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Solarstromanlage: Wichtige Punkte für Planung und Kauf einer PV-Anlage

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Als Solarstrom oder auch Photovoltaik (PV) bezeichnet man die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Eigenen Strom produzieren und ins Netz einspeisen oder selbst nutzen – das kann inzwischen jeder, der über ein geeignetes Dach verfügt. Wir stellen die Solartechnik vor und geben Ihnen eine Übersicht über die wichtigsten Punkte, die bei Planung und Kauf einer Anlage bedacht werden sollten.

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Solartechnik – kurz erklärt

Damit eine Photovoltaikanlage Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt, braucht es im Wesentlichen einen Solargenerator und einen Wechselrichter. Diese beiden Elemente müssen gut aufeinander abgestimmt sein.

Komponenten einer Photovoltaikanlage
Komponenten einer Photovoltaikanlage

Die wesentlichen Komponenten einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) sind der Solargenerator und der Wechselrichter. Mit Hilfe von Solarzellen wird Licht in elektrische Energie umgewandelt. Die Zellen werden meistens aus Silizium als Grundstoff hergestellt, obwohl auch andere Materialien geeignet und inzwischen erprobt sind.

Solargenerator

Der Solargenerator besteht aus elektrisch verschalteten Photovoltaik-Modulen, die wiederum jeweils aus mehreren miteinander verbundenen Solarzellen aufgebaut sind. Die erhältlichen Modultypen unterscheiden sich vor allem in den eingesetzten Halbleitermaterialien der Solarzellen. Die Entscheidung für einen Typ hängt in erster Linie von Preis und Modulwirkungsgrad ab. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie das Modul in elektrischen Strom umwandelt. Er wird unter standardisierten Testbedingungen ermittelt und hängt wesentlich ab von den Zelltypen, der Bauweise (zum Beispiel bei der Zellverschaltung) und den sonstigen eingesetzten Materialien, etwa in der Reflexionsschicht.

Wer viel Platz und gute Lichtverhältnisse hat, kann eine größere Fläche von Modulen mit einem niedrigeren Wirkungsgrad zu einem günstigeren Preis verbauen. Wer wenig Platz hat und deshalb den Ertrag seiner Anlage optimieren muss, wählt teurere Module mit hohem Wirkungsgrad.

Wechselrichter

Der Wechselrichter wandelt den vom Solargenerator erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um, der im Haushalt genutzt oder ins Netz eingespeist werden kann. Weiterhin erfüllt der Wechselrichter Funktionen, die für die Überwachung und Sicherheit der Anlage wichtig sind:

  • automatische Abschaltung der Stromeinspeisung bei Stromausfall im öffentlichen Netz,
  • vereinfachtes Einspeisemanagement bei kleinen PV-Anlagen bis 30 kWp:
    • Kappung (Einstellung der maximalen Leistung der Anlage am Wechselrichter auf 70 Prozent der Nennleistung der Module)
    • vereinfachtes Ein-/Ausschalten durch den Netzbetreiber.

Solargenerator und Wechselrichter müssen aufeinander abgestimmt sein, damit die Anlage optimal arbeitet. Die Leistung, die der Wechselrichter langfristig aufnehmen kann, sollte maximal zehn Prozent unter der Leistung des Solargenerators liegen. Andernfalls gehen bei hoher Sonneneinstrahlung Stromerträge verloren.

Photovoltaikanlagen arbeiten meist im Teillastbereich, weshalb Wechselrichter bereits ab einer Auslastung von zehn Prozent der Nennleistung des Solargenerators hohe Wirkungsgrade von über 90 Prozent aufweisen sollten. Je höher der Wirkungsgrad im Teillastbereich ist, desto besser.
Neuere Wechselrichter mit Energiemanagementfunktionen können sogar gezielt Stromverbraucher ein- und ausschalten, um den Eigenverbrauch von selbst genutztem Strom zu erhöhen.

