Solarpower – Energie durch Winkel

Die letzten Monate waren geprägt durch das Sammeln von Erfahrungen. Nun sollte langsam Ruhe in dieses spezielle Projekt kommen, daher geht es an den finalen Aufbau. Für die Leistungssteigerung war noch die Aufständerung der Südseite offen. Das ist nun erledigt, um zumindest noch etwas Sommersonne zu sammeln.

Projekt: Solaranlage

Kontakt: Boris Dirnfeldner

Link– eigenes Projekt –

Umbauarbeiten:
Die Module auf der Südseite mussten wieder runter und sind nun auf einer Holzkonstruktion aufgeständert (das Holz war vorhanden aus der Terrassensanierung und erheblich günstiger als eine Aufständerung aus Metall). Dabei stehen nun die Module etwa 10 cm von der Wand weg und sind mit ca. 19° aufgeständert (Gartenzaungrenze ist erreicht und definiert den maximalen Winkel). Dadurch sehen die Module nun etwas früher Sonne (da der Schattenwurf des Carport-Überstands weniger lange die Süd-Module verdunkelt). Auch liegen die Module nun deutlich günstiger in der Sonne (in der Theorie mit bis zu 90° des max. Ertrags). Die Module auf der Ostseite sind unverändert mit ca. 10° geneigt. Ansonsten wurden nur die Kabel sauber (neu) verlegt, leider aber immer noch fliegend ohne korrekte Führung.

Anlagendaten:
Nachdem es nun eine vernünftige Datenerfassung gibt, kann ich wesentlich besser vergleichen.
Hier zwei “ideale” Verläufe im August (durchgehende Sonne), einmal ohne Aufständerung auf der Südseite und im Vergleich dazu wenige Tage später mit Aufständerung:

Prägnant ist, dass die Anlage nach vergleichbaren Startzeitpunkt am Morgen noch früher mit der Südseite einsteigt. Dabei durch die bessere Modulneigung auch mit ordentlich mehr Dampf, so dass über die Mittagsstunden bis zur Verschattung der Ostmodule der Wechselrichter an seine Grenzen kommt. In den Diagrammen oben sieht man das nicht, aber bei Wolken und entsprechenden zittrigeren Verläufen scheint es zwischendurch mehr Sonneneinstrahlung zu geben. Und dann liefern die Module mehr als der Wechselrichter kann. Der begrenzt dabei aber recht ordentlich die Ausgangsleistung (bei knapp über 600W) und bleibt so innerhalb seiner Spezifikationen, obgleich die Module nun zwischen 10 und 12 Uhr wohl mehr als 600W Modulleistung liefern, scheinbar aber nicht massiv zu viel. Eine Strommessung zeigt hier ca. 10A in Summe auf den beiden parallel geschalteten Modulen pro String (z.B. 6,3A Südseite und 3,7A Ostseite) bei Vmp=31,33V. Der Wechselrichter entwickelt hier aber keine besondere Hitze.
Ein sehr interessanter Aspekt ist, dass die Südmodule nun am Nachmittag mehr als 30% zusätzlich an Leistung bringen zur vorherigen Montageposition. Das ist deutlich mehr als die 20%, die durch die Neigung alleine maximal erwartet wurden. Neben den inzwischen besseren Sonnenstand im Allgemeinen und der Neigung der Module, wirkt sich wohl die bessere Hinterlüftung und der Abstand zur Wand mit dem nun geringeren Einfluss des Dachüberstands aus. Vielleicht haben Teile der Anlage nun auch einfach Angst nochmal umgebaut zu werden und zeigen nun etwas mehr Grundmotivation.
Das Leistungsmaximum hat sich von ca. 450W mittags auf wohl >600W verbessert, am frühen Nachmittag liefert die Anlage statt ca. 280W nun bis zu 400W. Die Anlage baut dann wie vorher bis ca. 20 Uhr mit dem Sonnenverlauf weiter ab, durchgehend aber auf höheren Ertragsniveau zu vorher.
Der Wechselrichter entwickelt bei den aktuellen Umgebungstemperaturen von 35°C und neuem Leistungsniveau auch mehr Temperatur, ist allerdings mit ~45°C auch nicht zu warm. Die Metallplatte nimmt nun auch mehr Wärme auf und hilft wohl bei der Kühlung.

