Nachdem die Anlage nun ein Paar Monate in verschiedenen Konstellationen gelaufen ist, zeigen die gewonnenen Erkenntnisse schon deutlich das weiterer Handlungsbedarf besteht. Damit steht nun eine Überarbeitung an. Vorgabe ist hierbei ein geringer Kostenaufwand und primär Überarbeitung mit Bestandskomponenten.

Projekt: Solaranlage

Kontakt: Boris Dirnfeldner

Link– eigenes Projekt –

Situation:
Die drei in Südrichtung montierten Module hatten über die Zeit bisher Probleme die erwartete Leistung zu bringen. Schlechtes Wetter, Verschattungseffekte und deutlich bessere Erkenntnisse zum Einfluss des Sonnenstands auf die suboptimale Montage haben deutlich zu der Motivation zur Überarbeitung beigetragen.

Analyse:
Nach einigen Messungen mit einer gleichstromfähigen Strommesszange ist nun klar, dass verschattete Module nur ein Leistungsniveau von ca. 30-60W bringen (genau wie bei bedeckten Wetter). Also fast nur den diffusen Anteil.
Die senkrecht montierten Module in Südausrichtung kommen bei hohen Sonnenstand auch nur auf ca. 4A, damit 120W Leistung. In Summe bleibt damit die Anlage doch deutlich unter der erwarteten Leistung, zumal das Wetter im Besonderen im Mai/Juni auch nicht gerade solaranlagenfreundlich war. Lustigerweise scheint aktuell das Wetter bei uns dazu zu neigen, eher Vormittags Sonne zu liefern und ab Mittags wieder mit Wolken aufzuwarten (das eher nebenbei, kein Kriterium zur Planung).

Optionen:
Grundsätzlich besteht baulich die Option, bis zu 2 Module auf der Ostseite des Carports anzubringen. Der Vollständigkeit halber bietet sich auch das Carportdach an, das ein Flachdach mit ca. 15° Ostausrichtung bietet.
In Bezug auf die Module wäre auf der Südseite eine Aufständerung gegen die Wand von bis zu 20° möglich (dann komme ich an die Grundstücksgrenze), auf der Ostseite theoretisch auch mehr (max. 10° sind komfortabel, danach stehen die Module in die Wiese über) und am Dach natürlich (in der Theorie) alles.

Testaufbau Ostseite:
Das Szenario einer “Osterweiterung” der Anlage war ja schon gesetzt, daher ist die erforderliche Kabelage in Form von 2 Solarkabeln mit je 10m Länge inzwischen vorhanden. In einer ruhigen Stunde ist mal ein Modul provisorisch am Boden platziert und an einem String parallel angeschlossen worden. Ziel war es herauszufinden, welche Leistung das Modul mir einer geringen Neigung von 10° gegen der Senkrechten bringt und wie sich die Wechselrichterauslastung ändert (zumal sich hier in den nächsten Wochen das Zeitfenster für guten Ertrag schließt). Daher erst mal nur provisorisch hingeklatscht und gemessen.
Überraschenderweise fügt sich das Modul perfekt ein. Die geringe Neigung brachte an einem guten Juli-Tag schon mal 5,8A und damit 170W Leistung (im Vergleich zu ~4A am gleichen Tag die unverschatteten Südmodule). Auch bekommt das Modul schon früh Sonne ab bis Mittags und liefert danach immer noch Strom aus dem diffusen Lichtanteil zu. Damit arbeitet derzeit die Anlage ab 7 Uhr bis 15 Uhr mit direkter Sonneneinstrahlung und darüber hinaus mit diffusen Anteilen. Da sich die “aktiven” Module zeitlich entzerren, ist auch der Wechselrichter nicht gefährdet und kommt gut damit klar. Ohne sonstige Änderungen liefert die Anlage nun trotz noch hohen Sonnenstand schon bessere Werte als je zuvor und auch deutlich mehr Ertrag. Damit qualifiziert sich das ständig verschattete Modul am hinteren Carportende als Kandidat zum Umzug, zur Unterstützung der Ostseite und zur besseren Verteilung der Leistung über die Zeit. Die Grundlast am Morgen (durchlaufende Geräte im und am Haus und Poolpumpe) deckt die Anlage nun gut ab (ohne Büroarbeitsplätze, Küchengeräte,…), zumindest zeigt das Smartmeter im Hausverteiler nun öfters an, das ich ins öffentliche Netz einspeise. In der Summe vernachlässigbar (der Einspeisezähler steht immer noch bei 1KWh), aber ein gutes Indiz, das viel mehr Leistung an der Anlage diesen Anteil erhöht. Damit sind die max. 600W Leistung der Anlage ohne Speicher oder Verbrauchersteuerung schon richtig dimensioniert.

