Die Funktionsweise einer Photovoltaikanlage

Die Photovoltaikanlage hat sich längst durchgesetzt. Umweltgedanken, aber auch finanzielle Aspekte, insbesondere angekurbelt durch die Einspeisevergütung für photovoltaisch erzeugten Strom, sorgen dafür, dass immer mehr Menschen sich für eine PV Anlage auf dem eigenen Dach entscheiden.

Hauptaufgabe der Anlagen ist es, Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln. Dafür sind gewisse Bestandteile bei jeder Photovoltaikanlage zu finden. Diese sind:

• Solarzellen, die zu Solarmodulen zusammengeschlossen werden
• Wechselrichter, mit dem der erzeugte Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt wird
• Zählerkasten, mit dessen Hilfe ermittelt wird, wie viel photovoltaischer Strom selbst verbraucht oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird

Photovoltaik Funktionsweise im Detail

Die Funktionsweise der Photovoltaik erklärt das Wort an für sich. Ein „Lichteffekt“ führt zu einem Stromfluss, den man sich nützlich macht. Im Detail funktionieren zwar alle Bauformen variabel, eines haben sie gemeinsam: Das natürliche Licht regt im atomaren Maßstab ein Teilchen an. Unter einer Spannung werden diese „Teilchen-Ströme“ an Elektroden gesammelt. Hier entsteht der elektrisch nutzbare Strom in Form einer Gleichspannung.

Mehrere hintereinander, in Reihe, geschaltete Zellen erhöhen die Spannung ähnlich einer Reihe von Batterien, die ebenfalls die Spannung erhöhen. Mehrere Zellen in einem Rahmen werden zu Solarmodulen zusammengefügt. Mithilfe dieser Module, die neben dem Rahmen auch das Schutzglas gegen Witterung aufnimmt, können größere Flächen in konstruktiver Weise belegt und mit Modulen ausgestattet werden.

Die Summe der Module liefern den Strom an den Wechselrichter. Dieser formt aus dem Gleichstrom, dem im europäischen Netz üblichen Wechselstrom mit 50Hz. Dies muss absolut synchron zum Netz erfolgen. Aus diesem Grund besitzen Wechselrichter auch eine Eigenüberwachung, die dem Netzbetreiber garantiert, dass sein Netz und die Strom-Lieferung nach dem Frequenzumformer sich gegenseitig unterstützen. Nur so kann der gewonnene Strom auch genutzt werden. Vor und nach dem Wechselrichter sitzen Sicherungen. Diese dienen dem kontrollierten Abschalten der Spannung. Nur so ist der Personenschutz im Wartungs- und oder Ereignisfall gewährleistet. Die Sicherungen erhalten noch idealerweise eine Fernauslösung. Im Brandfall kann so die Feuerwehr die Spannungsquelle abschalten.

Parallel zur Netzeinspeisung erfolgt über einen Laderegler die Versorgung des Eigennetzes. Das Eigennetz beinhaltet für gewöhnlich die Summe der eigenen Verbraucher und eine oder mehrere Batterien, die den aktuell nicht benötigten Strom speichern. Beide Einspeisungen erfolgen über Zähler aufgrund der unterschiedlichen Vergütung.

Kleine Unterschiede:
Sogenannte Dünnschichtmodule nutzen in den Zellen chemische Potentiale, die entsprechend zueinander verschoben sind. Dickschichtmodule sind große flache Halbleiter, die, wie bereits beschrieben, angeregt durch das Licht (Photonen) sogenannte freie Ladungsträger erzeugen, die mit Hilfe einer intern gerichteten Spannung gemeinsam geführt werden. Somit entsteht ein nutzbarer Strom.

Bauliche Voraussetzungen

PV Anlagen sind auf fast allen Dächern möglich. Die Dachlast beträgt bei den meisten Systemen nicht mehr als 12 kg/m². (Die Statik des Gebäudes muss dennoch vom Fachmann überprüft werden. In der Regel gibt es ein Statikgutachten welches Teil der Gebäudebaugenehmigung ist. Nur falls die maximale Traglast fraglich ist muss ein Statiker hinzugezogen werden.)

