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Solarmodule auch Photovoltaik Module genannt, produzieren Gleichstrom (DC) und werden nach Leistung in Watt angeboten. Handelsübliche Dachmodule produzieren 30-42 V DC Strom (Gleichstrom), welcher in 230 V Wechselstrom (AC) gewandelt werden muss, damit er im Hausnetz genutzt werden kann. Dazu benötigt man einen sogenannten Wechselrichter / Inverter. Wichtig ist, dass möglichst viele Verbraucher eingebunden und mit eigenem Solarstrom betrieben werden können. Ein sogenanntes Lastmanagement macht das möglich, damit Beispielsweise das Warmwasser, das Elektroauto oder die Wärmepumpe während der Überproduktion eingeschaltet werden. Das erhöht den Eigenverbrauch des selbst erzeugten Stroms.
Die Solarmodule, auch als Photovoltaik-Module bekannt, erzeugen Gleichstrom (DC) und werden nach ihrer Leistung in Watt angeboten. Typische Dachmodule produzieren Gleichstrom mit Spannungen zwischen 30 und 42 V DC, der in Wechselstrom (AC) mit 230 V umgewandelt werden muss, um im Haushaltsnetz verwendet werden zu können. Hierbei kommt ein Wechselrichter oder Inverter zum Einsatz, wobei es erhebliche Qualitätsunterschiede gibt. Es ist wichtig, so viele elektrische Verbraucher wie möglich in das System zu integrieren, damit sie mit dem selbst erzeugten Solarstrom betrieben werden können. Ein sogenanntes Lastmanagement ermöglicht beispielsweise, dass Warmwasserbereitung, Elektrofahrzeug oder Wärmepumpe während Phasen der Stromüberproduktion eingeschaltet werden können, was den Eigenverbrauch des selbst erzeugten Stroms erhöht.
Der produzierte Strom wird über eine Sicherung in das Hausnetz eingespeist, wo er sofort genutzt werden kann. Überschüssiger Strom wird an das Energieversorgungsunternehmen (EVU) verkauft, das gesetzlich verpflichtet ist, den Strom zu marktüblichen Preisen abzunehmen (entsprechend den gesetzlichen Regelungen). Bei einer Unterdeckung, beispielsweise bei schlechtem Wetter oder nachts, müssen Sie Strom wie bisher vom EVU beziehen. Wenn Sie über eine Batterie verfügen und genügend Energie gespeichert ist, kann der Strom auch daraus bezogen werden.
In den letzten Jahren lag die Vergütung für eingespeisten Strom zwischen 6 und 10 Rappen pro Kilowattstunde (kWh), aber das hat sich mittlerweile verändert. Von Januar bis März 2022 zahlte die Betreiberin der Stromnetze (BKW) etwa 26,4 Rp pro kWh, von April bis Juni waren es 21,52 Rp und von Juli bis September sogar 40,3 Rp pro kWh, während der Bezugstarif bei 23,4 Rp für Energy Blue und 26,16 Rp für Energy Green lag. Für PV-Anlagen in der Größenordnung eines Einfamilienhauses mit 5-15 kWp spielte es daher kaum eine Rolle, ob der erzeugte Strom selbst genutzt oder eingespeist wurde. Die Vergütung lag in etwa auf dem Niveau des Bezugstarifs oder darüber. Dieser Trend wird jedoch nicht zwingend anhalten, weshalb langfristige Planung erforderlich ist, um den erzeugten Solarstrom möglichst selbst zu verbrauchen. Seit Anfang 2023 ist die Vergütung wieder gesunken und liegt nun bei etwa 10 Rappen pro kWh, wie bereits angekündigt.
Die effiziente Steuerung von Verbrauchern anhand der Produktionsdaten erhöht den Eigenverbrauch erheblich. Daher empfiehlt es sich, bei der Auswahl von Wechselrichtern besonders auf Produkte zu achten, die in der Lage sind, Lasten zu managen, was als "Lastmanagement" bezeichnet wird. Ein Beispiel für einen solchen Wechselrichter ist der Fronius GEN24 in Kombination mit dem Fronius Smart Meter. Mit dieser Lösung können Ladestationen für Elektroautos, Wärmepumpen, Boiler (mithilfe des Fronius Ohmpilot) sowie Waschmaschinen und Geschirrspüler über die "Smart Grid ready" Schnittstelle in die Solarproduktion, also in das Lastmanagement, integriert werden. Auf diese Weise wird der erzeugte Strom sinnvoll genutzt, und ein sogenanntes Smart Meter misst am Zählerpunkt, ob Strom eingespeist oder bezogen wird. Abhängig von dieser Messung wird die Batterie geladen, wenn Strom eingespeist wird, und Verbraucher werden aktiviert. Wenn Strom aus dem Netz bezogen wird, erfolgt die Umschaltung, und Verbraucher werden gestoppt oder dynamisch geregelt. Bei Bedarf kann auch auf die Batterie zugegriffen werden, bis kein Netzbezug mehr stattfindet.