Ertrag und Nutzung:
Die Anlage liefert nun endlich Leistung und lastet seine Bestandteile auch vernünftig aus. Die Verteilung des Ertrags über den Tag ist relativ gleichmäßig mit Spitzenwerten zwischen 10 und 12 Uhr. Bei guter Sonne liefert die Anlage nun aber auch am Nachmittag ordentliche Leistung ab bis spät in den Abend.
Der Eigenverbrauch scheint nun öfter mal überschritten, am Einspeisezähler wirkt es sich aber trotzdem nicht prägnant aus. Damit bin ich (durch die Zählersaldierung der Phasen) immer noch bei einer vernachlässigbaren Einspeiseleistung (derzeit 7 von 209 KWh) und damit einer praktisch vollständigen Eigennutzung. Bei Sonne liefert die Anlage vormittags und nachmittags gerne >400W. Sobald beide Seiten zusammen Sonne sehen, laufen wir im obersten Bereich bis knapp über 600W. Bei bedecktem Wetter sind immer noch >200W drin, bei Wolken und Schlechtwetter (je nachdem) auch noch um 40-100W. Mit den beiden Modulen auf der Ostseite waren vorher bei idealer Sonne einmal ein maximum von 3,2KWh am Tag erreichbar. Nun sehe ich hier knapp 4 KWh mit aktuellem Sonnenstand.

Fazit:
So wie die Anlage jetzt läuft, scheint dies unter den vorhandenen Rahmenbedingungen die optimale Ausrichtung für die sonnige Jahreshälfte zu sein, ohne die Vorteile in der dunklen Jahreszeit zu verlieren (wie bei einer Dachmontage auf dem Flachdach) und einen Krieg mit Nachbar oder Familie zu riskieren. Solange der Wechselrichter so klar kommt wird es wohl keine relevanten Umbauten mehr geben müssen. Eine senkrechte Montage an der Wand kann ich mit neuen, monokristallinen Modulen jedenfalls nicht empfehlen, da die dafür einfach zu teuer sind und die Leistungseinbußen zu hoch. Bei Gebrauchtmodulen kann man die Verluste natürlich einfacher ausgleichen, solange nur genug Fläche vorhanden ist. Dann wären aber polykristalline Module wohl immer noch die bessere Wahl. Da in den nächsten Monaten viele Anlagen aus der EEG-Förderung fallen, gehe ich weiter von verfügbaren Gebrauchtmodulen am Markt aus und kann den Aufbau einer Kleinstanlage eigentlich nur empfehlen. Zumindest wenn man in der Lage ist den Aufbau selber zu machen.

Weiterer Ausblick:
Interessant wird nun der Winter sein, sowohl in Bezug auf den dann überhaupt möglichen Ertrag, als auch auf die mögliche Verschattung durch das Nachbarhaus. Auch der kommende April in 2021 wird interessant, da der in diesem Jahr im Vergleich den besten Ertrag gebracht hat. Aber das ist dann Thema, wenn es hierzu konkrete Erkenntnisse gibt, nicht nur das Wissen zu Möglichkeiten. Die Kabel muss ich leider immer noch sauber verlegen, und auch ein Panel der Ostseite benötigt noch Montagewinkel damit es nicht direkt am Boden aufliegt, aber auch das bekomme ich sicher noch gebacken.

Überlegungen:
Die letzten Umbauten stehen an, wir sehen eine finale Konfiguration. Also auch ein Update in Artikelform.

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Das ewige An-die-Anlage-Latschen-um-Leistungsdaten-zu-bekommen ist mir nun endgültig zu blöd, zumal es bei >35° noch weniger Laune macht als sonst. Es ist also mehr als dringend geboten endlich die Daten vernünftig zu erfassen. Auch um zu verhindern, das ich mir doch noch das überteuerte Gateway vom Wechselrichterhersteller kaufe und alles in die Cloud schicke.

Projekt: Solaranlage

Kontakt: Boris Dirnfeldner

Link– eigenes Projekt –

Situation:
Das hinterste Modul auf der Südseite ist auf die Ostseite umgezogen und unterstützt das schon vorhandene Testmodul in seiner Tätigkeit bis ca. Mittag. Zwar ist die Kabelage immer noch vorläufig, aber grundsätzlich vollständig.
Die beiden Südseite-Module sind noch nicht aufgeständert, auch weil es für derartige Arbeiten derzeit einfach zu heiß ist. Jeweils ein Modul auf der Ost- und Südseite sind parallel an einem String angeschlossen.