• Dachausrichtung Süden oder Ost-West (Vorteil Ost-West!)
• Dachneigung optimal 20-40 Grad, aber auch Flachdach mit Aufständerung
• Möglichst verschattungsfreier Standort (auf Schattenwurf durch Bäume und  Nachbargebäude achten)
• Dachgauben, Kamine und Antennenanlagen können durch Verschattung der Module den Ertrag mindern
• Flächenbedarf von 6 - 8 m² ergeben ca. 1 kWp
• Eine gute Hinterlüftung der Solarmodule optimiert den Energieertrag der Anlage (optimal bei Aufdachanlagen)
• Dachdeckung und Dachstuhl darf keine Schäden aufweisen
• Asbestzementdächer dürfen nicht bzw. nur mit Sondergenehmigung des Gewerbeaufsichtsamtes überbaut werden!
• Eine Baugenehmigung ist nur in Sonderfällen erforderlich (z.B. bei denkmalgeschützten Bauwerken)

Wirtschaftlichkeit

PV-Anlagen sind sichere Rendite-Modelle. Galt früher die Einspeisevergütung als Garant für die Wirtschaftlichkeit, so sind es heute die ständig steigenden Stromkosten.

Investition

Photovoltaik-Kosten setzen sich wie folgt zusammen:

• Kosten für Solarmodule, Wechselrichter, Elektromaterial, Montage und Abnahme
• Betriebskosten der Photovoltaikanlage, sprich Wartungs- und Reinigungsarbeiten durch den Fachbetrieb
• Eventuell anfallende Reparaturkosten, die aber durch Garantieverlängerung und Versicherung abgesichert werden können
• Versicherungsprämien zur Absicherung der Photovoltaikanlage
• Zinsleistungen, insofern die Photovoltaikanlage über einen Kredit finanziert wurde

Für die optimale Auslegung und Installation von Photovoltaikanlagen und deren effektive Nutzung mit Hilfe von Energiemanagement haben wir langjährige Erfahrung. Eine Photovoltaikanlage stellt inzwischen sehr komplexe Anforderungen an eine Fachfirma.

Einspeisevergütung

Die Degression für die Monate August 2019, September 2019 und Oktober 2019 beträgt 1,4 Prozent, da der Zubau im Bemessungszeitraum der Degressionsberechnung 1.000 MWp über dem Zubaukorridor von 1.900 MWp liegt.

Eigenverbrauch

Das Einspeisen des mit der PV-Anlage erzeugten Stroms lohnt sich nur mehr für Anlagen ab einer bestimmten Größe. Mehr Vorteile erzielen Photovoltaik-Anlagenbesitzer mit dem Eigenverbrauch von Strom. Das heißt, der durch die PV-Anlage erzeugte Strom wird direkt vor Ort im eigenen Haushalt verbraucht.

Das Einspeisen des erzeugten Stroms bringt dem PV-Anlagen-Betreiber keine bzw. nur sehr geringe Vorteile. Sinnvoller ist es stattdessen, den erzeugten Strom selbst zu verbrauchen bzw. für die spätere Nutzung in einem Energiespeicher zu speichern.

 Amortisation

Grundsätzlich stellt die Individualberechnung der Photovoltaik Amortisation keine große Komplikation dar, da sie einem simplen Schema folgt. Fakt ist allerdings, dass zur Feststellung der Amortisation der eigenen, geplanten PV Anlage die Zahlen und Daten dieses Systems sowie die zu erwartenden Ausgaben und Einnahmen zwingend vorliegen müssen.

Die Installation einer Photovoltaikanlage auf dem Dach des eigenen Wohnhauses ist rentabel wie eh und je. Die Einspeisevergütung wurde zwar drastisch gesenkt, jedoch sind die Strombezugskosten so hoch, dass man bei jeder selbst verbrauchten kWh spart.

Bei Eigenverbrauchsanlagen unterscheidet man zwischen Eigenverbrauchsquote und Autarkiegrad. Die Eigenverbrauchsquote ist der Anteil des Stromverbrauchs bezogen auf die Größe der Anlage. Beim Autarkiegrad handelt es sich um den Anteil des selbst verbrauchten Stroms bezogen auf den Stromgesamtbedarf in einem Haushalt. Je höher der Eigenverbrauchsanteil ist, desto größer ist die Rentabilität. Höchste Rentabilität bedeutet viel Eigenverbrauch und wenig Stromeinspeisung ins Netz. Dies ist jedoch nicht immer sinnvoll. Eine größere Photovoltaikanlage kostet zwar mehr, aber der Autarkiegrad steigt, da auch in lichtschwachen Zeiten mehr Strom produziert wird.

Steigern kann man den Autarkiegrad und den Eigennutzungsgrad durch intelligente Einbindung von Elektrogeräten. Waschmaschine und Geschirrspüler können z.B. mit Hilfe eines Zeitprogramms tagsüber und nacheinander eingeschaltet werden. Auch die Steuerung von Wärmepumpe, Brauchwasserwärmepumpe, Elektroheizung und Elektroboiler kann so gestaltet werden, dass möglichst viel eigener Photovoltaikstrom genutzt wird.