Batteriespeicher

Eine weitere Komponente des Systems kann ein Batteriespeicher sein; er speichert den selbst erzeugten Strom aus der Photovoltaikanlage und macht ihn auch nach Sonnenuntergang nutzbar. Als Richtwert für die Größe der Batterie empfiehlt es sich, 1 Kilowattstunde nutzbare Speicherkapazität pro 1.000 Kilowattstunden jährlichen Stromverbrauchs im Haushalt bei einer Generatorleistung von 1 kWpeak zu installieren. Aufgestellt wird der Speicher am besten im Keller.


Eigenverbrauch

Da die Vergütung für das Einspeisen von Solarstrom ins Netz sinkt, ist der Eigenverbrauch des Stroms vom eigenen Hausdach lukrativer geworden. Problematisch ist nur, dass der selbst erzeugte Strom meist dann produziert wird, wenn er zu Hause nicht gebraucht wird. Eventueller Ausweg: Batteriespeicher.

Die gesetzlich festgeschriebene Einspeisevergütung pro Kilowattstunde für neue Solarstromanlagen liegt deutlich unter den aktuellen Strompreisen; deshalb lohnt es sich, einen möglichst großen Teil der selbst erzeugten Energie auch selbst zu nutzen: Die Senkung der eigenen Stromrechnung fällt größer aus als der Erlös aus dem Verkauf des Stroms. Der so genannte Eigenverbrauchsanteil hängt von der Höhe des Stromverbrauchs, dessen zeitlicher Verteilung und der Anlagenleistung ab.

Ein durchschnittlicher Vier-Personen-Haushalt mit einer 5-Kilowattpeak (kWp)-Anlage auf dem Hausdach erreicht etwa 20 bis 30 Prozent Eigenverbrauch, nutzt also 20 bis 30 Prozent des selbst erzeugten Stroms auch selbst. Die Grafik zeigt die Erträge für einen solchen Fall. Dabei wird von einem spezifischen jährlichen Ertrag der Photovoltaikanlage in Höhe von 850 kWh/kWp und einem jährlichen Stromverbrauch von etwa 3.500 kWh ausgegangen (Hinweis: Grund für den geringen Eigenverbrauch im Sommer ist ein dreiwöchiger Urlaub.)

Beispiel für Stromerzeugung Eigenverbrauch

Steigern lässt sich der Anteil des Eigenverbrauchs zum einen durch die Anpassung des Nutzerverhaltens: Elektrische Geräte wie Wasch- oder Spülmaschine sollten zu Sonnenzeiten betrieben werden, um die direkte Nutzung des Solarstroms zu erhöhen. Allein durch eine solche zeitliche Lastverschiebung kann der Eigenverbrauchsanteil auf circa 40 Prozent erhöht werden.


Batteriespeicher

Mit Batteriespeichern kann der gespeicherte Strom auch dann genutzt werden, wenn die Photovoltaikanlage nur noch wenig oder keinen Strom erzeugt, also vor allem abends und in den frühen Nachtstunden.

Tagesverlauf

Ein Einfamilienhaus mit einer installierten PV-Anlagenleistung von einem Kilowatt pro 1.000 Kilowattstunden Strombedarf kann ohne Speicher – und ohne Lastverschiebung – sowohl einen Eigenverbrauchsanteil als auch einen Deckungsgrad von durchschnittlich etwa 30 Prozent erzielen. Wird zusätzlich eine nutzbare Speicherkapazität von einer kWh pro 1.000 kWh jährlichen Strombedarfs installiert, lässt sich der Anteil des Eigenverbrauchs auf etwa 60 Prozent steigern. Der Grad, zu dem der Energiebedarf des Haushalts durch den eigenen Strom gedeckt wird ("Unabhängigkeitsgrad"), steigt entsprechend.

Eine Vergrößerung der Speicherkapazität über zwei kWh pro kWp installierter Anlagenleistung ist jedoch nicht wirtschaftlich. Ein gänzlich vom Netz unabhängiger, also autarker, Betrieb wäre extrem aufwändig und teuer.