Elektronikumbau:
Am Wechselrichter bleibt bis auf die Beschaltung alles gleich. Der Sicherungskasten erfährt aber ein klares Upgrade. Neben dem Raspberry mit Hutschienengehäuse und einem entsprechenden 5V-Netzteil gibt es den RS-458- USB Adapter vom Versuchsaufbau. Leider hat sich ein anderer Kandidat als Reinfall erwiesen, daher bleibt es beim funktionierenden Testadapter. Überspannungsschutz und Sicherung kommen aus der “alten” Box. Der Schalter an der Frontseite wird durch eine Variante ersetzt, der Phase und Nullleiter unterbricht (bei guter Anlagenleistung haute der alte, der nur die Phase trennte, sonst den FI-Schutzschalter raus).

Software:
Hier gibt es einige Neuerungen. Aus dem vorhandenen Testskript in Python wurde ein Skript zur regelmäßigen Speicherung von Daten in eine SQLite-Datenbank. Erfasst werden Spannung, Strom und Leistung alle 15 Sekunden, die Zählerstände jede Stunde. Ein zweites Skript holt sich die Daten aus der Datenbank und visualisiert diese über Plotly Dash in verschiedenen Ansichten per internen Mini-Webserver. Beide Skripte sind in Python3 realisiert und als Services in Betriebssystem konfiguriert und starten damit automatisch.

Datenbank:
Durch die Verwendung der Datenbank bin ich nun flexibel in der Auswertung. Die Lösung erzeugt etwa 1/2 MB pro Tag an Daten und ist dabei mehr als ausreichend schnell. Mit dem vorhandenen Speicher kann ich sehr lange Daten anhäufen bis es eng wird. Auch sind kleinere Änderungen sehr schnell implementiert und auch die Verwendung in Excel ist mit Tools gar kein Problem. Lediglich die vergleichsweise häufige Nutzung der Speicherkarte könnte nochmal Ärger machen. Aber das lasse ich erst mal auf mich zukommen.

Entwicklungsumgebung:
Obgleich das natürlich auch einfach mit einem Editor wie z.B. Notepad++ klappt, arbeite ich lieber mit PyCharm. Die IDE erlaubt mir sehr viele Tätigkeiten viel komfortabler zu machen als mit (vielen) anderen Tools. Up-/ und Download von Dateien ist vollintegriert, das lokale Git-Repository ebenfalls.
Integriert ist der Interpreter mit Paketmanagement (auch Remote), ein Debugger, ein Tool für den Zugriff auf die Daten der Datenbank und manches mehr. Native Sprachunterstützung für Python zur Syntaxprüfung, Formatierung, Überarbeitung und Dokumentation sind natürlich auch dabei.

Anlagendaten:
Zuerst mal war es doch überraschend, wie gut sich der neue Aufbau (im August) macht. Die Anlage fängt früh (ca. 6:30) mit den beiden Ostmodulen an und verbessert sich über den Vormittag mit dem Sonnenstand. So etwa ab 9 Uhr bekommen die Module auf der Südseite auch das erste (indirekte) Licht und geben anteilig Leistung dazu. Das Ganze steigert sich bis etwa 11 Uhr, wenn die Ostmodule wohl am besten ausgerichtet sind und sie Südseite trotzdem schon Sonne schnuppert. Dann geht die Leistung wieder zurück bis etwa 12 Uhr, wenn die Ostmodule verschattet werden. Der Einbruch ist in den Diagrammen schön sichtbar, danach liefern die Südmodule mit Direkteinstrahlung und die Ostmodule nur noch indirekt dazu. Um etwa 13 Uhr zeigt sich ein weiterer Peak, wenn die Südmodule am besten stehen und danach geht es kontinuierlich bergab mit dem weiter wandernden Sonnenstand.
Könnte ich im Osten auch noch Module platzieren, könnte ich hier eine vergleichbare Lösung für die Nachmittags- und Abendsonne bekommen. Aber dann kann ich nicht mehr in den Carport fahren, und das wäre dann auch wieder doof.