Gut zu wissen: Die Batteriespeicher Technologie ist mittlerweile so ausgereift, dass sie guten gewissens eingebaut werden kann.

Während der Autarkiegrad im Einfamilienhaus bei ca. 30% liegt, kann dieser mit einem Energiespeicher auf 70 – 75% gesteigert werden.

Die Anschaffungskosten für eine Photovoltaikanlage sind inzwischen sehr niedrig, dass sich die Anlage durch die Einsparung bei den Stromkosten innerhalb von 7 bis 10 Jahren (mit Energiespeicher bis 13 Jahre) amortisiert, danach ist der Strom vom Dach fast kostenlos. Was die Lebensdauer von Solaranlagen angeht, geht man heute von 25 Jahren und mehr aus.

Mieten & Vermieten

Das Mietern bzw. Vermieten einer Photovoltaikanlage kommt in Frage, wenn Anlagenbetreiber und Stromnutzer nicht identisch sind. Dann gibt es die Möglichkeit der PV Miete. Der Eigentümer der Anlage verpachtet die Anlage an den Stromnutzer. Der Stromnutzer wird damit Betreiber der Anlage mit allen Rechten und Pflichten. Es wird eine Pacht errechnet, mit der sich die Photovoltaikanlage für den Eigentümer und den Pächter rechnet. Die steuerlichen Pflichten gehen auf den Pächter über.

Planung & Umsetzung

Angebot

Nach einem ausführlichen Beratungsgespräch erstellen wir Ihnen ein Angebot individuell auf Ihren Energiebedarf ausgelegt, ggf. inkl. Wirtschaftlichkeitsberechnung (Musterberechnung gemäß Ihren Angaben).

Finanzierung

Auftragserteilung

Nach der schriftlichen Auftragserteilung und den geforderten Unterlagen und Daten gemäß Auftragszettel bestellen wir die Komponenten. Sobald wir eine Auftragsbestätigung von unserem Lieferanten erhalten haben, senden wir Ihnen Ihre Auftragsbestätigung mit der Angabe eines ungefähren Ausführungstermins.

Antragstellung bei dem Netzbetreiber, Netzverträglichkeitsprüfung

Wir stellen den Antrag online. Für diesen Antrag und die Portalanmeldung der Anlagenüberwachung benötigen wir:

• Anschrift des Anlageneigentümers / Anlagenbetreibers
• Lageplan mit Flurnummer in Kopie
• Geburtsdatum
• Nummer des Strombezugszählers
• Bankverbindung
• E-Mail Adresse
• Telefonnummer

Netzbetreiber

Sie erhalten ein Begrüßungsschreiben, das Sie bitte ausfüllen und an den Netzbetreiber zurückschicken. Darin werden auch Fragen enthalten sein, die wir als Anlagen-Errichter für Sie ausfüllen und unterschreiben. Die Unterlagen können Sie nach Fertigstellung der PV-Anlage zurücksenden, zusammen mit der Bestätigung über die Registrierung im Marktstammdatenregister.

Technische Inbetriebnahme

Mit der technischen Inbetriebnahme (Montage der Module und Installation der Wechselrichter) melden wir die Anlage beim Netzbetreiber fertig. Wir erhalten dann (das kann allerdings etwas dauern) einen Termin für den Zähleraustausch. Anschließend erfolgt die Einweisung für die Photovoltaikanlage mit Übergabe der Inbetriebnahmeunterlagen.

Marktstammdatenregister

Registrieren Sie sich in https://www.marktstammdatenregister.de/MaStR/Assistent/AuswahlAssistent. Erstellen Sie einen Marktakteur und anschließend eine Einheit für die Photovoltaikanlage und eine Einheit für den Energiespeicher. Die benötigten Daten finden Sie im Inbetriebnahme Protokoll und im Speicherpass.

Einspeisevergütung

Für die Höhe der Einspeisevergütung ist an die technische Inbetriebnahme der Photovoltaikanlage geknüpft. Sie wird vom Netzbetreiber vergütet für das Jahr der Inbetriebnahme plus 20 Jahre.

Versicherung Ihrer Anlage

Damit Sie sich um nichts kümmern müssen, können Sie Ihre Anlage über unserer Gruppenversicherung versichert. Sie erhalten von uns ein Angebot, das Sie auf Wunsch unterschreiben und ein Lastschriftmandat für die jährliche Abbuchung.

