Solarstrom

Solare Einstrahlung in Daisendorf

Die Lage und das Klima Daisendorfs bieten günstige Voraussetzungen für die CO2-freie Erzeugung von Strom aus der unerschöpflichen Energie der Sonneneinstrahlung. Für Daisendorf und seine Bürger hat der Solarstrom bereits eine beachtliche Bedeutung erreicht. Das zunehmende Umweltbewusstsein und die Einsicht, dass die Abhängigkeit von immer teurer werdenden importierten fossilen Energieträgern Risiken birgt, hat zum Umdenken geführt. Dezentral aus Sonnenenergie erzeugter Strom ist ein wichtiger Bestandteil der Stromversorgung geworden. Er ist bei vernünftiger Einbindung in das übergeordnete Stromnetz ein wichtiger Bestandteil für eine erfolgreiche Energiewende Dass die Wirtschaftlichkeit dabei nicht zu kurz kommen muss, zeigt sich an dem stetigem Zuwachs an Anlagen auch auf Daisendorfer Dächern.
Es sind bis Februar 2017 insgesamt 71 Anlagen mit Nennleistungen zwischen 2 und 26 kWp (1) errichtet worden. Die Gesamtnennleistung beträgt 526 kWp. Die Leistungsfähigkeit des Daisendorfer Stromnetzes ermöglicht den weiteren Ausbau der örtlichen Photovoltaik ohne weitere Investitionen seitens des Netzbetreibers um mindestens das sechsfache der momentanen Einspeiseleistung.

Die jährliche solare Einstrahlung in Daisendorf liegt mit ca. 1100 kWh/m² im Vergleich zu anderen Regionen Deutschlands sehr hoch. Mit dem heutigen technologischen Stand der Photovoltaik lassen sich jährliche Stromerträge bis zu 1130 kWh pro kWp installierter Leistung erzielen Die an den bisher in Daisendorf installierten Anlagen gemessenen jährlichen Erträge schwanken nur maximal +/- 8 % um den Mittelwert von 1050 kWh pro kWp. Das erlaubt eine relativ zuverlässige Ertragsprognose für die Planung weiterer Photovoltaikanlagen in Daisendorf.

(1) kWp (Peak- oder Nennleistung) ist die Leistung, die ein Modul unter festgelegten Laborbedingungen (1 kW solare Einstrahlung und 25 °C Zelltemperatur) liefert.



Anlagen

Solarstrom wird durch Photovoltaik-Module erzeugt. Ein Modul besteht in der Regel aus 36 bis 72 elektrisch hintereinander geschalteten Solarzellen, die eine Spannung von ca. 16 bis 32 Volt erzeugen. In der Praxis kommen nur 3 verschiedene Zelltypen zur Anwendung: monokristalline, polykristalline und amorphe Zellen. Der Wirkungsgrad von kristallinen Zellen liegt zwischen 12 und 18 %, wobei der Wirkungsgrad der monokristallinen Zellen im oberen Bereich liegt. Die amorphen Zellen haben im Vergleich zu den kristallinen Zellen bei hohen Einstrahlungswerten einen geringeren Wirkungsgrad von ca. 10 bis 12 %. Bei geringer Einstrahlung (bewölkter Himmel) liegt er höher als bei kristallinen Zellen. Außerdem ist die Leistungsabnahme bei hohen Temperaturen, wie sie im Sommer auftreten, geringer ausgeprägt als bei kristallinen Zellen.

Der Flächenbedarf für eine Dachanlage mit kristallinen Zellen liegt je nach Zellentyp zwischen
6,5 und 7,5 m² pro kWp. Bei amorphen Zellen sind es ca. 10 bis 12 m². Bei Freilandanlagen sind die Abstandsflächen zwischen den Modulen zu berücksichtigen, so dass der Flächenbedarf je nach Topologie größer sein wird als bei Dachanlagen.

