Photovoltaikanlage Dimensionierung

Faktoren für die optimale Auslegung der Anlage

Die konkrete Planung einer PV-Anlage beginnt mit der Ermittlung ihrer optimalen Größe. Schließlich muss die Modulfläche groß genug sein, um wirtschaftlich zu arbeiten – aber auch nicht größer als im Budget vorgesehen. Eine Frage, die sich jeder Betreiber stellt: Wie groß soll meine Photovoltaikanlage ausgelegt sein? Wir zeigen die Faktoren für die richtige Dimensionierung der Anlage auf. Vorweg gleich ein Rat: Wenn das Budget es erlaubt, lieber in die Zukunft schauen und die PV-Anlage etwas größer auslegen

Bedarf und Nutzungsverhalten

Entscheidend ist, dass der zu erwartende Ertrag den Strombedarf der Hausbewohner deckt. Wie viel des erzeugten Stroms direkt genutzt werden kann, hängt dabei von der zeitlichen Übereinstimmung mit dem Verbrauch ab. In einem Erwerbstätigen-Haushalt liegt der Eigenverbrauchsanteil erfahrungsgemäß bei ca. 30%. Berufstätige sind in der Regel tagsüber abwesend und benötigen die Solarenergie erst am Abend, wenn die Anlage weniger davon produziert. Die Folge: Der Großteil des Stroms, nämlich ca. 70%, wird ins öffentliche Netz eingespeist. Das Verhältnis dreht sich um, wenn eine Solarbatterie zum Einsatz kommt.

Dimensionierung einer PV-Anlage bei normalem Strombedarf

Der durchschnittliche Verbrauch eines Singlehaushalts liegt bei 1.500 Kilowattstunden pro Jahr. Eine vierköpfige Familie benötigt rund 4.500 kWh. Dieser Bedarf kann mit einer Photovoltaikanlage von 4 bis 5 Kilowatt-Peak abgedeckt werden. Zumindest rein rechnerisch, denn alleine die regional unterschiedliche Globalstrahlung beeinflusst diesen Wert. Zudem muss die PV-Anlage dafür optimal ausgerichtet und absolut unverschattet sein.

Auslegung bei einem Haushalt mit Elektroauto, Wärmepumpe und Klimaanlage

Bei einem durchschnittlichen E-Fahrzeug mit einem Stromverbrauch von 15 kWh pro 100 km und einer ebenfalls durchschnittlichen jährlichen Fahrleistung von 13.000 km beträgt der Jahresenergiebedarf fürs Auto rund 2.000 kWh. Stimmen die Standortbedingungen, ergibt dies ein Plus von ca. 2 kWp für die Auslegung der Fotovoltaikanlage. Wie der Strombedarf eines E-Fahrzeugs exakt berechnet wird, erfahren interessierte Autofahrer in unserem Beitrag Photovoltaikanlage fürs Elektroauto.

Eine Wärmepumpe erzeugt Wärme mit Strom. Eine Angabe zum Energiebedarf kann weniger pauschal beantwortet werden wie fürs Elektroauto. Es kommt nämlich sehr darauf an, welche Wärmepumpentechnik [auf ??? Artikel folgt] zum Einsatz kommt: eine stromintensive Luftwärme-, eine vergleichsweise sparsame Erdwärme- oder eine besonders effiziente Grundwasser-Wärmepumpe. Am Beispiel eines Einfamilienhauses mit 120 m² Wohnfläche und einem Jahresverbrauch von 100 kWh/m² ergibt sich ein Wärmebedarf von 12.000 kWh p.a. – und ein Jahresstromverbrauch zwischen ca. 2.400 und 4.300 kWh. Wieder ausgehend von guten Standortbedingungen bedeutet dies ein Modulausbau von im Mittel 3,5 kWp.

Ob eine Klimaanlage angesichts von Energieknappheit und Strompreisexplosion noch zeitgemäß ist, muss jeder Verbraucher für sich entscheiden. Auf jeden Fall ist für die elektrische Erfrischung ein tiefer Griff in die Tasche nötig. Es sei denn, die PV-Anlage auf dem Dach absorbiert Sonnenstrahlen zum Nulltarif. Diese zu nutzen, ist aber keineswegs gratis. Ein fest installiertes Splitgerät benötigt für einen 25 m² großen Raum pro Jahr ca. 270 kWh Strom, ein mobiles Kleingerät sogar 440 kWh (bei einer durchschnittlichen Laufzeit von 350 Stunden). Dieser Bedarf würde mit etwa 0,5 zusätzlichen Kilowattpeak zu Buche schlagen. Und: Anders als ein Auto oder eine Heizungsanlage ist eine Klimaanlage purer Luxus …

Zählt man alles zusammen, würde die oben angenommene 4,5-kWp-Anlage auf stattliche 10,5 Kilowatt-Peak anwachsen. Bei einem Systempreis von derzeit 1.300 Euro pro kWp fielen also insgesamt etwa 13.600 Euro reine Anschaffungskosten (inklusive Montage) an (Stand: Frühjahr 2022). Das klingt nach sehr viel, kann sich aber dennoch durchaus lohnen.