Entscheidend ist immer die nutzbare oder Netto-Kapazität eines Speichers, nicht die Brutto-Kapazität, die viele Hersteller als erstes oder ausschließlich angeben. Der Netto-Wert lässt sich aber bei fehlender Angabe aus der Brutto-Kapazität und der maximalen Entladetiefe errechnen (oft auf Englisch angegeben: "depth of discharge", DOD). Diese gibt an, zu wie viel Prozent der Speicher entladen werden kann, ohne Schaden zu nehmen.

Kapazität

Die Speichertechnologie und der Markt für Batteriesysteme haben sich in den vergangenen Jahren rasant entwickelt. Die Preise sind gefallen, die Nachfrage ist gestiegen. Trotzdem müssen die Speicherpreise noch weiter sinken. Der Batteriespeicher allein rechnet sich nicht. Er wird derzeit finanziert durch den Gewinn aus der Photovoltaikanlage. Es muss von daher im Einzelfall genau gerechnet werden, ob der zusätzliche Betrieb eines Speichers zur Photovoltaikanlage die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems in Frage stellt. Dabei sind unter anderem zu berücksichtigen:


Als Nachrüstung zu bestehenden Anlagen sind Speicher in der Regel noch nicht wirtschaftlich zu betreiben.

Es ist von Vorteil, aber noch nicht Standard, eine auf Prognosen beruhende Ladestrategie einzusetzen. Das bedeutet, dass die Batterie nicht einfach so schnell wie möglich geladen wird, sobald die Sonne scheint. Stattdessen wird der Speicher auf Basis von Wetter- und Verbrauchsvorhersagen so gesteuert, dass er zur sonnenreichen Mittagszeit, wenn die Stromnetze stark belastet sind, noch Speicherkapazitäten frei hat und die Ladung dann stattfindet. So vermeiden die Betreiber, dass ihr Strom in dieser Situation weder gespeichert noch eingespeist werden kann und ihnen Erträge entgehen. Gleichzeitig leistet die Anlage einen Beitrag zur Netzstabilität, weil Einspeisespitzen in der Mittagszeit verringert werden.

Für den Einsatz in Privathaushalten stehen Systeme auf Blei- und auf Lithium-Basis zur Auswahl. Bleibatterien sind eine lange erprobte Technologie und in der Anschaffung günstiger als die neueren Lithiumvarianten. Letztere wiederum sind kleiner und theoretisch langlebiger als Bleispeicher, was die anfänglichen Mehrkosten gegenüber Bleisystemen aufwiegen kann.

Angegeben wird die voraussichtliche Lebensdauer oft in der maximalen Zahl der Be- und Entladezyklen, die möglich sind, bevor die Kapazität auf 80 Prozent sinkt und die Batterie als defekt gilt. Ein Durchschnittshaushalt benötigt im Jahr rund 250 Lade-/Entlade-Zyklen; daraus ergeben sich durchschnittliche Lebensdauern bei Bleibatterien von 6 bis 12 Jahren und bei Lithiumbatterien zwischen 16 und 25 Jahren. Möglichst langfristige Garantien sollten ein wichtiger Punkt bei der Kaufentscheidung sein.

Einen großen Einfluss auf die Lebensdauer hat auch die Raumtemperatur: Wo der Speicher steht, sollten es maximal 20°C bis 25°C sein; deshalb ist ein Keller jederzeit einem Dachboden vorzuziehen ist, der im Sommer wärmer werden kann.

Speicher verbrauchen selbst Strom, zum Beispiel für ihre Ladeelektronik. Der dadurch entstehende Mehrverbrauch kann bei jährlich 200 kWh liegen und bei einem Durchschnittshaushalt mit 3500 kWh Stromverbrauch pro Jahr eine Steigerung um fast sechs Prozent ausmachen. Hier gibt es große Unterschiede zwischen den angebotenen Geräten. Bei einigen Herstellern schaltet zum Beispiel die Überwachungselektronik nachts, wenn gar keine Aufladung stattfinden kann, in einen "Schlafmodus" und spart dadurch viel Energie.

