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AGUS Markgräflerland e.V.
 
Arbeitsgemeinschaft Umweltschutz e.V.
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Potential: Photovoltaik & Solarthermie

Die Nutzung der Sonnenenergie bietet sich im sonnigen Markgräflerland geradezu an. .... weiter ...

Photovoltaik (PV) - naheliegend und doch so kompliziert!

Bild Beispiel aus: "SMARD" / BundesnetzagenturPhotovoltaik ist scheinbar die beste "erneuerbare Energie" schlechthin, denn sie bietet viele entscheidende Vorteile:

  • Strom ist Energieform, die am vielfältigsten verwendet werden kann  
  • emissionsfreie, also CO2-freie Stromgewinnung  
  • absolut lautlose Energiegewinnung  
  • die Anlagen verbrauchen in der Regel keinen Naturraum, weder für Tiere noch für Pflamzen, weil sie auf Dächern installiert sind  
  • beinahe wartungsfreie Anlagentechnologie und langlebig (>20 Jahre mit geringem Leistungsverlust)
    Eine so lange Lebenserwartung ist auch dringlich notwendig, denn die hohen Anfangsinvestitionen amortisieren sich in der Regel erst nach 10-20 Jahren → Abschnitt "Wirtschaftlichkeit" 
Größtes Problem der Photovoltaik ist die zeitliche Ungleichverteilung der Verfügbarkeit des Stroms. Das Maximum zur Mittagszeit ist ausgesprochen scharf und entspricht in seiner Ausprägung nicht der Schwankung des Strombedarfs. Und nachts wird natürlich gar kein Strom produziert! Die Schwankungen der Stromproduktion in abhängigkeit vom Wetter ist dagegen ein kleinerer Störfaktor.

Technisch werden die Zeiten der "Stromlücken" über andere Produktionstechniken ausgeglichen, wie zum Beispiel in der Leistung schnell regelbare Gas-Kraftwerke oder Stromspeicher, wie z. B. Batterienanlagen (derzeit noch extrem teuer) sowie Pumpspeicheranlagen, die in den Überschusszeiten Strom verbrauchen und bei Bedarf auch schnell wieder generieren können.
Daneben gewinnt auch die zeitliche Steuerung des Energieverbrauchs durch entsprechende Regelungsanlagen beim Verbraucher zunehmend an Bedeutung. So liegt es nahe, dass z.B. Elektrofahrzeuge bevorzugt zu Zeiten eines Stromüberschusses betankt werden.
Als dritte Säule wurde der europaweite Stromhandel in den letzten Jahren massiv ausgebaut (internationale und nationale Strombörse), so dass Stromunterschuss in einer Teilregion quasi ohne jede Zeitverzögerung durch import des Stromes aus einer anderen Region mit Stromüberschuss ausgeglichen werden kann.
Und zuletzt wurden hochkomplizierte finanzielle Mechanismen eingeführt, um den Zuwachs der Stromproduktion über Photovoltaik mit dem Ausbau der netzstabilisierenden Technologien in Gleichklang zu bringen. Dies wird unter dem Link "EEG GESETZ" näher behandelt.

SOLARMODULE: Überblick - aber nur für erste Abschätzungen geeignet

Typischer Aufbau der Solarmodule: Deckschicht aus Glas, darunter mono- oder polykristalline Siliziumzellen oder Dünnschichtzellen.

EigenschaftWert
Stromleistung bei 800 W/m2 Sonnenlicht und 20GradC200-250 Wp/Modul
elektrischer Wirkungsgrad 18-21% (monokristallin)
12-18% (polykristallin)
bis 10% (dünnschicht)
reale jährliche Stromproduktion 900 kWh pro installierte kWp Leistung (entspricht gerade einmal 2.5 h Volleistungsbetrieb/Tag)
Dimension 1.50 x 1 m (48 Zellen); 1.65 x 1 m (60 Zellen); 2.00 x 1 m (72 Zellen)
Gewicht 12-25 kg/Modul bzw. 8-13 kg/m2 je nach Bauart (ohne Konsole/Rahmensystem)
Gewicht Konsole/Rahmensystem 5-10 kg/m2
Ballastgewicht für Flachdächer 15-25 kg/m2
Gesamtgewicht/Dachstatik
Schrägdach 45 Grad
Schrägdach 30 Grad
Flachdach
kg/m2 (S=Solarfläche; G=Grundrissfläche)
13-23 (S); 17-29 (G)
13-23 (S); 15-27 (G)
28-48 (S); 28-48 (G)
Zum Vergleich
Frankfurter Pfanne
Betondachstein
Biberschwänze
Blechdach
Gründach
kg/m2
45
50
60-70
5
100
Druckfestigkeit gegen Schneelast und Hagelschlag >5300 Pa = 540 kg/m2