ABER: Eine 10,5-kWp-Anlage zu installieren, wäre nicht klug. Nicht umsonst gilt die „10-kWp-Grenze“ als magisch. Warum sie besser eingehalten werden sollte, erfahren interessierte User in unserem Beitrag zu eben dieser 10-kWh-Grenze für PV-Anlagen.

Empfehlung der Verbraucherzentrale NRW

Eine von der Verbraucherzentrale NRW in Auftrag gegebene Studie kam 2019 zu neuen Ergebnissen: Es ist wesentlich wirtschaftlicher, die Größe der Anlage nicht allein nach der Höhe des Eigenverbrauchs zu dimensionieren. Berechnungen der Hochschule für Technik Berlin (HTW) führten zur Empfehlung, die Dachfläche größtmöglich auszunutzen. Lediglich Anlagen mit einer Leistung zwischen 10 und 12 Kilowatt hätten eine schlechte Rendite. Hierfür sei der geringere Nettobarwert der Einsparungen aufgrund der EEG-Umlage ab 10 kW verantwortlich. Ab 12 kW läge die Investitionsrendite dann wieder auf dem Niveau der 10-kW-PV-Anlage. (Quelle: htw, Sinnvolle Dimensionierung von Photovoltaikanlagen für Prosumer, März 2019)

Die 2019 noch aktuelle EEG-Umlage wird ab Mitte 2022 zwar in die Geschichtsbücher verbannt, dafür erspart die sogenannte Vereinfachungsregelung vielen Anlagenbetreibern seit 2021 die Zahlung einer Einkommensteuer auf die Einspeisevergütung. Die in der Studie angesprochene 10-kW-Grenze ist für die Dimensionierung also nach wie vor attraktiv.

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Verfügbare Dachfläche

Doch wie ermittelt man die zur Verfügung stehende Fläche? Liegt ein Bauplan vor, kann die Größe des Daches dort entnommen werden. Bei älteren Häusern sind Baupläne jedoch oftmals nicht mehr vorhanden oder die Dachmaße darauf nicht genau genug angegeben. Doch Vorsicht beim eignen Ausmessen: Nicht jedes Dach ist einfach zugänglich und ein Besteigen oftmals sogar gefährlich. Einen Ausweg bieten Lasermessgeräte, mit denen man die Dachfläche aus einer sicheren Position heraus ermittelt. Das Gerät sollte auch als Neigungswinkel-Messgerät eingesetzt werden können. Wem das zu teuer ist, kann professionelle Entfernungsmesser mieten. Oder man beauftragt für die Vermessung direkt einen erfahrenen Solarteur.

Von der Gesamtfläche müssen nun noch die Flächen der Fenster, Gauben, Schornsteine u.Ä. abgezogen werden. Dabei ist unbedingt auf mögliche Verschattungen zu achten. Bereiche, die praktisch nie der Globalstrahlung ausgesetzt sind, sollten nicht mit Solarmodulen belegt werden. Im Ergebnis erhält man so die maximal mögliche Montagefläche für die Photovoltaikanlage.

Art der Solarmodule

Ein weiterer Faktor ist die Wahl der PV-Module. In Solarmodulen werden Solarzellen zusammengeschaltet, die sich je nach Halbleitermaterial unterscheiden. Ob polykristallin oder monokristallin – beide haben ihre Vor- und Nachteile. Ist die Dachfläche eher klein, empfiehlt sich eine Auslegung mit (allerdings teureren) monokristallinen Modulen. Sie erreichen 1 kWp pro 5-6 m² Fläche. Die gängigen polykristallinen Module benötigen 6-7 m² für jedes kWp.

Komfortanspruch

Natürlich ist es bequem, den gesamten Ertrag ins öffentliche Stromnetz einzuspeisen und vom Netzbetreiber eine Vergütung dafür zu erhalten. Aber: In Zeiten sinkender Einspeisevergütungen sinkt auch die Attraktivität dieses Modells. Daher steht bei einer netzgekoppelten Anlage heute mehr im Vordergrund, möglichst viel des selbst produzierten Solarstroms auch selbst zu verbrauchen. Wertvolle Ideen dazu liefert der Beitrag Tipps zur Erhöhung des Eigenverbrauchs.

Komfortabel ist ebenso die Entscheidung, überzähligen Strom in einer Solarbatterie für den späteren Bedarf zu speichern. Die gute Nachricht: Die Kosten für solche Batteriespeicher fallen und fallen …

Fazit: Früher wurde die Auslegung der Anlage insbesondere von der zur Verfügung stehenden Dachfläche und der Einspeisevergütung bestimmt. Heute ist dagegen der Nutzungsgrad der Hauptfaktor für die Auslegung einer Photovoltaikanlage.

Software zur Auslegung der Photovoltaikanlage

Es wird schon deutlich, dass viele Faktoren bei der richtigen Auslegung der Photovoltaikanlage eine Rolle spielen und die Planung eine durchaus komplexe Angelegenheit ist. Will man es genauer als mit Faustformeln wissen, können Photovoltaikrechner bzw. Simulationsprogramme zu Hilfe genommen werden.

Ein solches Programm berechnet aufgrund der eingegebenen Rahmenparameter, ob mit den vorhandenen Möglichkeiten eine Photovoltaikanlage wirtschaftlich betrieben werden kann.

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