Wichtig ist, dass immer ein saldierender Zähler für die Erfassung des eingespeisten und aus dem Netz bezogenen Stroms eingesetzt wird. Dieser fasst die Ströme über alle drei Phasen des Hausnetzes zusammen. Ein mehrphasiger Anschluss des Speichers selbst ist dann von Vorteil, wenn eine große Menge Strom gleichzeitig von mehreren Geräten entnommen werden soll. Diese Variante hat aber einen höheren Stromverbrauch als die einphasige. Hier ist die Beratung durch einen Fachbetrieb angezeigt.


Der optimale Platz für die Anlage

Bevor Sie sich eine Photovoltaikanlage anschaffen, sollten Sie prüfen, ob das Dach Ihres Hauses dafür geeignet ist. Eine stabile, asbestfreie Dacheindeckung ist unbedingte Voraussetzung. Die Ausrichtung der Fläche und die Sonneneinstrahlung entscheiden über den Ertrag der Anlage. Wirtschaftlich kann diese aber mittlerweile auch sein, wenn der Stromertrag nicht optimal ist

Am besten für eine Solaranlage ist eine südliche Ausrichtung. Abweichende Ausrichtungen nach Südost und Südwest sind jedoch auch noch akzeptabel: Der Ertrag mindert sich maximal um 5-10 Prozent.

Die Neigung der Photovoltaikmodule liegt im Idealfall bei 30 Grad. Abweichende Neigungen zwischen 25 und 45 Grad können den Ertrag um bis zu 10 Prozent verringern. Bei einer senkrechten Installation an der Fassade kann der Ertrag sogar bis zu 40 Prozent geringer ausfallen.

Die Sonne sollte möglichst ungehindert auf das Dach strahlen. Liegt die Fläche ganzjährig im Schatten – etwa durch benachbarte Bauten oder Bäume – ist zu erwarten, dass sich der Ertrag um 3 bis 10 Prozent verringert.

Mittlerweile ist die Vergütung für eingespeisten Solarstrom deutlich unter die Bezugskosten für Strom aus dem Netz gefallen und gleichzeitig ist im Erneuerbare–Energien-Gesetz (EEG) eine sogenannte Kappung der maximalen Einspeiseleistung auf 70 Prozent möglich. Deshalb können nun auch Ost- oder West-Anlagen wirtschaftlich interessant sein. In diesem Fall würde eine Kappung so gut wie nie greifen, da deren Effekt durch die Ausrichtung der PV-Module praktisch vorweggenommen wird.


Die Größe der Anlage

Der Wirkungsgrad der Anlage, die staatliche Vergütung und der eigene Stromverbrauch geben den Ausschlag für die passende Anlagengröße. "Je größer, desto besser", gilt unter den aktuellen Bedingungen nicht mehr.

Die elektrische Leistung (Nennleistung) einer Photovoltaikanlage wird in Kilowattpeak (kWp) gemessen. Sie gibt die maximale Leistung unter standardisierten Testbedingungen an und ermöglicht einen Vergleich der Module. Für die Installation von rund 1 kWp Anlagenleistung werden etwa 8 Quadratmeter Fläche benötigt. Der Stromertrag der Anlage schwankt jedoch mit der Sonneneinstrahlung und den Jahreszeiten. Weiterhin ist er abhängig von Umwelteinflüssen wie Schatten, reflektierendem Licht und der Verschmutzung der Module sowie anlagenspezifischen Faktoren wie dem Wirkungsgrad von Modulen und Wechselrichtern. Solche Verluste können den Ertrag um bis zu 30 Prozent schmälern.

Im Jahr 2012 ist die Höhe der Einspeisevergütung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) deutlich unter das Niveau der Haushaltsstrom-Preise gefallen. Deshalb gilt seitdem als wirtschaftlichste Lösung nicht mehr die größtmögliche Anlage, sondern die optimale Ausrichtung am Stromverbrauch des Haushalts. Selbst erzeugten Strom selbst zu nutzen und dadurch weniger Energie aus dem Netz zu kaufen, ist lukrativer, als möglichst viel davon gegen EEG-Vergütung einzuspeisen. Der Eigenverbrauch lässt sich zum einen steigern, indem man den Stromverbrauch in die Produktionszeiten der Photovoltaikanlage verschiebt – etwa durch das passende Anschalten von Wasch- und Spülmaschine – und zum anderen, indem man Batteriespeicher einsetzt.