Heutzutage werden überwiegend Module mit Leistungen zwischen 190 und 300 Wp installiert. Mehrere Module werden elektrisch hintereinander zu einem sogenannten String verschaltet, so dass sich die für den angeschlossenen Wechselrichter erforderliche Spannung von üblicherweise 300 bis 800 V ergibt. Mehrere Strings mit jeweils gleicher Anzahl von Modulen können wiederum zur Leistungserhöhung parallel geschaltet werden. Der Wechselrichter wandelt die von den Modulen gelieferte Gleichspannung mit einem Wirkungsgrad von ca. 95 % in Netz-konforme Wechselspannung um. Der Wechselstrom wird bisher in der Regel in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Wegen der steigenden Strompreise wird es immer attraktiver, einen Teil des erzeugten Stroms selbst zu verbrauchen und nur die überschüssige Strommenge ins Netz zu speisen.

Photovoltaikanlagen werden überwiegend als Dachanlagen auf Häusern, Scheunen oder Carports in der Regel ohne bauliche Veränderungen installiert. Freifeldanlagen werden auf Brachflächen und ähnlichen Freiflächen mit eigenem Unterbau errichtet.

Die Nennleistungen der Anlagen liegen je nach Größe der geeigneten Fläche meistens zwischen 3 und 10 kWp, bei großen Gebäuden bis 40 kWp, in Ausnahmefällen auch darüber. Freifeldanlagen haben Leistungen von 100 bis mehreren 1000 kWp.

Der erzeugte Wechselstrom wird entsprechend dem Strombedarf im eigenen Haus verbraucht wodurch die Höhe der Stromrechnung reduziert wird. Überschüssiger Strom fließt in das öffentliche Stromnetz und wird vom Netzbetreiber gemäß den aktuellen Sätzen vergütet.
(12,31 Cent/kWh, ab September 2015)

Da der Preis für den vom Stromlieferanten bezogenen Strom mit z. Zt. rund 28 Cent/kWh mehr als doppelt so hoch liegt und die Strompreise in Zukunft noch weiter steigen werden, ist es wirtschaftlich sinnvoll, einen möglichst großen Teil des erzeugten Stroms selbst zu verbrauchen und nur die überschüssige Strommenge ins Netz zu speisen.


Schema einer Photovoltaikanlage mit Eigenverbrauch und Einspeisung
in das 230V/400V-Stromnetz



Erträge

Die Stromerträge von Photovoltaikanlagen (im Folgenden PV-Anlagen genannt) weisen wetterbedingt starke tages- und jahreszeitliche Unterschiede auf.
Der Ertrag wird auch durch die Ausrichtung der Anlage zur Sonne (Neigung, Abweichung von Süden) und eventuelle Verschattungen beeinflusst.
Tabelle 1 zeigt die monatlichen Erträge (bezogen auf 1 kWp installierter Leistung) einiger Daisendorfer Anlagen mit unterschiedlichen Ausrichtungen. Es ist zu erkennen, dass Abweichungen von der Südrichtung (Azimut) von bis zu 50 Grad keine großen Ertragsminderungen zur Folge haben, wenn die Dachneigung bei starker Abweichung von Süden nicht größer als 25 Grad ist. Dächer mit Ost- oder Westausrichtung sind deshalb durchaus geeignet, um auch ohne Aufständerung der Module gute Erträge zu erreichen. Diese Erkenntnis hat sich auf Grund der in der Praxis ermittelten Ergebnisse erst in den letzten Jahren durchgesetzt.
Ein Vorteil, den Häuser mit geeigneten Dachflächen auf der Ost- und Westseite haben, liegt in der gleichmäßigeren Verteilung der Stromerträge vom Morgen bis zum Abend. Dadurch ergibt sich eine wesentlich bessere Möglichkeit, Erzeugung und Verbrauch zeitgleich anzupassen, und der Eigenverbrauchsanteil erhöht sich deutlich.


Tabelle 1: Ertragsvergleich Daisendorfer PV-Anlagen mit unterschiedlichen Ausrichtungen (Kinderhausanlagen, Rathausanlage)



Nutzung

Eigenverbrauch
Der von der PV-Anlage erzeugte Strom wurde bis vor wenigen Jahren üblicherweise vollständig in das öffentliche Netz eingespeist und nach den jeweils geltenden gesetzlichen Regelungen vom Stromnetzbetreiber vergütet.

