Die neue Solaranlage hat einiges an Vorarbeit gekostet zum richtigen Verständnis und zur richtigen Auslegung.
Auch wenn der Artikel nicht alles bis ins Detail erklärt und auch nicht alle Möglichkeiten, dokumentiere ich zumindest die wichtigsten Überlegungen.

Projekt: Solaranlage

Kontakt: Boris Dirnfeldner

Link– eigenes Projekt –

Situation:
Es soll eine kleine Anlage werden ohne Einspeisung und EEG-Vermarktung. Da ich auch keine enormen Beträge in die Anlage stecken will, sind die meisten Lösungen schlicht zu teuer und mit vielen Jahren bis zur Refinanzierung auch zu langfristig angesetzt.

Optionen:
Wenn man nicht einspeisen will, aber eine legale Lösung anstrebt, blieb bisher nur eine Inselanlage. Das bedeutet neben den Modulen einen Hybrid-Wechselrichter und leider auch zwingend entsprechende Akkus.
Alternativ konnte man eine Anlage ans Netz anklemmen und per EEG-Einspeisevergütung den überzähligen Strom verkaufen.
Seit relativ kurzer Zeit besteht nun auch die Option, Kleinstanlagen bis 600Wp ohne Einspeisevertrag anzuschließen, sofern die rechtlichen und technischen Vorgaben eingehalten werden und man auf die Einspeisevergütung verzichtet. Da bei mir das Ziel beim größtmöglichen Eigenverbrauchs liegt ist das nun endlich eine vernünftigere Lösung für Kleinanlagenbetreiber.
Da die EEG-Umlage auf Eigenverbrauch auch erst bei 10KWp installierte Anlagenleistung beginnt, muss ich mir dazu auch keine Gedanken machen.

Rechtlicher Rahmen:
Es sind auch bei diesen Anlagen die technischen Vorgaben / Normen einzuhalten und die Anlagen bei der Bundesnetzargentur und dem Netzbetreiber anzumelden. Die Leistung ist auf 600Wp limitiert und es darf keine anderen “Erzeuger” im Hausnetz geben. Sollten sich doch ein Paar Watt ins Netz verirren, gibt es dafür kein Geld und auch die Abschreibung der Anlage oder Erstattung der Umsatzsteuer ist nicht möglich.

Berechnung der Leistung:
Bei der Leistung der Module gibt es die Parameter Modulleistung, Ausrichtung, Temperatur und Alter als primäre Faktoren zur Stromerzeugung.
Für den Aufbau sind die Modulmaße und die Montageart wichtig. Letztere vor allen zur möglichst optimalen Ausrichtung der Module gegen die Sonne.
Ebenso wichtig ist es Verschattungen zu vermeiden. Zwar können durch die Module und Wechselrichter durch die Bypass-Dioden die grundsätzliche Funktion der anderen Module bei Verschattungen beibehalten, aber Leistungseinbußen sind so nicht zu vermeiden.
Daneben müssen Module und Wechselrichter natürlich zueinander passen damit überhaupt was funktioniert. Der Wechselrichter gibt vor allen einen unterstützen Bereich für Vmp und Imp vor, innerhalb denen sich die angeschlossenen Module liefern müssen. Auch die Maximalwerte Voc und Isc sollten unter den Maximalwerten des Wechselrichters liegen. Laut Aussagen eines Spezialisten ist besonders die Spannung kritisch und kann einen Wechselrichter sehr flott und final zerstören.
Der Wechselrichter kann leider auch nicht alles perfekt umwandeln und verliert einen Anteil der gewonnenen Leistung. Diese Effizient wird in mehreren Werten angegeben. Ich nehme für meine Berechnung die CEC-Effizient (California Energy Commission efficiency), angegeben mit 96,5%. Es gibt in der Theorie gibt es einen solchen Wert auch für Europa, allerdings nicht im Datenblatt meines Wechselrichters.
Ab dann gibt es viele Details zum Tuning bzw. zur Wartung, z.B. die Sauberkeit der Panels (Dreck vermindert die Leistungsfähigkeit).

Es wird gesagt, das unsere Sonne an einem idealen Tag 1000W/m² Strahlungsenergie liefert. Davon kann die Solarzelle ohnehin nur einen Teilbetrag umsetzen. Dies wird definiert durch den Wirkungsgrad der Zellen. Bei mir sind es laut Hersteller 16,51%. Allerdings ist es auch für die weitere Betrachtung bei mir egal, da der Wirkungsgrad primär bestimmt wie viel Platz an Solarmodulen erforderlich ist um einer bestimmte Leistung zu liefern. Meine Module liefern z.B. 270Wp mit Modulmaßen 1600*1000 mm. Da ich die Module gebraucht gekauft habe, sind die Werte wie sie sind. Eine Neuanlage mit begrenzten Platz würde vermutlich mit neuesten Modulen ausgestattet um möglichst viel Leistung pro Modul zu liefern bei möglichst idealer Ausrichtung. Ein alternativer Ansatz wäre auch, erheblich billigere Module bei schlechter Ausrichtung mit mehr Fläche zu verbauen (z.B. Dünnschichtmodule auf der Ost- und Westseite vom Hausdach).