 

Durch die Visualisierung kann ich nun sehr komfortabel in die Anlage “reinschauen” und sehe in einer bisher nie dagewesenen Granularität, was passiert. Es war z.B. sehr schön erkennbar als ein vergessener Gartenstuhl auf der Wiese am Morgen die Ostmodule teilweise beschattete. Auch sind Wolkenverschattungen sehr schön zu erkennen und natürlich auch andere Wettereinflüsse. Auch neue Rätsel finden sich nun, z.B. hat die Anlage beim Aufreißen der Wolken plötzlich die Maximalleistung des Wechselrichters erreicht und ein Paar Minuten gehalten. Da war wohl wirklich kurzzeitig überproportional viel Sonneneinstrahlung auf die Module geraten.

Ertrag und Nutzung:
Die Anlage liefert in Summe über den Tag weniger als eine auf Ertrag optimierte Dachanlage. Da ich aber keine Einspeisevergütung bekomme (und die Anlage auch zu klein dafür ist), liegt mein Szenario bei der Abdeckung der Grundlast. Aktuell benötige ich hier ca. 300- 400W kontinuierliche Leistung, und die kann die Anlage bis zum frühen Nachmittag bei entsprechendem Wetter liefern. Mit der noch offenen Aufständerung nach Süden sicher noch länger. Aktuell hat die Anlage 164 KWh erzeugt (alleine 18 davon in den letzten 6 Tagen), 3 KWh davon gingen in Summe ins Netz. Damit sollte die Dimensionierung eigentlich passen mit etwas Luft nach oben.

Fazit:
Nun macht das Ganze wieder mehr Spaß. Neben der Tatsache, das die Anlage immer besser arbeitet, speichert sie nun auch die wichtigsten Daten zur Analyse. Wenn mir wieder mal eine Frage im Kopf rumspukt, kann ich nun die Daten z.B. in Excel entsprechend aufarbeiten oder direkt in die Software eine entsprechende Visualisierung reinbauen. Jetzt fehlt nur noch das Aufständern im Süden und die saubere Verkabelung, dann sollte das Teil so passen.

Überlegungen:
Nachdem der Testaufbau zum Auslesen der Anlagendaten per RS-485 endlich funktioniert, geht es nun der Anlage an den Kragen.

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Der energieneutrale Pool als Ziel für dieses Jahr scheint realistisch. Mehrere Maßnahmen greifen gut ineinander und scheinen zumindest dieses Ziel ...
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Im Mai war das Wetter solartechnisch bescheiden (nur Wolken und Regen) und die Werte der Anlage so schlecht, das Theorie ...
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Solare Freiheit – Erstes Fazit

Nachdem die Solaranlage nun ein Monat gelaufen war, ist es Zeit für ein erstes Fazit. Schatten und Licht liegen nahe ...
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Solare Freiheit – Nächste Schritte

Da nun die Solaranlage läuft und Theorie und Praxis sich scheinbar bestätigen, stellt sich nun die Frage nach weiteren Schritten ...
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Solaranlage Retrofit – Höhere Sphären

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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Energieneutraler Pool – Etappenziel erreicht

Der energieneutrale Pool als Ziel für dieses Jahr scheint realistisch. Mehrere Maßnahmen greifen gut ineinander und scheinen zumindest dieses Ziel in greifbahe Nähe zu rücken. Potiential für viel mehr ist auch zu erkennen, aber für heute erst mal ein Zwischenfazit dazu.

Projekt: Solaranlage, Pool

Kontakt: Boris Dirnfeldner

Link– eigenes Projekt –

Situation:
Der Pool hatte letztes Jahr insgesamt 807KWh an Energie für die Umwälzpumpe verbraten, was in etwa 25% des Verbrauchs vom sonstigen Gesamthaushalt entspricht. Obgleich im erwarteten Rahmen, ist das mir persönlich für ein Komfortthema eigentlich zu viel. In der Konsequenz wurde die Umwälzpumpe gegen ein anderes Modell getauscht und eine kleine Solaranlage aufgebaut. Damit sollte der Pool (zumindest in Hinblick auf Energieverbrauch) neutral werden.

Da die Anlage nun tatsächlich die 100KWh Ertragsmarke geschafft hat, ist es Zeit den Projektstand abzuschätzen.