Staatliche Förderung und steuerliche Abgaben

Mit der Finanzierung einer Solaranlage stehen Privatpersonen nicht allein. Der Staat bietet neben der Vergütung des Stroms auch zinsgünstige Darlehen sowohl für die Anlage als auch für Batteriespeicher an. Steuerrechtlich hat der Anlagenbetreiber jedoch ein paar Punkte zu beachten. ➜ Mehr


Vergleich von Angeboten

Bevor Sie sich zum Kauf einer PV-Anlage entscheiden, empfiehlt es sich, mehrere detaillierte Angebote einzuholen. Der Preis sollte dabei nicht das alleinige Entscheidungskriterium sein. Achten Sie auf jeden Fall auch auf die Vollständigkeit des Angebotes und auf von der Verbraucherzentrale empfohlene Zertifikate und Gütezeichen!

Damit Interessenten für Solarstromanlagen und Batteriespeicher die Seriosität und handwerkliche Kompetenz der vielen Anbieter besser abschätzen können, sollen ihnen diverse Gütezeichen eine bessere Orientierung geben.

Dabei geht es nicht nur um die Qualität bestimmter Komponenten, beispielsweise eine Typprüfung für Module oder Wechselrichter, sondern auch um Standards für die Konzeption, die Ausführung und den Service der Hersteller und ausführenden Betriebe.

Folgende Zertifikate empfiehlt die Verbraucherzentrale für Photovoltaikanlagen::

  • Ausreichende Schutzisolierung: mindestens Schutzklasse II; diese verhindert das Auftreten gefährlicher Körperströme
  • Stabilität gegen UV-Licht, Temperatur, Nässe und Hagel:
    IEC (Internationale Elektrotechnische Kommission) 61215 (kristalline Solarmodule),
    IEC 61646 (Dünnschicht/amorphe),
    CEC 503 Ispra: entspricht im Wesentlichen IEC 61215
  • IEC 61730 (erweiterte Sicherheitsprüfungen aufbauend auf den vorgenannten Prüfungen)
     

Für Batteriespeicher auf Lithium-Ionen-Basis ist ein Zertifikat über die Einhaltung des Sicherheitsleitfadens Li-Ionen-Hausspeicher empfehlenswert.

Photovoltaik-Anlagenpass

Sowohl der Photovoltaik-Anlagenpass als auch der Speicherpass des Bundesverbandes Solarwirtschaft e.V. (BSW) wurden gemeinsam mit dem Zentralverband der Deutschen Elektro- und Informationstechnischen Handwerke (ZVEH) erstellt. Mit ihnen dokumentieren Handwerksbetriebe, dass Anlagen und Geräte nach dem Stand der Technik geplant und installiert wurden. Die Formulare enthalten auch eine Protokollvorlage für die Abnahme. Diese belegt, dass die Anlage und/oder der Speicher bei der Übergabe korrekt funktioniert. Die Pässe sind jedoch keine unabhängig geprüften Qualitätszertifikate.

Beide Pässe können nur von registrierten Handwerksbetrieben übergeben werden. Der Bundesverband Solarwirtschaft hält dazu ausführliche Informationen und eine Datenbank registrierter Handwerker bereit.


Gewährleistung, Garantien, Verträge, Versicherung

Neben Qualitätsstandards und Gütesiegeln sollten bei der Kaufentscheidung auch die Garantiebedingungen geprüft werden. Rechtliche und vertragliche Fragen sind zu klären insbesondere die der Versicherung der Anlage. ➜ Mehr

Beratung
Wer mit dem Strom aus der Sonne ins Geschäft kommen möchte, erhält bei den Verbraucherzentralen eine umfassende und von Anbietern unabhängige Beratung.