Die Modulleistung (Pmax) der angeschlossenen Panels ist eine Herstellerangabe und wird in Wp (Watt-Peak) angegeben. Der Wert wird unter Idealbedingungen gemessen, im realen Betrieb aber kaum erreicht bzw. extrem selten überschritten. Diese Daten finden sich im Datenblatt oder auf dem Typenschild, bei mir liegt Pmax bei 270W pro Modul.

Die Ausrichtung wiederum ist spezifisch, beeinflusst aber erheblich die gelieferte Leistung. Hierzu ist die Ausrichtung nach Süden und der Winkel zur Sonne ein Parameter. Eine ideale Anlage ohne Nachführung wird z.B. nach Süden ausgerichtet und etwa 20° aufgeständert (also z.B. mit einem Winkel von 20° gegen ein Flachdach angehoben). Ein sehr gutes Diagramm zur Ausrichtung findet sich hier. Es zeigt sich, dass es hier einige Freiheitsgrade gibt und auch schlecht ausgerichtete Anlagen durchaus relevante Leistungen erreichen können, aber immer weniger als 100%.
Ich will die Dinger senkrecht an die Carportseite an die Wand “nageln” bei fast südlicher Ausrichtung (20° vom Idealwert). Verschattung ist da kein Thema, die Ausrichtung ist aber wegen der senkrechten Montage ausgesprochen schlecht. In der Konsequenz werden so die Module maximal 70% der Leistung liefern können. Dafür spricht die vergleichsweise einfache Montage und Zugänglichkeit und wenig Materialeinsatz (damit auch geringere Kosten).
Eine Aufständerung würde etwa 20% Mehrleistung bringen, allerdings auch zusätzliche Kosten verursachen.

Die Temperatur der Module beeinflusst die Leistungsfähigkeit. Idealwerte werden bei 25°C angegeben, real laufen die Module erheblich wärmer bis heiß und damit weniger gut. Es gilt daher zumindest eine gute Hinterlüftung zu gewährleisten. Im Netz finden sich Einbußen von 0.5%/°C über 25°C Referenztemperatur der Module. Auch wird angegeben, das z.B. schwarze monokristalline Zellen empfindlicher sind als z.B. Dünnschichtmodule und sich auf 20-30°C über Umgebungstemperatur erhitzen können. Daher werden z.B. Dachaufbauten etwa 10cm vom Dach entfernt aufgebaut um durch einen Kamineffekt mit der Hinterlüftung die Module zu kühlen. Einzelne Betreiber integrieren auch eine Kühl/Waschanlage per Sprühdüsen, was aber für mein Umfeld den Rahmen sprengt. Die von mir ausgewählten Befestigungswinkel bringen das Modul auf 1 cm Abstand zur Carportwand und hat die Durchbohrung nach innen zur Kabeldurchführung, was zur Kühlung erst mal genügen muss. Es dürfte daher eher einer in die Fassade integrierten Lösung entsprechen (die auch nur schlecht gekühlt werden kann). Hier wird angeblich “nur” von ca. 10% Verlust ausgegangen. Im Hochsommer werde ich das besser beurteilen können.

Für die Alterung der Module gibt es vom Hersteller Angaben. Üblicherweise sind die Module so ausgelegt, das Sie nach 25 Jahren noch 80% der Leistung liefern. Das ergibt ca. 0,8% Leistungsverlust pro Jahr (sofern keine anderen Schäden dazu kommen). Meine Gebrauchtmodule sind 6 Jahre alt, bringen daher ca. 4,8% weniger als Neumodule.

In der Konsequenz ergibt sich in meinem Fall also folgende Berechnung:
2 Module mit je 270Wp, angeschlossen an jeweils einen String des Wechselrichters, der wiederum für jeden String einen eigenen MPP-Regler hat. Damit hat die Anlage in der Theorie 540Wp.
Abzüge: Ausrichtung -30%, Alter -4,8%, Wandlerverlust -3,5%
Im Ergebnis sollte die Anlage also 347Wp liefern.

Berechnung der Rentabilität:
Grundsätzlich müssen die Kosten der Anlage wieder erwirtschaftet werden. Da ich durch Einspeisung nichts bekomme und auch keine Steuervorteile durch die Anlage habe, bleibt nur die Kostenersparnis durch weniger Strom aus dem Stromnetz.

Die Gesamtkosten der (verbauten) Teile beläuft sich auf ca. 520€ (auch weil manches Kabelmaterial für die Erdung bereits vorhanden war).
Es gibt gute Seiten, die zumindest eine Grobabschätzung des zu erwartenden Stromertrags erlaubt. Ich habe z.B. diesen Rechner genutzt. Entsprechend sollte meine Anlage übers Jahr 535KWh erzeugen.
Angenommen wird außerdem, das eine KWh bei Bezug aus dem Stromnetz mit Umsatzsteuer 0,32€ kostet.