Bei Neubauten haben wir die Möglichkeit, die Module zu montieren, solange das Gerüst steht. Wir können bis zur Inbetriebnahme, wenn gewünscht, eine Montageversicherung abschließen.

Versicherung

Unsere Module von

Aufgrund der hohen Nachfrage sowie Verfügbarkeitsengpässen sind vereinzelte Modul-Typen in diesem Jahr nicht mehr lieferbar. Sollten Sie dennoch an diesen Modulen Bedarf haben, kontaktieren Sie uns bitte.

Mehr Informationen zur Qualität von IBC SOLAR Modulen und zum eigens entwickelten Modul-Prüfverfahren erfahren Sie in dieser Broschüre.

Unsere Wechselrichter von

Aufgrund der hohen Nachfrage sowie Verfügbarkeitsengpässen seitens der Hersteller sind vereinzelte WR-Typen in diesem Jahr nicht mehr lieferbar. Sollten Sie dennoch an diesen Geräten Bedarf haben, kontaktieren Sie uns bitte.

Unsere Montagesysteme

Laden Sie sich folgende Dokumente ganz einfach und kostenlos als PDF herunter oder schauen Sie sich die Installationsvideos auf Youtube an.

Zubehör

Wartung, Überwachung & Reinigung

Eine Photovoltaik-Anlage liefert über Jahrzehnte zuverlässig Strom - wenn sie gut gewartet wird. Das bedeutet die regelmäßige Überprüfung auf Glasschäden, Korrosion, Rahmenstabilität, Schraub- und Klemmverbindungen, Verkabelungen und Steckverbindungen.

Ebenso muss der Wirkungsgrad einer PV-Anlage überprüft werden. Wenn die realen Ertragsdaten und die Solldaten laut Herstellerangaben und Zeiträumen nicht mehr übereinstimmen, sind mehrere Fehlerquellen möglich. Dann werden eine professionelle Kennlinienmessung oder eine Thermografie-Analyse notwendig.

Natürlich kann auch der Betreiber die Sichtkontrolle durchführen oder im Generatoranschlusskasten die Strangsicherungen überprüfen. Reinigung und Schneeräumung werden in der Regel ohnehin selbst bewerkstelligt. Aber eine ganze Reihe von Solarmodul-Herstellern oder Versicherungen verlangen einen Wartungsvertrag für die Gewährung ihrer Garantien bzw. die Schadensregulierung.

Wartung

Die Wartung von Photovoltaikanlagen kann viele einzelne Aufgaben umfassen. Auch hier lassen sich die Wartungsarbeiten wieder den eigenen Wünschen und Bedürfnissen anpassen. So werden in der Regel folgende Leistungen enthalten sein:

• Monitoring der Anlage und Benachrichtigung, wenn sich Auffälligkeiten ergeben
• Sichtkontrolle der Anlage, um eventuelle Beschädigungen, Verunreinigungen und Co. zu erkennen
• Messung von Strom- und Spannungskennzahlen
• Vergleich der gemessenen Ergebnisse mit den Standard-Angaben des Herstellers
• Prüfung des Wechselrichters
• Überprüfung der Steckverbinder
• Überprüfung der Standsicherheit und Befestigung der PV Anlage

Weitere Überprüfungen, Messungen und Co. können natürlich jederzeit individuell vereinbart werden. Sinnvoll ist es, in diesem Zusammenhang eine intensive Beratung vom Solarteur in Anspruch zu nehmen, um einen Wartungsvertrag zu günstigen Konditionen abschließen zu können. Dabei lässt sich in der Regel noch etwas Geld sparen, wenn langfristige Verträge abgeschlossen werden. Wichtig ist, dass wenigstens einmal pro Jahr eine genaue Wartung vor Ort erfolgt.

Wie oft wird die Wartung an der PV Anlage durchgeführt?

In der Regel sollte die Wartung in regelmäßigen und kurzen Abständen erfolgen. Durchsetzen konnten sich Wartungsintervalle zwischen ein und drei Jahren. Wer einen Wartungsvertrag abschließt, kann davon ausgehen, dass die Anlage einmal jährlich genauer unter die Lupe genommen wird. Eine Sichtkontrolle findet dagegen oft schon vierteljährlich statt. Und das Monitoring überprüft die Anlage täglich. Sobald hier Auffälligkeiten erkennbar werden, wird der Anlagenbetreiber entsprechend unterrichtet.