Die Wahl eines Wechselrichters mit integrierter Batteriesteuerung ist ebenfalls von Bedeutung, wie im Abschnitt zur Batterie weiter unten erläutert.
In den kommenden Jahren werden die Energieversorgungsunternehmen (EVUs) in der Regel veraltete Zähler durch sogenannte Smart Meter ersetzen. Laut dem Energiegesetz wären die EVUs bereits heute verpflichtet, diese anzubieten und die Schnittstelle freizugeben. Tatsächlich haben jedoch nur wenige EVUs diese Vorschrift bisher umgesetzt. Daher müssen Kunden oft selbst einen Smart Meter erwerben, da die EVUs diese Möglichkeit bisher versäumt haben. Sie können jedoch Ihr EVU ansprechen und die Implementierung eines Smart Meters verlangen, wie in Absatz 6 der Stromverordnung dargelegt:
63974 Revision StromVV StromVV 01.06.2021
Es liegt nahe, dass in der Zukunft nicht nur der Energieverbrauch, sondern auch die Spitzenlasten berechnet und abgerechnet werden, ähnlich wie es bereits in der Industrie der Fall ist. Ein effektives Lastmanagement, das den überschüssigen Strom nutzt, reduziert Verbrauchsspitzen und trägt somit zur Einsparung bei.
Moderne PV-Module haben eine Nennleistung von 325-450 Wp und variieren in der Größe. Die Hersteller bieten in der Regel eine Garantie von 25 Jahren mit einer Leistungsabnahme von 80-85% der Nennleistung. In der Praxis ist die Alterung der PV-Module jedoch oft geringer, und ihre Lebensdauer ist in der Regel sogar noch länger. Wenn Sie einen Toaster mit einer Garantie von 2 Jahren kaufen, bedeutet das nicht zwangsläufig, dass er nach zwei Jahren kaputt ist. Die Qualitätsunterschiede zwischen den Herstellern sind inzwischen gering, daher ist die Auswahl der Module fast nebensächlich. Europäische Hersteller werden bevorzugt, aber der Marktanteil liegt zu 95% in asiatischer Hand.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass PV-Module sehr widerstandsfähig sind und auch Hagel standhalten können. Nur bei außergewöhnlich großen Hagelkörnern, die auch Dachziegel beschädigen könnten, können PV-Module Schäden erleiden. Aus diesem Grund empfehlen wir, PV-Anlagen in die Gebäudeversicherung aufzunehmen.
Die Sonne erzeugt bei wolkenlosem Himmel ungefähr 1.000 Watt pro Quadratmeter. Solarmodule haben einen Wirkungsgrad von 18,5-22%, was etwa 200 Watt pro Quadratmeter entspricht. Folglich benötigt man etwa 5 Quadratmeter Dachfläche pro Kilowatt Peak (kWp).
300-Watt-Module sind etwa 1,5 Quadratmeter groß, während 400-Watt-Module etwa 2 Quadratmeter groß sind.
In der Schweiz gibt es jährlich zwischen 1.800 und 2.200 Sonnenstunden. Mit einer installierten Leistung von einem Kilowatt (1.000 Watt) in Solarmodulen und einer optimalen Ausrichtung kann man bis zu 1.200 kWh Strom pro Jahr erzeugen, was etwa 1,2 Megawattstunden (MWh) oder etwa 400 kWh pro Modul entspricht.
Ein Watt entspricht der Energie, die benötigt wird, um ein Liter Wasser um 1°C zu erwärmen. Ein Kilowatt (kW) entspricht 1.000 Watt und kann beispielsweise verwendet werden, um in einer Stunde 1.000 Liter Wasser in einem Jacuzzi um 1°C zu erwärmen (ohne Verluste). Sportler erzeugen während einer Stunde Joggen etwa 600-1.000 Watt, um die Muskelkraft mit dieser Leistung zu vergleichen. In einem durchschnittlichen Haushalt mit einem Elektroboiler werden täglich etwa 5-6 kWh Strom zur Warmwasserbereitung benötigt. Bei einem Wärmepumpenboiler sind es nur etwa 2-3 kWh.
Solarmodule bestehen aus gehärtetem Glas und sind sehr widerstandsfähig. Staubansammlungen in der Umgebung werden in der Regel durch Regen gereinigt. In der Nähe von Industrieanlagen, Straßen und Bahngleisen kann es gelegentlich erforderlich sein, die Module aufgrund von metallischen Ablagerungen wie Bremsstaub zu reinigen, da dies die Leistung beeinträchtigen kann.
Gewitter und normaler Hagel haben in der Regel keinen Einfluss auf die Module. Nur bei sehr großen Hagelkörnern, die auch Dachziegel beschädigen könnten, sind PV-Module gefährdet. Auf dem Dach sollte man die Module am besten im Randbereich betreten, vorzugsweise auf dem Aluminiumrahmen. Es ist ratsam, in der Nähe der Modulfläche einen Zugang freizuhalten, um die Module zu erreichen.