Fazit Ersatzpumpe:
Die neue Pumpe mit Synchronmotor hat sich für den Regelbetrieb bewährt und wälzt das Wasser ordentlich um. Leider ist der Druck etwas geringer, was den Poolroboter doch in seiner Funktion einschränkt. Dafür erlaubt die (vernachlässigbare) Lautstärke den Betrieb ohne dämmende Verkleidung.
Bei ansonsten gleichen Rahmenbedingungen sollte die Pumpe diese Saison insgesamt 265KWh verbrauchen. Dabei ist das Nutzungsschema Juni und September jeweils 12h täglich, Juli und August läuft sie durch. Das ist mehr als eigentlich notwendig, bringt aber auch eine geringere Gefahr von Algen (“grüne Lagune”) und verzeiht auch kleinere Fauxpas bei der Pflege. Auch neigt der Pool im Hochsommer über 30°C zu gehen (auch ohne Solarwärme), was wiederum die Wasserchemie negativ beeinflusst. Da ist eine permanente Umwälzung auch kein Schaden.

Fazit Solaranlage:
Mit der Anlage bin ich noch nicht so glücklich, aber für dieses Ziel scheint’s zu reichen. 3 Module mit einer Nennleistung von 270Wp sind senkrecht an der Carportwand nach Süden angebracht. Ein Modul ist derzeit dauerbeschattet und liefert damit nur Teilleistung. Mit einer neuen Stromzange, die auch Gleichstrommessung erlaubt, konnte ich die aktuelle Anlagensituation besser nachvollziehen.
Bei einer Versuchsmessung mit der Stromzange konnte ich folgende Ströme messen: 3,86A, 3,75A, 2,8A (in Summe 10,41A). Der Energiezähler gab dabei eine Leistung von 317W an.
Nachgerechnet ergibt das unter der Annahme, das Vmp mit 31,33V erreicht wird, eine Modulleistung von 326W, wenn man die Wechselrichterverluste abzieht 314W.
Tatsächlich scheint damit keine der Bypass-Dioden aktiv zu sein (sonst würde durch die Parallelbeschaltung bei zwei Modulen die Spannung um jeweils 1/3 abfallen), die Abschattung “nur” die Leistung des hintersten Moduls verringern. Die beiden Module ohne Verschattung lieferten etwa 120W, was sich mit den erwarteten Leistungswerten für diese Jahreszeit und Montageart deckt. Das hintere war hier mit unter 90W unterwegs.

Auch scheinen sich die realen Erträge wieder näher an die Sollwerte heranzutasten (April war fast perfekt, Mai und Juni unterirdisch, Juli scheint wieder näher dran zu sein), so dass ich hier mal von einer besonders schlechten Wetterperiode als Hauptproblem ausgehen kann.

Ein aus meiner Sicht sehr wichtiger Punkt sind die aktuell sehr geringen Stromstärken an den Strängen (6,7A, 3,8A) und der erhebliche Abstand zu den Wechselrichtergrenzen (12A). Abhängig von den Ergebnissen in den Monaten August/September mit der dann wieder deutlich besseren Ausrichtung der Modul zur Sonne kann eine Aufständerung trotz Parallelbeschaltung durchaus drin sein. Mal sehen wie die Werte dann aussehen. Zusammen mit den dann im Winter bekannten Verschattungen wird es dann nächstes Jahr wohl einen Umbau und Neupositionierung der Module geben. Das noch nicht angeschlossene Modul wird hier Teststellung für Aufständerung sein, zumal ich ja nun sehr schön die Effekte messen kann und eine Überlastung des Wechselrichters auch durch Messungen ausschließen kann.

Fazit:
Sekt oder Selters, so ganz kann ich mich nicht entscheiden. Energieneutral wird der Pool wohl, daher ist das eigentliche Ziel wohl ziemlich sicher erreicht (so nicht noch Ausfälle auftauchen). Umwelttechnisch bin ich hier also zufrieden.
Die Solaranlage hat aber noch einiges an ungenutzten Potential und ist damit noch zu teuer (bzw. braucht zu lange zur Refinanzierung). Damit wird sie wohl noch einiges an Überarbeitung erfahren bis ich auch hier zufrieden bin. Ehrlich gesagt war das aber auch klar, damit vorerst ein “Passt schoh”.

Überlegungen:
Die 100KWh Marke ist erreicht und ein neues Messgerät erlaubt einen besseren Einblick und besseres Verständnis der Betriebszustände der Solaranlage.

Solare Freiheit – Weiteres Modul und Zahlenspiele

Im Mai war das Wetter solartechnisch bescheiden (nur Wolken und Regen) und die Werte der Anlage so schlecht, das Theorie und Praxis weiter hinterfragt wurden und ein weiteres Modul montiert.