Kosten für Wartungsverträge

Die Wartung kann wahlweise einmalig beauftragt werden oder mit Hilfe eines Wartungsvertrags in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden. Meist bietet die Firma, die die Anlage vor Ort installiert, gleich einen Wartungsvertrag mit regelmäßigen Kontrollen der Anlage mit an. Hierbei fallen in der Regel geringere Kosten an, als bei einer einmaligen Beauftragung der Wartung der Anlage.

Genaue Aussagen, welche Kosten für den Wartungsvertrag anfallen, können aufgrund der Vielzahl der beinhalteten Leistungen und dass diese individuell auf den einzelnen Anlagenbetreiber zugeschnitten werden, kaum getroffen werden. Ungefähre Richtwerte gibt es jedoch. So verlangen manche Firmen etwa 100 Euro als Pauschale für die Wartung, andere berechnen diese Arbeiten nach der Größe der Anlage. So können zwischen sieben und zwölf Euro pro installiertem Kilowatt Peak abgerechnet werden. Genau zu vergleichen und dabei vor allem auch auf die beinhalteten Leistungen zu achten, ist vor Abschluss eines Wartungsvertrages deshalb unverzichtbar.

Überwachung

Wenn es darum geht, die Leistungen einer Photovoltaikanlage und damit auch ihren störungsfreien Betrieb zu überwachen, so stehen prinzipiell zwei verschiedene Arten zur Debatte:

1. Die automatische Anlagenüberwachung durch einen so genannten Datenlogger
2. Die manuelle Anlagenüberwachung mittels Stift und Notizblock

Beide Optionen bergen gewisse Vor- wie auch Nachteile in sich.

Der Datenlogger überzeugt in erster Linie damit, dass er alle photovoltaikrelevanten Daten aufzeichnet und diese an ein angeschlossenes Speichermedium weiter gibt. Ist der Datenlogger erst einmal installiert, so erfüllt er seinen Zweck ohne äußeres Zutun. PV Systemfehler werden auf diese Art recht schnell erkannt und eine Visualisierung der gesamten Photovoltaikdaten ist in überzeugendem Ausmaß möglich.

Bei der Anlagenüberwachung auf dem klassischen Weg mittels Block und Stift muss sich der Systembesitzer in regelmäßigen Abständen selbst zur Photovoltaikanlage begeben und die relevanten Daten manuell notieren. Was einiges an Arbeitsaufwand mit sich bringt, birgt jedoch den Vorteil, dass auf diese Art kein Computeranschluss vonnöten ist, während störungsrelevante Daten direkt erkennbar werden.

Unterm Strich ist es aber immer eine Kosten-Nutzen-Rechnung, die der Entscheidung für oder wider die manuelle Anlagenüberwachung beziehungsweise eine solche mit Datenlogger zugrunde liegt.

Reinigung

Sichtbare Verschmutzungen sollten nicht der einzige Initiator für eine PV Reinigung sein. Denn gerade feine Staubschichten, die durch Wind oder Regen abgelagert werden, springen nicht sofort ins Auge, können auf lange Sicht eine Anlagenreinigung jedoch unbedingt notwendig machen.

Deshalb sollte man fernab von der regelmäßigen optischen Inspektion des PV Systems unbedingt den Ertrag im Blick behalten, denn dass eine Reinigung notwendig ist, erkennt man daran, dass der Photovoltaikertrag in unverhältnismäßigem Ausmaß absinkt.

Schnee von der Photovoltaikanlage abräumen - sinnvoll oder nicht?

Da stellt sich so manchem Anlagenbetreiber nicht ganz zu Unrecht die Frage, ob er seine Anlage nicht doch lieber vom Schnee befreien sollte. Experten sind hier geteilter Meinung. Viele vertreten die Ansicht, dass man, nicht zuletzt aufgrund der Gefahren einer Schneeräumung, auf diese verzichten und die Zeit einfach aussitzen sollte. Andere wiederum preisen bestimmte, teils auch eigene Systeme an, mit denen die PV Anlage vom Schnee befreit werden kann. Letzten Endes muss jeder Anlagenbetreiber diese Entscheidung selbst treffen.

Die größte Angst, die PV Anlagenbetreiber mit Schnee verbinden, liegt in dem Ertragsverlust. Dabei ist die Gefahr, dass es durch die Schneelast zu Schäden am Dach selbst oder am Gebäude kommt, sehr viel höher. Wer sich die Ertragswerte einer klassischen PV Anlage im Sommer bzw. im Winter ansieht, wird schnell feststellen, dass drei Viertel der Erträge in den Sommermonaten erreicht werden. Nur ein Viertel wird über den Winter erwirtschaftet. Ein einziger Sommertag kann also so viel Strom erzeugen, wie eine ganze Winterwoche.