Fast alle Solarstromanlagen in Deutschland sind netzgekoppelte Photovoltaikanlagen. Die Stromüberschüsse, die die Bewohner im Haushalt nicht selbst verbrauchen, werden in das Stromnetz eingespeist. Solarstromanlagen erzeugen elektrische Energie aus Sonnenlicht. Ihre Leistungskurve folgt dem täglichen Lauf der Sonne; der höchste Ertrag wird um die Mittagszeit erreicht. Weil im Haushalt oft nicht mittags sondern in den Abendstunden der höchste Strombedarf besteht, werden inzwischen rund 50 % der netzgekoppelten Photovoltaikanlagen mit einem Photovoltaik-Speicher installiert.
Die Größe netzgekoppelter Photovoltaikanlagen wird vor allem durch ökonomische und rechtliche Faktoren bestimmt. Neben den Investitionskosten und den Platzverhältnissen spielt vor allem die Solarstrom-Förderung eine zentrale Rolle. In Deutschland regelt das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), dass Netzbetreiber den Strom aus Photovoltaikanlagen zu über 20 Jahre garantierten Preisen aufnehmen müssen. Dieser gesetzliche Garantiepreis sinkt für neu an das Netz gehende Anlagen zurzeit um 1,5 % pro Monat (Degression der Vergütungssätze). Mehrere andere Länder haben mittlerweile ähnliche Regelungen aufgelegt. Unter solchen Bedingungen ist der Bau großer Anlagen lohnend, die den vorhandenen Platz bestmöglich ausnutzen.
Aufbau einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage
Eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage besteht im Wesentlichen aus den Photovoltaik-Modulen, einem oder mehreren Wechselrichtern, einer Schutzeinrichtung zur automatischen Abschaltung bei Störungen im Stromnetz sowie einem Zähler zur Erfassung der eingespeisten Strommenge.
Der Wechselrichter wandelt den von den PV-Modulen gelieferten Gleichstrom in Wechselstrom um, dessen Leistungs- und Spannungswerte auf das Stromnetz abgestimmt sein müssen.
Für netzgekoppelte Photovoltaikanlagen kommen daher netzgeführte Wechselrichter zum Einsatz, die diese Vorgabewerte aus dem öffentlichen Stromnetz übernehmen. Die Gesamtleistung einer Anlage ist von der Fläche der PV-Module abhängig. Heute marktgängige Module benötigen zwischen 5 und 10 Quadratmeter je installiertem kWp (Kilowatt Peak, definiert als Leistung bei einer Einstrahlung von 1.000 W/m²). Je kWp nomineller Anlagenleistung ist in Mitteleuropa – je nach Lage und örtlichen Verhältnissen – bei optimaler Südausrichtung und einem Neigungswinkel der Module von etwa 30° mit einem Jahresertrag zwischen 800 und 1.000 kWh zu rechnen. Für eine 4-kW-Anlage in der Region Stuttgart wäre beispielsweise ein Jahresertrag von durchschnittlich 3.670 kWh zu erwarten.
Eine grobe Ertragsberechnung für Solarstromanlagen bietet der PV-Rechner des Solarservers.
Planung netzgekoppelter Photovoltaikanlagen:
Größe des Photovoltaik-Generators:
Die wichtigsten Kriterien für netzgekoppelte Photovoltaikanlagen sind rechtliche und ökonomische Rahmenbedingungen sowie die zur Verfügung stehenden Flächen und Investitionsmittel. Nach dem deutschen Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) gilt für Anlagen bis 30 kWp ein bereits bestehender Netzanschluss an das Grundstück für die Netzeinspeisung als ausreichend; bei größeren Anlagen kann der Anlagenbetreiber an den Kosten eines eventuell erforderlichen Netzausbaus beteiligt werden. Da ab dieser Anlagengröße zugleich die Vergütung je kWh geringfügig sinkt, werden auf Privathäusern nur selten größere Anlagen installiert; zudem würde für eine Anlage dieser Größe immerhin eine Aufstellungsfläche von rund 300 m² benötigt. Hinzu kommt, dass der Anlagenbetreiber bei netzgekoppelten Photovoltaikanlagen, die größer als 10 kWp sind 40 % der EEG-Umlage auf den eigenverbrauchten Strom bezahlen muss. Daher sind die meisten häuslichen Solaranlagen heute kleiner als 10 kWp.