Ost-West-PV-Anlagen für Flachdächer

Bild Daten des IKZHeutige Solarmodule müssen nicht mehr exakt zum Sonnenstand ausgerichtet sein, um eine hohe Effizenz zu haben. Tatsächlich haben flach liegende Solarmodule mit Ost- und West-Orientierung sogar den zwei große Vorteile gegenüber nach Süden ausgerichtete Module:

Bild Beispiel einer Ost-West-PV-Anlage

  • die Stromerzeugung erfolgt durch Ost-West-Anlagen wesentlich gleichmässiger über die Zeit mit Tageslicht. Tatsächlich wird zur Mittagszeit heute oftmals so viel Strom durch PV-Anlagen erzeugt, dass der Strompreis an der Strombörse extrem niedrig oder sogar negativ ist. PV-Anlagen ohne garantierte Preise für eingespeiste Strommengen, können daher mittags kein Geld mehr verdienen.  
  • Die steilere Aufstellung von nach Süden ausgerichteten PV-Modulen bewirkt einen deutlich höhere Winddruck, der wiederum durch ein stabilere Rahmenkonstruktion sowie ein höheres Ballsatgewicht ausgegleichen werden muss. Die Gesamtanlage wird daher schwerer, was zu statischen Problemen führen kann.  

InDach-Solaranlagen für Schrägdächer

Hier wird auf Dachziegel verzichtet und statt dessen werden direkt Solarmodule verbaut. Dies führt gegenüber einer Konstruktion mit der Solaranlage oberhalb der Dachziegel zu einer drastischen Gewichtsreduktion (um ca. 50%!). Andererseits muss das Dachgebälk sehr verwindungssteif aufgebaut sein, um Rißbildung und in der Folge Leckagen zu verhindern.

Wirtschaftlichkeit von PV-Anlagen

Bild Angaben ohne MWSt!
QUELLE
Die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlagen wird durch 3 Faktoren bestimmt:

  • Investitionskosten: : ganz wesentlich sind in der Vergangenheit die Kosten der PV-Module (inkl. Halterungen) gewesen. Inzwischen sind die Preise auf einem so niedrigen Niveau angekommen, dass weitere Preisreduktionen unter regulären Produktionsbedingungen kaum noch denkbar sind (heute ca. 0.25-0.50 EUR/Wp). Für typische Wohnhäuser mit 10-15 kWp-PV-Anlage betragen die Modulkosten nur noch 33% der Gesamtinvestitionen; weit überwiegend sind also die Installationskosten.  
  • EEG-Umlage-Befreiung für selbstgenutzen Strom (max 30'000 kWh/Jahr)  
  • Garantierter Einspeisepreis resp. Marktprämie für den Überschuss-Strom, der ins Netz geleitet wird.  

PV-AnlagentypGrößeKonditionen
Dachanlage auf Privatwohnhaus 3 Stufen bis 10/40/100 kWp
(typische Dachgröße jedoch ohnehin <20 kWp)
auf 20 Jahre festgeschriebene Vergütung des Überschussstrom bei Einspeisung in das Netz in Abhängigkeit der Stufen; ausserdem muss nur auf selbstverbrauchte Strommengen größer als 30'000 kWh eine EEG-Umlage gezahlt werden (EEG-Gesetz); Eigenverbrauch für alle Zwecke möglich, auch für private E-Mobilität.
Dachanlage auf Mehrfamilienwohnhaus3 Stufen bis 10/40/100 kWpgleiche Konditionen wie für Privathaus; Eigenverbrauch jedoch nur für gemeinsame WEG-Anlagen möglich, z.B. Arealbeleuchtung und Heizung, nicht aber für die einzelnen WEG-Haushalte und auch nicht für private E-Autos
Dachanlagen von Firmen und Gemeindeeigentum <100 kWpgegenüber Wohnhäusern leicht reduzierte Einspeisevergütung; Eigenverbrauch der Eigentümers möglich.
Firmen und Gemeindeeigentum 100 - 750 kWpVergütung für Netzeinspeisung muss über Direktvermarktung erfolgen; Vergütung = Börsenpreis + Marktprämie
Große Dachanlagen für Firmen und Gemeindeeigentum
(Ausschreibungen= "2. Segment")
>750 kWpMarktprämie nur nach Gewinn einer Ausschreibung, wobei das Gesamtvolumen pro Ausschreibungsperiode gedeckelt ist*; Vergütung = Börsenpreis + Marktprämie.
Freifeldanlagen, Parkplatzanlagen, schwimmende PV-Anlagen
(Ausschreibungen= "1. Segment")
unabhängig von der Größe wie große Firmen-Dachanlagen, jedoch Ausschreibung mit eigenem Maximalvolumen*

Legende: *=wesentliche Ausschreibungungskonditionen laut Bundesnetzagentur.