Projekt: Solaranlage

Kontakt: Boris Dirnfeldner

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Zusätzliches Modul auf der Südseite:
In früheren Artikeln war das Fazit, das die noch vorhandenen Module an die Carport-Wand sollen. Eines ergänzend in Südausrichtung, ein weiteres nach Osten zum Einfangen der Vormittagssonne.

Das Modul in Südseite hängt nun (wie gewohnt etwas schief) an der Wand und ist dem ersten Modul parallel angeschlossen. Das mittlere Modul bleibt erst mal noch alleine am String und wird später durch das Ost-Modul ergänzt. Der Umbau an sich war technisch unkritisch und relativ schnell erledigt. Damit ist die Südseite komplett, alle Module quer direkt an der Carportwand und über Aluwinkel ca. 1cm von der Wand entfernt zur Hinterlüftung.

Modultemperaturen:
An zwei Sonnentagen Anfang Juni konnte ich mal mit einem Infrarotthermometer die Modultemperaturen messen. Bei einer Umgebungstemperatur von ca. 26°C haben sich die Module auf der Vorderseite auf ca. 45°C aufgeheizt. An der Rückseite finden sich etwas niedrigere Werte. Das passt schon mal vergleichsweise gut zu den Moduldaten gemäß NOCT (Normal Operating Cell Temperature), der bei dem Modul bei 20°C Umgebungstemperatur die 45°C ebenfalls angegeben hat.
Der geringe Modulabstand zur Holzwand dahinter von nur 1cm behindert sicher die Durchlüftung. Wahrscheinlich werde ich durch Aufständerung oder mehr Abstand hier bessere Werte erreichen und dann mit niedrigeren Temperaturen auch mehr Ertrag. Mal sehen wie sich die Temperaturen im Hochsommer darstellen, bisher ist es ja immer noch recht angenehm.

Mit den Daten kann ich mal prüfen, ob ich von STC (Standard Test Conditions) auf NOCT zurückrechnen kann.
Den Wind ignoriere ich erst mal, da hier auch keine Messwerte vorliegen.
Die Solareinstrahlung liegt bei STC bei 1000W/m2, bei NOCT bei 800 W/m2. Im Datenblatt sieht es so aus, als wäre am Punkt der maximalen Leistung ein linearer Zusammenhang zwischen Solareinstrahlung und Modulleistung. Damit hätte das Modul bei NOCT-Bedingungen alleine aufgrund der Solareinstrahlung nur 80% seiner Leistung.
Bei der Modultemperatur wird eine Leistungsminderung von 0,5%/°C über 25°C Modultemperatur angenommen. Danach würde die Modulleistung um 10% niedriger sein.
Beim Gegenrechnen aus den oben genannten Abzügen und der Herstellerangabe zur NOCT-Leistung ergibt sich eine bessere Näherung bei 5°C weniger Differenz (also 7,5%).
Dann passen die Werte schon sehr genau. Es ergibt sich damit (ohne Anspruch auf Präzision in den Messungen und der korrekten Beweisführung) auf jeden Fall eine gute Näherung mit den oben genannten Ansätzen.
Und da die STC-Werte bei mir erheblich zu weit von den realen Messwerten ist, wechsle ich (bis ich was Besseres gefunden habe) in der Theorie auf NOCT-Werte als Modulleistung (bei mir 197Wp bei Neumodulen).

Verschattungen:
Wie ständig in den Foren genannt, sind Verschattungen eine üble Angelegenheit bei der Anlagenleistung.
Leider habe ich diesem Aspekt bei der Planung noch zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt, und im April waren die Module noch komplett unverschattet montiert worden.
Inzwischen ist aber das hinterste Modul ständig teilweise verschattet, das mittlere am frühen Vormittag.
Meine Module haben 3 Bypass-Dioden und die vorhandenen Verschattungen betreffen 1-2 Reihen in Folge. Damit fällt mit aktuellen Sonnenstand ca. 1/3 des ersten Moduls ständig weg. Die Dioden scheinen aber zu funktionieren, zumindest bilden sich keine Hotspots auf den verschatteten Bereichen.
Nach etwas Recherche bin ich wohl am 20.06. hier mit maximalen Sonnenwinkel unterwegs und kann dann die übelste Verschattung in der aktuellen Aufbausituation sehen. Umgekehrt wird am 22.12 der minimale Sonnenwinkel erreicht. Dann könnte es zu Verschattungen am unteren Ende der Module kommen durch das Haus des Nachbarn. Ich bin gespannt, wie es dann wirklich aussieht und welchen Einfluss es dann auf die Leistung haben wird. Aktuell ist reale Effekt bei ca. 0,2KWh/Tag und zu verkraften.