Durch die fortschreitende Erhöhung der Strombezugspreise bei gleichzeitiger Absenkung der Vergütungssätze ist es seit 2011 von Jahr zu Jahr attraktiver geworden, den erzeugten Solarstrom möglichst selbst zu verbrauchen. Je nach Anlagengröße und Stromverbrauch des Erzeugers wird in der Regel ohne besondere Vorkehrungen ein Eigenverbrauchsanteil von ca. 15 bis 30% des erzeugten Stroms erreicht. Dieser Anteil kann durch Batteriespeicherung bis auf 70% gesteigert werden. (Siehe Kapitel Speicherung).
Wie im Kapitel Erträge erwähnt ist eine Anlagenausrichtung nach Süden unter dem Aspekt der Eigenverbrauchsmaximierung nicht unbedingt erstrebenswert. Durch die parallele Nutzung von Anlagen auf nach Osten und Westen orientierten Dächern kann der Eigenverbrauchsanteil um 10 bis 15% gesteigert werden.

Direktvermarktung
Eine weitere Möglichkeit der Verwendung des Solarstroms ist die Direktvermarktung des erzeugten Solarstroms. Die Einspeisevergütung ist in den letzten Jahren stetig abgesenkt worden. Andererseits hat sich der Strompreis stetig erhöht. Er beträgt jetzt fast das 2,5-fache der Einspeisevergütung. Deswegen kann es wirtschaftlich sinnvoll sein, den erzeugten Solarstrom teilweise oder vollständig einem Dritten, z.B. Nachbarn, zu einem für beide Seiten vorteilhaften Preis anzubieten. Die Neufassung des Erneuerbaren Energiegesetz (EEG) wird unter anderem auch die Direktvermarktung des von privaten Solarstromanlagen erzeugten Stroms regeln.

Speicherung
Ein Teil des erzeugten aber nicht sofort selbstverbrauchten Stroms kann in einer geeigneten Batterie gespeichert werden. In Zeiten, in denen die erzeugte Leistung geringer ist als die benötigte, kann die gespeicherte Energie wieder aus der Batterie entnommen werden.
Hierzu wird die momentan erzeugte Solarleistung, der Eigenverbrauch und der Ladezustand der Speicherbatterie gemessen. Mit den gewonnenen Daten wird die Batterieladung und -entladung so gesteuert, dass der Eigenverbrauch maximiert wird.

Ein im Zusammenhang mit der Elektromobilität stehendes zukünftiges Szenario ist die Nutzung der Batterien in Elektroautos zur Stromspeicherung in Solarstromanlagen. Da viele Autos nur wenige Stunden und überwiegend nur tagsüber benutzt werden, können sie bei Nichtnutzung zusätzlich als Stromspeicher eingesetzt werden.



Wirtschaftlichkeit

Einspeisevergütungen
Das Erneuerbare Energiegesetz (EEG) unterscheidet bei der Vergütung zwischen Dach- und Freifeldanlagen. Darüber hinaus gibt es je nach Leistungsklasse unterschiedliche Vergütungsstufen. Das im Jahre 2000 in Kraft getretene EE-Gesetz wurde in den vergangenen Jahren mehrmals geändert. Die neueste Novellierung ist im August 2014 in Kraft getreten. Sie sieht unter anderem Maßnahmen zur Steuerung des weiteren Ausbaus der Erneuerbaren Energien, der Senkung von Einspeisevergütungen und der Beteiligungen an der EEG-Umlage vor. Von letzterer sind jedoch private Solarstromanlagen bis zu einer Nennleistung von 10 kWp befreit.
Um Einfluss auf den jährlichen Zubau von PV-Anlagen zu nehmen, sieht das EE-Gesetz vor, die Einspeisevergütungssätze entsprechend der Zubaurate zu variieren. In den vergangenen Jahren führte das einhergehend mit deutlichen Preisreduktionen bei den PV-Modulen zu einer stufenweise Verringerung der Einspeisevergütung. Dieser Trend hat sich jedoch trotz weiterer Senkung der Modulpreise abgeschwächt. Ab Inbetriebnahmezeitpunkt Januar bis August 2015 galt eine Absenkung der für 20 Jahre garantierten festen Vergütung von nur noch 0,25 % pro Monat. Seit Dezember 2015 ist die Einspeisevergütung für Anlagen bis 10 kWp mit 12,31 Ct/kWh konstant geblieben. Bei Anlagen über 10 kWp bis 40 kWp sind es 11,97 Ct/kWh. Die Vergütungssätze gelten jeweils für die Dauer von 20 Jahren plus das Jahr der Inbetriebnahme. Nach Ablauf der festen Vergütungszeit liefert die PV-Anlage in der Regel noch mindestens über eine weitere Laufzeit von 10 Jahren mehr als 85 % ihrer Nennleistung. Der im eigenen Haushalt nicht verbrauchte überschüssige Solarstrom kann zu den dann geltenden Konditionen vermarktet werden. Das trägt zu einer weiteren Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Anlage bei, da nur geringe Betriebskosten anfallen. Details zu den Vergütungssätzen und die steuerliche Behandlung von PV-Anlagen sind auf der Internetseite vom Solarförderverein (siehe Themenbereich "Information/ Links/Solarstrom" zu finden.

