Ohne Berücksichtigung von Betriebs-und Wartungskosten ergäbe sich so ein minimaler Gewinn von gerade einmal 290 EUR. Nicht wirklich lohnend!

Eigenstromnutzung ohne Speicher:

Bei Direktverbrauch (ohne Batteriespeicher) lassen sich die im Diagramm grün dargestellten Bereiche des Lastgangs selbst nutzen. Für Privathaushalte liegt dies im Jahresdurchschnitt bei 20-30% des üblichen Strombezugs. Verwendet man in unserem Beispiel 25% Eigenverbrauchsquote bei einem derzeitigen externen Bezugspreis von 32ct/kWh, verringert sich die Einspeisevergütung einerseits auf 5843 EUR, dem gegenüber steht jedoch die Einsparung des extern bezogenen Stroms (25% des selbst erzeugten Stroms mal 32ct/kWh Strombezugskosten) 7600 EUR. Zusammen mit der Einspeisevergütung ergibt sich ein Betrag von 13443 EUR. Ein Mehrwert nach Abzug der Anschaffungskosten von 5943 EUR !

Eigenstromnutzung mit Speicher:

Die Grundidee der Nutzung eines Batteriespeichers ist, den Eigenverbrauch auch in den Zeiten zu ermöglichen, in denen die PV-Anlage keinen oder zu wenig Strom generiert. Während der Stromerzeugung tagsüber wird der Speicher mit Strom geladen, der nicht direkt verbraucht wird. Erst darüber hinaus gehender Überschussstrom wird ins Netz eingespeist.

Nehmen wir für unser Beispiel den Kauf eines Speichers für 6000 EUR an, mit dem sich die Eigenverbrauchsquote auf 65% erhöhen lässt. Die Einspeiseerlöse verringern sich auf 35%, also auf 2727 EUR. Die Einsparung von 65% des extern bezogenen Stroms betragen nun bei einem Strompreis von 32ct/kWh und 95000 kWh produziertem Strom in 20 Jahren 19760 EUR. Dem gegenüber hat sich die Anlageninvestition auf 13500 EUR durch den Kauf des Speichers erhöht. Die Summe aus Einspeiseerlösen und Einsparung ergibt 22487 EUR, womit ein „Gewinn“ von 8987 EUR verbleibt. Ein Batteriespeicher lohnt sich daher, da er durch die höhere Eigenverbrauchsquote erhebliche Einsparungen beim Bezug externen Stroms ermöglicht.

Optimierung des Eigenstromverbrauchsanteils:

Sofern man den Eigenstromanteil steigern möchte, ist es nötig, Produktionsüberschuss und Verbrauchsdefizit auszugleichen. Dies lässt sich durch Änderung der Verbrauchsgewohnheiten, durch intelligente elektronische Steuerungen und über Speichermedien verwirklichen.

Ebenso lässt sich der Eigenverbrauchsanteil erhöhen, in dem man die Energienutzung weiter elektrifiziert. Sei es durch die Nutzung eines Elektrofahrzeugs, der Warmwassererzeugung mittels eines Durchlauferhitzers, der Heizung mittels Wärmepumpe oder mit elektrischen Klimaanlagen. Dies erhöht einerseits den Eigenverbrauch an elektrischer Energie, führt aber darüber hinaus zu Einsparungen im Bereich der Nutzung und damit verbundenen immer höheren Kosten fossiler Energie. Es lohnt sich also, die PV-Anlage zur Elektrifizierung des gesamten Haushalts und der Mobilität zu nutzen!

Einschränkend muss allerdings erwähnt werden, dass unser Beispiel stark vereinfachend unter Idealbedingungen dargestellt ist. Für eine aussagekräftige Wirtschaftlichkeitsrechnung einer PV-Anlage müssen weitere Faktoren in Betracht gezogen werden. Hier sind das jahreszeitliche Leistungs- und Lastprofil, Standort der Anlage, Verschattung, Systemverluste, Lebensdauer der Komponenten, Wartungs- und Betriebskosten, Entwicklung der Einspeisevergütung und Strompreise usw. zu berücksichtigen.

Daher plant EcoTec Solar jede Anlage unter genauer Einbeziehung aller Details entsprechend der individuellen Kundenanforderungen. Auf dieser Basis können wir unseren Kunden eine fundierte und realistische Einschätzung der Wirtschaftlichkeit präsentieren.