Modulausrichtung:
Die Module sind fast perfekt in Südrichtung ausgerichtet, bis dahin alles Ok. Die senkrechte Montage ist bekanntermaßen nicht toll. Bei den Recherchen zum Thema Sonnenstand wurde die Wandmontage aber auch wieder relativiert, das sie in den Zeiten mit niedrigen Sonnenstand wiederum bessere Ergebnisse liefert als eine gering aufgeständerte Dachvariante. Eine wichtige Information ist aber auch, dass der Wert von 30% Leistungsabfall als Maximum in unseren Breitengraden angesehen wird, da durch indirekte Einstrahlung wohl niedrigere Werte verhindert werden. Ein Aufständern gegen die Wand um 30° würde bis zu 20% Mehrertrag bringen (ähnlich der Dachvariante), bleibt also als Option offen.

Ertragsrechnung:
Meine Modellrechnung ist nun deutlich komplexer geworden. Ausgehend von der NOCT-Modulleistung (800 W/m2 Solareinstrahlung, Modultemperatur 45°C) ziehe ich 30% wegen der Wandmontage ab. Danach pro Jahr Modulalter 0,8%, also derzeit 5%. Der Wechselrichter wird mit einer CEC-Effizienz von 96,5% angegeben, daher nochmals 3,5% Wandlerverluste.
Damit ergibt sich für ein Modul mit 198Wp Nennleistung NOCT die real erreichbare Leistung von 127Wp.
Das ganz in Excel auf einer stündlich aufgelösten Tabelle, versehen mit realen Messwerten ergibt eine (je nach Wetterlage) mehr oder weniger schöne, glockenartig geformte Ertragskurve. Diese wird dann geglättet in % von der erreichbaren Leistung über alle Module als Referenzkurve eingetragen (für alle 3 Module) und das Modul mit der Verschattung nur mit 2/3 Leistung angegeben. Bei der Summe ergibt sich dann tatsächlich ziemlich genau der reale Ertrag (unter den aktuellen Bedingungen) von ca. 1,6KWh/Tag (bei guter, aber nicht perfekter Wetterlage).
Dabei liefert das System ca. 85% der neu errechneten erreichbaren Leistung in der Spitze. Leider hatte ich bisher keine absolut wolkenfreien Tage und auch bisher zu wenig Messtage um hier ein sicheres Fazit zu nennen. Es scheint aber als wäre das Modell derzeit recht nahe an der Wahrheit. Genauer beurteilen kann ich das aber erst, wenn auch Daten zu anderen Sonnenständen vorliegen. Hier vor allen das andere Extrem mit niedrigen Sonnenstand.
Ich erwarte hier auch in den Zeiten zwischen den Sonnenstandextremen eine mögliche Übererfüllung (z.B. im April), wenn die Bedingungen näher an den STC-Vorgaben liegen (mehr Solarleistung, besserer Einstrahlwinkel, niedrigere Modultemperatur). Mal sehen ob das so passiert.

Ertragsprognose:
Natürlich kann man nach so kurzer Anlagenlaufzeit noch keine “tragfähige” Aussage machen, aber die ersten Schätzwerte aus April sind mit den vorhandenen Leistungsdaten kaum zu erreichen. Da die Prognose derart weit weg von meiner Wahrheit ist, bin ich mal auf die Suche nach anderen Schätzwerten gegangen (erst mal eine zweite Meinung einholen, wie beim Doktor). Dabei hat sich auf einer Seite der Europäischen Kommission das “Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)” gefunden. Das “PV Performance Tool” hat hierbei erheblich niedrigere Werte (pro Modul 201 KWh) bei gleichen Angaben gemacht als der vorher genutzte Rechner von Solarserver.de (pro Modul 267 KWh). Grundsätzlich ist es klar, das je nach Modell und Datenbasis verschiedene Werte rauskommen, und erst Recht in der Realität. Allerdings sind hier mal fix 25% weniger Ertrag geschätzt, und das ist schon happig.
Allerdings scheinen diese Werte sehr gut mit den Werten aus der Ertragsrechnung zusammen zu passen. Natürlich wieder risikobehaftet, da einfach eine sichere Datenbasis fehlt, aber vorerst laufe ich mal mit der erheblich konservativeren Schätzung weiter.