Der online PV-Rechner der Energieagentur NRW ist ein interessantes kleines Programm, um die Wirtschaftlichkeit von PV-Anlagen abzuschätzen. In vielen Fällen ist das Ergebnis jedoch recht ernüchternd - aber es ist eben eher wahr, als viele Versprechungen der Anbieter von PV-Anlagen!

Wer ist Eigentümer? Wer ist Unternehmer?

Es gibt auch die Variante, dass eine vorhandenes Dachfläche für die Installation und das Betreiben einer PV-Anlage an eine externe Firma verpachtet wird. Damit ist der Gebäudeeigentümer von allen Kosten und Risiken befreit und kann zusätzlich einen geringen Zusatzwert durch den Erhalt der Pacht erwerben.

Die Pacht für Dachflächen ist allerdings gering und die Pachtlaufzeit beträgt typisch 20 Jahre (zur Amortisation der Anlage). In dieser Zeit kann das Gebäudedach also nicht umgebaut werden! Der jährliche Pachtzins beträgt typischerweise je nach Dachform und Himmelsausrichtung ca. 2.00 - 3.50 EUR/m2 Modulfläche oder 20 - 30 EUR/Jahr für jede im Jahr erzeugte kWh Strom.

Grundsätzlich können Zusatzvereinbarungen wie z.B. ein Strom-Eigenverbrauch des Gebäudeeigentümers zu einem festgelegten Preis mit vereinbart werden.

Neuanlage oder Nachrüsten:
Typische bautechnische Probleme? es gibt viele gute Lösungen, man muss sie nur finden!

Dachtyp Problem Kommentar und Lösung
Schrägdach Dach kann das Gewicht der PV-Anlage nicht tragen (Statik!) Dies ist insbesondere beim Nachrüsten älterer Dächer ein Problem. Möglich ist aber in fast allen Fällen der Austausch der Dachbedeckung (= Dachziegel) gegen In-Dach-PV-Module, was oftmals sogar zu einer Gewichtsreduktion führen kann.
Schrägdach Zu viele "störende" architektonische Elemente Es gibt neben den großformatigen PV-Platten neu auch PV-Dachziegel. Damit lassen sich prinzipiell auch Räume zwischen Dachgaube, Schornstein, Blitzschutzanlage und Antennenstangen optimal nutzen. Die Kosten diese speziellen Ziegel sind allerdings derzeit noch sehr hoch und der Verkabelungsaufwand ist enorm (mit vielen Fehlermöglichkeiten, die im Laufe der Zeit auftreten und hohe Reparaturkosten verursachen können.)
FlachdachDach kann das Gewicht der PV-Anlage nicht tragen (Statik!)Oftmals ist es nicht einmal das Eigengewicht der PV-Anlage, die limitierend wirkt, sondern die Notwendigkeit für zusätzliche Ballstierung, damit die PV-Module selbst bei Sturm nicht verrutschen. Dieses Problem tritt insbesondere bei schräg nach Süden ausgerichteten Modulen auf, da sie durchaus 1 m hoch über die Dachhaut hinausragen. Als Alternative bieten sich hier OST-West-Anlagen an, die weit weniger Windwiderstand leisten und gleichzeitig auch eine bessere Energiebereitstellung über den ganzen Tag ermöglichen.
FlachdachVerletzung der Dachabdichtung bei der Montage oder während der NutzungDie solide Positionierung von Flachdachanlagen und der Schutz gegen Bewegung durch Winddruck/Stürme verlangte ursprünglich eine direkte Befestigung der PV-Anlage an den Dachbalken. Das führte natürlich zu diversen Risiken für Leckstellen bzw. aus diesem Grunde wurde oftmals auf PV-Anlagen verzichtet. Als Lösung dieses Problems wurden hohe Ballastgewichte empfohlen, die wiederum dann zu statischen Problemen führten.
Heute gibt es aber einerseits PV-Module mit großflächigen Auflagenflächen bzw. Befestigungssysteme auf großflächigen Schienen und andererseits kann die Gesamtanlage mit Stahlseilen an wenigen Stützpunkten verspannt werden, wodurch eine feste Positionierung auch mit geringem Ballastgewicht möglich wird.