Damit ergibt sich bei mir der Break-Even (also wenn Ertrag die Kosten ausgleicht) bei 1621 KWh erzeugten und selbst genutzten Strom, also nach ca. 3 Jahren. Und das wäre für eine Solaranlage ein richtig guter Wert.

Da ich aber einiges mehr an Material eingekauft habe (z.B. 4 Module statt 2, ….) wird der Punkt bei ehrlicher Rechnung eher in ca. 4,25 Jahren erreicht werden. Immer noch ein sehr guter Wert.

Ich glaube nicht, das diese Werte im aktuellen Aufbau wirklich erreichbar sind, allerdings habe ich immer noch Optionen einige Dinge zu verbessern ohne erhebliche Geldbeträge in die Hand nehmen zu müssen.

Risiken:
In der Theorie klingt das ja alles ganz toll. Trotzdem muss man sich auch klarmachen, dass es dabei einige Risiken gibt:

– Die Summe des potentiellen Sonnenertrags ist eine Annahme, keine Garantie. Das Wetter lässt sich nicht sagen, wann und wieviel Sonne scheint und ob z.B. dazu Wind weht zur Kühlung oder nicht.
– Der Wechselrichter hat eine erwartete Lebensdauer, die theoretisch mehr als ausreichend ist zur Erreichung der Gewinnzone. Trotzdem kann das Teil ausfallen, und nicht immer ist es möglich dafür kostenlosen Ersatz zu bekommen (und schon gar nicht zeitnah). Im schlimmsten Fall muss das Teil kostenpflichtig ersetzt werden, was erhebliche Zusatzkosten verursachen würde und wieder einige Jahre Ertrag “verbrennt”.
– Die Module sehen zwar gut aus, können aber dennoch in verschiedenen Arten kaputt oder weniger leistungsfähig werden. Auch hier würde permanenter Leistungsverlust oder zusätzliche Kosten die Erträge für einige Zeit auffressen.
– Der Aufstellungsort sieht derzeit gut aus. Sollte es in der Nachbarschaft aber z.B. bauliche Änderungen geben, könnte in der Konsequenz Verschattung das Projekt komplett unrentabel machen. Hier wäre mindestens ein Umbau fällig, vermutlich mit Zusatzaufwand und Kosten zur Befestigung. Auch könnte der Carport aus anderen Gründen Schäden nehmen (z.B. Holzschädlinge), die solche Konsequenzen hätten.
– Auch wenn es derzeit nicht so aussieht, kann es durch Behörden, Versorger oder auch Versicherungen zu Änderungen in den Auflagen oder zu zusätzlichen Kosten kommen (z.B. Umlagebeteiligungen oder Zwangsversicherungen). Beplanbar ist das nicht, aber möglich.

Verifizierung der Daten:
Die Anlage läuft erst seit 14 Tagen, eine Aussage ist daher nicht realistisch möglich.
Allerdings scheint der maximale Leistungswert relativ gut zu stimmen. Ein sonnenstarker Tag bei kühlen Temperaturen hat Spitzenleistungswerte von ca. 330W gezeigt, was 95% der berechneten Leistung entspricht. Jetzt mit höheren Tagestemperaturen bewege ich mich schon auf klar niedrigeren Leistungswerten.
Der Ertrag pro Tag liegt bei bis zu 1,8 KWh pro Tag, der Durchschnitt liegt derzeit bei 1,23KWh. Mal sehen wie es sich über das Jahr entwickelt.
Laut Smartmeter im Sicherungskasten verbrauchen wir den erzeugten Strom derzeit zu 100% (bei der geringen Leistung auch kein Kunststück).

Fazit:
Die theoretische Berechnung und die realen Daten scheinen sich nicht zu widersprechen. Letztlich kann man es natürlich erst nach einem Jahr besser einschätzen, aber zumindest die theoretische Leistung erscheint richtig.
Wenn alle anderen Annahmen sich ebenso als richtig erweisen, steht einer zeitnahen Amortisierung nichts im Wege. Und ab dann erwirtschaftet die Anlage real Geld (durch Einsparung von Stromkosten).

Eigentlich eine tolle Sache und auch im Kleinstrahmen ein Modell für alle, zumindest wenn man mit Gebrauchtmodulen arbeitet und sich selber behelfen kann.
Wenn man alles neu Einkaufen muss und auch alles machen lassen muss, wird die Wirtschaftlichkeit sicher schwieriger zu erreichen.

Aber dieses grenzdebile Grinsen, wenn man ein Kilowatt aus dem eigenen Garten verbraucht, ist wirklich schwer zu vermeiden. Viva la Revolution!

Überlegungen:
Eine Solaranlage hat einige Variablen, die beachtet werden müssen. Spätestens in der Teileauswahl wird es sonst schnell problematisch, garantiert dann aber in der Endabrechnung. Irgendwann soll sich das Teil ja bezahlt machen, nicht wahr?

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