Break-Even Rechnung (Update):
Die Anlage hat derzeit etwa 770€ reale Kosten verursacht (da manches Material vorhanden war, allerdings schon inkl. Teile für das 4. Modul). Der eigene Strompreis pro KWh liegt mit Umsatzsteuer bei 0,32€, eine Refinanzierung benötigt also 2407 selbstverbrauchte KWh.
Nach nun 60 Betriebstagen zeigt der Einspeisezähler nur 1KWh an, damit wird praktisch die komplette Leistung der Anlage selbst genutzt.
Mit den 3 montierten Modulen ergibt sich dann ein geschätzter Ertrag von 601KWh pro Jahr und damit ein Zeitraum zur Refinanzierung von 4 Jahren.
Mit dem zusätzlichen Ost-Modul erhöht sich der geschätzte Ertrag auf 746KWh pro Jahr und der Zeitraum zur Refinanzierung reduziert sich auf 3,23 Jahre.

Fazit:
Leider kann ich viele Dinge ohne Teststand und Normbedingungen nicht präzise in Zusammenhang bringen. Muss ich aber auch nicht, eine gute Näherung ist schon viel Wert.
Auch in den einschlägigen Foren wird viel mit empirischen Daten gearbeitet (aus eigenen Messungen oder aus Datenbanken), ebenso bei den vielen Ertragsrechnern im Internet.

Mit den neuen Werten scheint Theorie wieder viel besser zu den Ertragswerten zu passen. Das ist gut so, da der erste Ansatz inzwischen deutlich zu ungenau wurde. Auch scheint es trotz (erwarteten) Problemen tatsächlich gar nicht so schlecht auszusehen, das die Anlage sich recht zeitnah refinanziert.

In der nächsten Zeit packe ich wie geplant noch das 4. Modul dazu und schaue wie sich die Dinge weiter entwickeln. Abschattung und Modultemperatur bleiben wohl über das Jahr hin spannend und einflussreich. Nächstes Jahr kann ich dann nach einer Gesamtschau vielleicht die Module neu positionieren bzw. eine Aufständerung angehen. Ohne die Verschattung genauer zu kennen gehe ich aber an das Thema nicht ran. Das Dach bleibt erst mal weiterhin ungenutzt, vielleicht kommt ja mal später eine größere Anlage.

Wohlan, lasse er die Sonne scheinen!

Nachtrag:
Leider geniesse ich nun schon wieder eine Phase mit ausschließlich Regen und Wolken. Die Anlage tut dabei nur noch sehr wenig, eigentlich fast nix. Eigentlich dient der Nachtrag nur zur Frustbewältigung, hat aber auch einen fachlich relevanten Teil. Grundsätzlich benötigt eine Solaranlage auch Sonnenstunden, um wirklich relevante Mengen Strom zu erzeugen. Bei miesen Wetter wird immer noch etwas Strom erzeugt, allerdings nur aus dem diffusen Anteil und mit einer (im Vergleich) sehr geringen Solareinstrahlung. Daher hilft einem keine Anlage der Welt (wie ideal auch immer das Teil ausgerichtet ist), wenn keine Sonne scheint. Wie ich mir gerade mal wieder bewusst werde (und auch im Mai schon häufig gesehen habe), hilft einem hier keine Theorie oder Erfahrung, auch die theoretischen Sonnenstunden helfen hier in der Praxis gar nichts. Damit ist ein wichtiger Punkt aber auch, das man halt mit dem Wetter Glück haben muss und der Ertrag auch deutlich schwanken kann. Regen ist aber auch toll für die Natur und zur Wasserversorgung, was uns die Jahre 2018/2019 ja eigentlich hinreichend klar gemacht haben. Daher freue ich mich dann doch wieder über beständigen, aber auch wichtigen Regen. Die Pflanzen im Garten sowiso.

Überlegungen:
Es wurden im Mai mit schlechten Wetter nur knapp 25 KWh erzeugt. Das wäre nun wirklich sehr wenig und es liegt immer noch zu viel Material rum, daher muss die angedachte Ergänzung starten. Auch sind die Leistungswerte weiter abgesackt und die Theorie nun noch weiter weg als zuvor. Also gilt es auch das Rechenmodell und die Ertragsabschätzung zu hinterfragen.

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