Anlagekosten und Amortisation
Die Kosten einer PV-Anlage sind in den letzten Jahren insbesondere durch Preissenkungen bei den Modulen um bis zu 80 % gefallen. Im Vergleich zum Jahr 2008 haben sich die Modulpreise von ca. 4,30 € pro Wp auf heute weniger als 0,90 € pro Wp verringert. Diese Preissenkungen haben dazu geführt, dass die jährlichen und zuletzt sogar monatlichen Absenkungen der gesetzlichen Einspeisevergütung die Wirtschaftlichkeit nicht verschlechtert haben. Die Amortisationszeit einer neuen Anlage hat sich daher nur geringfügig verändert. Sie liegt, abhängig von der Anlagengröße und dem Eigenverbrauchsanteil, in der Regel zwischen 8,5 und 9,5 Jahre.


Diagramm 1: PV-Einspeisevergütung, Modulpreis und Amortisationszeit für Anlagen bis 10 kWp in Abhängigkeit vom Jahr der Inbetriebnahme

Die Entwicklung des durchschnittlichen Strompreises für private Haushalte und der Einspeisevergütung über die letzten 15 Jahre ist im Diagramm 2 dargestellt. Es zeigt sich deutlich, dass die Schere zwischen Einspeisevergütung und Strombezugspreis sich immer mehr zugunsten der Solarstromkosten öffnet.

Die Steigerung des Eigenverbrauchs und die Selbstvermarktung des erzeugten Stroms gewinnen daher immer mehr an Bedeutung, da sie die Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage verbessern. Zusätzlich ist im Diagramm die Entwicklung der Erzeugungskosten für den Solarstrom eingetragen. Heute kann Solarstrom kostenmäßig sich durchaus mit dem in Kohlekraftwerken erzeugten Strom messen, insbesondere, wenn die durch Schadstoffemissionen verursachten Kosten der Umweltschäden und deren Minderung berücksichtigt werden.


Diagramm 2: Entwicklung von Strombezugspreis, Einspeisevergütung (bei <10 kWp)
und Solarstrom-Erzeugungskosten in Cent pro kWh

Ertrags- und Kostenkalkulation
Es wurde ein Excel-Programm erstellt, mit dem anhand aktueller Daten die Erstellungskosten der Anlage, jährlichen Stromerträge, Einspeisevergütungen und Stromkosteneinsparung durch Eigenstromverbrauch berechnet werden können. Des weiteren lässt sich die Amortisationszeit und die durchschnittliche Verzinsung des eingesetzten Kapitals ermitteln.

Als Beispiel zeigt Tabelle 2 die Berechnungen für eine 6 kWp-Anlage mit einem angenommenen Eigenverbrauchsanteil von 30 %. Es sind die Vergütungssätze und Komponentenpreise mit Stand Juni 2017 berücksichtigt . Die Anlagenkosten sind als Nettokosten ohne Mehrwertsteuer angegeben, da dem Anlagenbetreiber die Mehrwertsteuer im Rahmen des Vorsteuerabzugs vom Finanzamt erstattet wird.

Mitglieder der Energiekonzeptgruppe verfügen über spezielle Fachkenntnisse und eigene Erfahrungen, um Bürger bei der Ertragsabschätzung und Kostenkalkulation von PV-Anlagen zu beraten.


Tabelle 2: Ertrags-/Kosten-Kalkulationsbeispiel für eine 6 kWp-Photovoltaik-Anlage mit 30% Eigenverbrauch