Flächenbedarf der Solarmodule:
Mit den heute noch immer überwiegend eingesetzten Modulen aus kristallinen Siliziumsolarzellen wird je kWp installierter Leistung eine Aufstellungsfläche zwischen etwas über 5 m² (monokristralline Hochleistungsmodule) und 10 m² (polykristalline Zellen) benötigt. Dachflächen, die sonst nicht genutzt werden können, sind der kostengünstigste Aufstellungsort für Photovoltaikanlagen, vor allem nach Süden gerichtete Schrägdächer mit Neigungswinkeln zwischen 30 ° bis 37°.
Genehmigung, Statik:
In Deutschland sind die Bauordnungsämter für die Genehmigung von Solarstromanlagen zuständig. In den meisten Bundesländern bedürfen auf Dächern oder an der Fassade errichtete Anlagen keiner Genehmigung. Das gilt besonders für parallel zum Dach oder der Fassade installierte netzgekoppelte Photovoltaikanlagen. Anders sieht es oft bei aufgeständerten Solaranlagen aus. Denn örtliche Bebauungspläne oder Gestaltungsvorschriften (Denkmalschutz in Altstädten) können eine besondere Genehmigungspflicht begründen. Wichtig ist, dass die Dachflächen statisch geeignet sind und die Montagesysteme alle statischen Vorgaben erfüllen.
Ausrichtung und Solarstrom-Ausbeute:
Um einen möglichst senkrechten Einfall der Sonnenstrahlen auf die Modulfläche zu gewährleisten, sollte die Anlage so genau wie möglich nach Süden ausgerichtet und in einem ortsabhängigen Neigungswinkel aufgestellt werden (z.B. 33° in der Gegend von Basel, 37° bei Flensburg). Der ideale Neigungswinkel ist für PV-Anlagen niedriger als bei solarthermischen Anlagen, da letztere auf die Übergangszeiten Frühjahr und Herbst optimiert werden, die PV-Anlage jedoch auf den Gesamtjahresertrag.
Hierbei spielt neben dem Einfallswinkel der Sonne auch der „Azimutwinkel“ und der Neigungswinkel der Module bzw. Kollektoren eine Rolle. Der Azimutwinkel (β, im Bild rechts) gibt an, wie viel Grad die Flächen von Modul oder Kollektor von der exakten Südausrichtung abweichen. Der Neigungswinkel (α) betrifft die Abweichung von der Horizontalen. Untersuchungen belegen, dass Solaranlagen mit einem Azimutwinkel von etwa 0° und einem Neigungswinkel um 30° optimal ausgerichtet sind. Doch kleinere Abweichungen sind nicht unbedingt problematisch: Bei der Orientierung nach Südost oder Südwest können noch immer rund 95 % der möglichen Ernte eingefahren werden.
Bei freistehenden Anlagen kann der Modulertrag durch Nachführsysteme (Solar-Tracker) optimiert werden.
Wechselrichter:
PV-Anlagen erzeugen Gleichstrom, der über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden muss, um in das Netz eingespeist werden zu können. Netzgeführte Wechselrichter übernehmen automatisch die Abstimmung an die exakten Spannungs- und anderen Werte des Netzes.
Der Wechselrichter hat die netzgekoppelte Photovoltaikanlage zugleich so zu führen, dass sie jeweils am Punkt ihrer maximalen Leistung (Maximum Power Point; MPP) betrieben wird, an dem das höchste Produkt aus Strom und Spannung erreicht wird. Dieser MPP schwankt während des Betriebs in einem Intervall, das von der jeweiligen Bestrahlungsstärke, der aktuellen Zelltemperatur und dem Typ der Solarzellen abhängt. Ein guter und richtig dimensionierte Wechselrichter ist daher mit entscheidend für den Gesamtertrag der Anlage.
Hier können Sie Erträge von PV-Anlagen online berechen.
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