Wolfgang Schröder - Photovoltaik & Batteriespeicher

Nettostromerzeugung in Deutschland im Jahr 2020 (Datengrundlage: energiezukunft.eu)

Die Größe der Generatorfläche sowie deren Ausrichtung bestimmen die Höhe der Stromerzeugung.

Prinzipiell eignet sich erst einmal so gut wie jedes Dach beziehungsweise jede freie Dachfläche für die Installation einer PV-Anlage. Einschränkungen sind dort gegeben, wo sich durch Dachaufbauten (Kamin, Gaube, Dachversprünge etwa) oder in der Nähe befindlichen hohen Bewuchs Verschattungen ergeben. Ist die Dachfläche von der Größe her begrenzt und treten zudem Teilverschattungen auf, kann durch technische Ergänzungen, wie Ertragsoptimierer an PV-Modulen, die Ertragssituation verbessert werden.

Optimale Anlagenausrichtungen sind natürlich diejenigen, deren Module nach Süden zeigen und sich in einer Neigung von zwischen 30 und 40 ° befinden. Abweichungen hiervon bedingen daher eine Verringerung des Ertrages, der je nach Dachneigung oder auch Fassadenausrichtung sehr unterschiedlich ausfallen kann.

Ertragsquoten bei Nutzung unterschiedlich ausgerichteter Dach- und Fassadenflächen

Doch auch andere wie Ost- und West-Ausrichtungen haben ihren Reiz, da es hier, entgegen einer reinen Südausrichtung, nicht zu einer Leistungsspitze in der Mittagszeit und somit zu einer steilen Glockenbildung kommt, sondern sich die Energiegewinnung durch eine etwas gedrücktere, jedoch breitere Energiekurve abzeichnet. Dies bedeutet eine bessere Energieverteilung über den Tagesverlauf hinweg und sowohl in den Morgen- und Abendstunden einen anspruchsvollen Ertrag aufgrund der nach diesen Himmelsrichtungen geneigten Teilflächen.

Ertragsverlauf: Beispiel Ost-West-Anlage (oben); im Vergleich hierzu eine reine Südausrichtung (unten)

Flachdächer können ebenso mit Modulen belegt werden, allerdings ist bei ihnen ein Gestell mit künstlicher Neigung zu wählen, damit die Anlage einen einigermaßen guten Ertrag abwirft. Da die sich hier ergebenden einzelnen Modulreihen einen Abstand zueinander benötigen, um sich nicht gegenseitig zu verschatten, bleibt ein Flachdach im realen Flächenvergleich zu einem Steildach im Nachteil.

Optimierte Flächenausnutzungen auf einem Flachdach können sich aber dann ergeben, wenn die Module zum Beispiel in Ost-West-Ausrichtung angeordnet sind. Hierbei entfällt der verschattungsbedingte Abstand der Modulreihen, der sonst vorzusehen ist. Auch ergeben sich die bereits aufgezeigten Vorteile einer über den Tagesverlauf geglätteten Energiekurve (siehe die Grafiken unten links).

Dank der fortgeschrittenen Modultechnik mit hohen Wirkungsgraden ist es heutzutage möglich, bereits auf kleinen Dachflächen eine passable Anlagenleistung zu installieren. Hat man noch vor ungefähr zehn Jahren für eine 8-kWp-Anlage eine Dachfläche von rund 60 m 2benötigt, so reicht hierfür heute eine Fläche von etwa 40 m 2aus. Insofern ist es aktuell möglich, mit moderner Modultechnik auf fast jedem üblichen Hausdach eine PV-Anlage mit etwa 5 kWp zu installieren.

Aber auch abseits von Dächern lassen sich freie und geeignete Flächen finden. So können Module auch an Fassaden oder als Balkonverkleidung installiert werden. Zwar ergeben sich bei senkrechten Flächen geringere Energieerträge, dafür kann aber die Montage recht einfach sein, was sich im Kosten-Nutzen-Verhältnis wieder ausgleicht. Auch frei im Garten aufgestellte Systeme, soweit sie den örtlichen Baubestimmungen entsprechen, sind denk- und umsetzbar.

Um zu wissen und zu verstehen, was eine PV-Anlage an Erträgen leistet und wie diese einzuordnen sind, bedarf es ein wenig Grundlagenwissen darüber, wie sich die Anlagengröße berechnet und der sich ergebende Ertrag hierzu im Verhältnis steht. Dabei sollte man auch die physikalischen Eigenschaften der Module kennen, um den von einer PV-Anlage erzeugten Ertrag auch richtig einordnen zu können.

Die solare Strahlung wurde bereits erklärt (siehe Seite 12). Es sollte daher plausibel verständlich sein, dass, wo die solare Einstrahlung größer ist, sich auch ein höherer Energieertrag ergeben wird. Bezüglich der Ausrichtung von PV-Modulen wurden ebenfalls (Grafik „Verschiedene Strahlungsanteile“, Seite 12) entsprechende Hinweise gegeben.

Die Anlagennennleistung ergibt sich aus der Summe der einzelnen Nennleistungen aller Module (Generatoren) und wird in Watt (W) oder Kilowatt (kW) angegeben. Üblich ist auch die Bezeichnung kWp (Kilowatt-Peak) – Peak steht hierbei für Spitzenleistung oder maximale Nennleistung.

Die Modulzellen beziehungsweise Module haben nicht immer die volle Leistung. Die Ist-Leistung hängt von vielen Faktoren ab:

von der (Sonnen-)Einstrahlung (Watt pro Quadratmeter) und

von der Zelltemperatur.

Im Folgenden werden Ihnen die elektrotechnischen Hintergründe so einfach wie möglich nahegebracht. Wer sich über die Grundlagen der Photovoltaik informieren möchte, findet im Fachbuchhandel genügend Auswahl an interessanten Büchern und Lehrheften (Anlaufadressen im Netz siehe „Service“, Seite 202).

Um Strom erzeugen zu können, benötigt man eine Spannungsquelle. Diese bilden die Modulzellen, wie in „Funktion einer Solarzelle“ (siehe Seite 16) erläutert. Wer sich an die Schulzeit zurückerinnert, kennt aus der Physik sicherlich noch das Ohmsche Gesetz.

P = U × I

P = Leistung (Watt); U = Spannung (Volt); I = Strom (Ampere)

Module erzeugen je nach Konstruktion unterschiedliche Spannungen. Die Modulzellen (Halbleiter) haben die Eigenschaft, dass sie bei niedriger Temperatur eine höhere Spannung erzeugen als bei hohen Temperaturen. Sie besitzen somit einen Temperaturkoeffizienten, welcher aussagt, um wie viel Prozent sich die Spannung pro Grad Temperaturunterschied ändert. Unterschieden wird hierbei die

Leerlaufspannung (Uoc), also die in der Zelle oder dem Modul anstehende Spannung, wenn es nicht im Betrieb ist,

und die Betriebsspannung (Umpp), wenn der Strom über einen Verbraucher fließt oder der Wechselrichter einspeist.

Die Betriebsspannung liegt immer etwas niedriger als die Leerlaufspannung. Schön lässt sich dies mit einem Gartenschlauch vergleichen. Drehen Sie den Wasserhahn auf und halten den Schlauch am anderen Ende mit der Hand zu, entsteht ein relativ hoher Druck (vergleichbar mit der Leerlaufspannung). Lassen Sie den abgedrückten Bereich des Schlauches los, fließt das Wasser und es stellt sich ein niedrigerer Wasserdruck im Schlauch ein. So ähnlich verhält es sich auch mit der Spannung, wenn Strom fließt.