Die Leistungsangaben von PV-Modulen variieren je nach Hersteller. In der Regel bieten die meisten Module eine Leistungsgarantie von rund 98% im ersten Jahr. Nach 25 Jahren gibt es jedoch größere Unterschiede. Hochpreisige Module behalten in der Regel etwa 90-92% ihrer Nominalleistung, während preisgünstigere Module auf etwa 80-85% nach 25 Jahren fallen. Unsere eigenen Messungen an einer 8 Jahre alten PV-Anlage zeigen jedoch nur geringfügige Leistungsreduktionen; wir erzielen immer noch Spitzenwerte nahe der Nominalleistung.
Es ist erwähnenswert, dass die jährliche Einführung effizienterer Haushaltsgeräte dazu führt, dass die Ersparnisse durch den Austausch defekter Geräte über die 25 Jahre wahrscheinlich größer sind als die Auswirkungen der Modulalterung.
Die Wahl zwischen Aufdach- und Indachanlagen ist ein umstrittenes Thema. Unsere Erfahrung hat gezeigt, dass Aufdachanlagen oft praktikabler sind. Bei Defekten können Module in der Regel leichter ausgetauscht werden, und die bessere Belüftung verbessert die Kühlung und Leistung der Module. Indachanlagen erfreuen sich aufgrund ihrer ästhetischen Vorteile zwar großer Beliebtheit, weisen jedoch einige Probleme auf. Sie können bei starken Temperaturschwankungen beschädigt werden und Gummidichtungen werden im Laufe der Zeit undicht. Das Finden von Ersatzmodulen in der gleichen Größe gestaltet sich oft als schwierig.
Solarziegel sind zwar attraktiv, leiden jedoch aufgrund ihrer Vielzahl von Steckverbindungen an Korrosion und thermischen Problemen. Dies führt zu Leistungsabfällen. Darüber hinaus sind sie aufgrund schlechter Belüftung und Wärmespannungen anfällig für Probleme.
Ein durchschnittliches Einfamilienhaus verbraucht etwa 5'500 kWh Strom pro Jahr. Dies entspricht ungefähr der Jahresproduktion einer 5 bis 6 kWp PV-Anlage. Eine Wohnung mit einem jährlichen Verbrauch von 4'000-4'500 kWh benötigt eine Installationsgröße von etwa 4 bis 5 kWp. Beachten Sie, dass dies ohne Berücksichtigung von Wärmepumpen, Jacuzzis, Saunen oder Elektroautos ist.
Die Sonneneinstrahlung variiert im Sommer (bis zu 18 Stunden Tageslicht) und im Winter (oft nur 6 Stunden), was den Energiebedarf beeinflusst. Von Oktober bis März wird nur etwa 25% der Jahresleistung erzeugt, während von April bis September rund 75% erzielt werden. Der Winter erfordert aufgrund von Heizung und längeren Beleuchtungszeiten einen höheren Energieverbrauch.
PV-Module erreichen ihre maximale Leistung bei kühlen Temperaturen, in der Regel im Frühling oder Herbst an sonnigen Tagen. Die Verbindung von Modulen beeinflusst die Gesamtleistung. Bei einer Serienschaltung beeinflusst das am schlechtesten performende Modul die gesamte Reihe. Moduloptimierer können verwendet werden, um dieses Problem zu lösen.
Eine rein südliche Ausrichtung der Module bringt nur begrenzte Vorteile, insbesondere wenn der erzeugte Strom während der Abwesenheit genutzt wird. Eine Ost-West-Ausrichtung wird empfohlen, da sie eine kontinuierliche Stromproduktion von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang ermöglicht. Dies kann den Bedarf an Batteriespeichern reduzieren.
Die Installation von Batteriespeichern sollte sorgfältig abgewogen werden, insbesondere bei kleineren Anlagen. Batterien haben Selbstentladungsraten und können in den Wintermonaten aufgrund der geringen Eigenstromnutzung nicht ausreichend aufgeladen werden. Dies führt oft zur Verwendung von Netzstrom, was teuer und ineffizient ist. Batterien können auch durch Tiefentladung geschädigt werden.
Die Analyse des Energieverbrauchs nach einem Jahr Betrieb der PV-Anlage wird empfohlen, um festzustellen, ob eine Batterie wirtschaftlich ist.
Solaranlagen dürfen bei Netzausfällen keinen Strom ans Netz abgeben, um Sicherheitsrisiken zu vermeiden. Für eine Notstromlösung sind spezielle Wechselrichter und Batterien mit doppelter Netztrennung erforderlich. Moderne Wechselrichter ermöglichen die Notstromversorgung und können die Batterie unter Notstrombedingungen laden.
ÜBER DEN AUTOR
Oliver Schlup
Meine Reise begann wie die eines sympathischen Underdogs, der sich beharrlich in die Höhenarbeit kämpfte. Doch während das meine Geschichte treffend beschreibt, ist es nur die halbe Wahrheit. Dank des unermüdlichen Einsatzes europaweit zugelassener Fachkräfte in der Gebäudeenergetik hat sich mein Unternehmen von den Anfängen als Reinigungsunternehmen zu einem Spezialisten in der Gebäudehülle und der Gebäudeenergetik entwickelt.