Szenarien und Bewertung:
So langsam muss ich mich für eine Zielkonfiguration entscheiden. Neben der Frage nach zusätzlichen Kosten ist es auch eine wichtige Frage, ob der Wechselrichter damit klar kommt oder überlastet wird.
Rahmenbedingungen zur Bewertung sind:
– Dachmontage ohne Aufständerung kostet ab 35€ pro Modul.
– Dachmontage mit Aufständerung kostet nicht erheblich mehr, ist aber optisch störend (der Ausblick aus unseren Fenstern würde die Module von hinten zeigen) und seitens der Familie und auch mir nicht akzeptabel.
– Wandmontage mit Aufständerung nach Süden ist bis zu 20° möglich (und mit einer Holzkonstruktion und Scharnierelementen auch günstig realisierbar).
– Wandmontage mit Aufständerung nach Osten ist bis zu 20° realistisch möglich (und mit einer Holzkonstruktion und Scharnierelementen auch günstig realisierbar), bis 10° auch ohne Akzeptanzprobleme möglich.
– Der Bestandswechselrichter hat nur 2 Eingänge, mit jeweils max. 12A Eingangsstrom und 300W Grenzleistung. Ein äquivalentes Gerät mit 4 Strings würde etwa 320€ kosten, ein zweiter (baugleicher) etwa 200€.
– Tool zur Ertragsabschätzung PVGIS (derzeit die Datenbasis für alle Szenarien und auch Benchmark für die Anlage).

o Szenario 4 Module flach aufs Dach:
Alle 4 Module aufs Dach flach aufgebracht (Aufständern auf dem Dach ist per se ausgeschlossen) sollte etwa 971KWh Jahresertrag bringen.
Hier würden alle Module eine gleiche Ertragskurve über den Tag liefern und zeitgleich die Spitzenleistung einbringen. In der Theorie liefern die Module bis zu 8,62A (Imp). Mit nur zwei Strings müssten zwei Module parallel arbeiten. In der Spitze wären also bis zu 17,2A pro String möglich und das Limit von 12A pro String erheblich überschreiten. Auch wären dann ~540Wp Generatorleistung pro String mit maximal 300W verbaut. In der Konsequenz benötigt dieses Szenario also einen neuen Wechselrichter mit entsprechender Auslegung. Mit Aufständerung und Kabel also mindestens 350€ Mehrkosten. Da ich dann bis zu 1000W Generatorleistung bekommen könnte, dürfte der Eigenverbrauchsanteil absinken. Einspeisen gegen Vergütung lohnt sich hier nicht (dafür ist die Anlage wieder zu klein). Und auch die 600Wp-Grenze für Kleinstsolaranlagen wäre durchbrochen (damit müsste der elektrische Anschluss anders (zentral) realisiert werden).

o Szenario 1-2 Module flach aufs Dach, die anderen aufgeständert (20°) auf Südseite:
Hier bewegt sich der Jahresertrag im Bereich von 983 bis zu 1006 KWh (je nach Konfiguration). Die Ertragsseite wäre sogar noch besser als bei einer reinen Dachmontage. Allerdings hätte ich dasselbe Problem mit dem Wechselrichter, also ohne Ersatz nicht umsetzbar.

o Szenario 2 Module Süd, 2 Module Ost, jeweils aufgeständert (2+2 Wand):
Je nachdem wie stark aufgeständert wird (10 oder 20°), kommen hier zwischen 882 und 949KWh raus. Baulich wäre dieses Szenario leicht umzusetzen, bis auf die Kabelage zur Ostseite könnte wegen der verschobenen Ertragskennlinie auch mit dem gleichen Wechselrichter weiter gearbeitet werden (jeweils ein Modul auf Ost- und Südseite parallel). Die Südseite ist mit 20° gut umsetzbar, an der Ostseite könnte es zu Akzeptanzproblemen kommen da die Module in den Rasenbereich stehen würden.

Sehr überraschend fand ich, das ein Modul auf einem nach Osten ausgerichteten Flachdach tatsächlich weniger Ertrag bringen soll als ein Modul mit nach Süden ausgerichteter Wandmontage und 20° Aufständerung. Das gilt natürlich nur ohne Verschattungen und sagt auch nichts aus, wie es nun konkret bei meinem Aufbau aussieht.

Fazit:
Alle Szenarien würden das Problem der Verschattung  am hinteren Modul lösen. Das Modul ist dort schlichtweg falsch positioniert und muss woanders hin. Durch die Aufständerung würde sich ein Einfluss durch die Erwärmung der Solarmodule verringern. Der Leistungsgewinn des vierten Moduls an der Ostseite war schon sehr imposant und zeigt das Potential der zweiten Seite und einer Aufständerung. Dies insbesondere, da durch die zeitliche Entzerrung der Leistungskurven die Ost- und Südmodule parallel am gleichen String betrieben werden können. Für meine Anlage werde ich mich in Richtung 2+2 Wand orientieren und (sofern ich dazu Zeit finde) schon mal den Umbau anfangen. Offen ist ja immer noch die Frage der Verschattung in den Wintermonaten. Diese sehe ich aber weniger kritisch, da der Ertrag in dieser Zeit ohnehin sehr niedrig ist und Dachmontage schon wegen der Dachmontagematerialien für diese Anlage zu teuer wird. Auch eine Erweiterung mit anderen oder zusätzlichen Wechselrichter wird vermutlich nicht zeitnah rentabel, da der Eigenverbrauchsanteil schon jetzt nahezu abgedeckt erscheint und mit der Umbau ohnehin noch zusätzliche Abdeckung liefert. Zusätzliche Leistung deckt dann Peak-Szenarien besser ab, bringt dann aber dazwischen keine Kostenersparnis bzw. keinen Gewinn mehr (ohne Einspeisevergütung). Die Aufständerung kann ich mit dem geplanten Aufbau mit Holzkonstruktion leicht anpassen, daher kann ich mich hier noch spielen.

Der einzige aktuelle Anwendungsfall für eine Ergänzung wäre eine Anlage mit Schwerpunkt auf schlechtes Wetter bzw. diffuse Solarleistung. Aber hier dürfte sich die Rentabilität noch schlechter darstellen. Theoretisch wären noch 2 Module in Westrichtung als Ergänzung eine Option, die aber baulich kaum umsetzbar ist.

Vermutlich wird das Dach irgendwann mal ausgerüstet, wenn preiswertere Energiespeicher für Privathaushalte verfügbar werden oder andere Verbrauchsszenarien dazu kommen, z.B. das Laden eines E-Autos.

Überlegungen:
Die Montage des vierten Moduls und die Neupositionierung der bereits montierten Module stehen noch aus.
Die einzelnen Möglichkeiten sind soweit klar erkennbar. Leistungstuning auf Basis einer guten Ausgangsbasis steht an, doch wohin soll die Reise gehen?

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