Zweck der Photovoltaikanlage - Volleinspeisung oder Eigenverbrauch?
Warum möglichst große PV-Anlagen zur Volleinspeisung im ersten Moment interessant klingen, die zu erwartende Rendite aber nach einer ersten Abschätzung praktisch nicht vorhanden ist, zeigt der Artikel Photovoltaik-Einspeisevergütung - Eine PV-Anlage als Renditeobjekt bei Volleinspeisung?.
Viel realistischer und sinnvoller ist es, mit einer Photovoltaikanlage im Eigenverbrauch Geld zu sparen, um so eine gewisse Unabhängigkeit vom lokalen Energieversorger zu erreichen. Wer sieht schon gerne steigenden Tarifen machtlos entgegen? Doch wie gelingt das und wie groß sollte die Dimensionierung der Photovoltaikanlage unter diesem Gesichtspunkt sein?
Dimensionierung einer Photovoltaikanlage - Die Grunddimensionierung
Wichtig ist zunächst die Überlegung und Ermittlung der Basisdimensionen unter dem Aspekt des Eigenverbrauchs.
Dazu ist es wichtig, zuerst den tatsächlichen Eigenverbrauch zu ermitteln. Geht dies, z.B. im Falle eines Neubaus, nicht, müssen Plan- oder Erfahrungswerte angenommen werden. Nach heutigem Stand der Technik benötigt eine 4-köpfige Familie etwa 4700 kWh Strom pro Jahr. In einem Zweipersonenhaushalt sind das immerhin noch rund 3100 kWh pro Jahr. Dabei sind aber keine individuellen Ausstattungen wie Saunaöfen, Solarien oder eine Warmwasseraufbereitung mittels Strom berücksichtigt. Je nach Objekt können diese Werte drastisch von den Durchschnittswerten abweichen. Eine genaue Abschätzung kann aber in jedem Fall durch Fachpersonal getroffen werden.
Tipp: Wenn die Anschaffung eines Elektroautos angedacht wird, sollte das gegebenenfalls in die Abschätzung miteinbezogen werden.
Ist die Größenordnung des Eigenverbrauchs bekannt, kann auch die Dimensionierung der Photovoltaikanlage an diese Größe angepasst werden. Ist die Anlage zu klein bemessen, ist die Eigenverbrauchsrate zwar sehr hoch, aber es kann nur ein kleiner Bruchteil des Eigenbedarfs gedeckt werden. Ist die Anlage zu groß, bleibt zu viel Energie ungenutzt. Als Richtwert gilt, dass die Anlage in den meisten Fällen nicht mehr als um 20% überdimensioniert werden sollte.
Der Einfluss des Wohnortes auf die Dimensionierung
Der nächste Faktor, den es für die Dimensionierung der Photovoltaikanlage zu berücksichtigen gilt, ist die geografische Lage des Hauses. So macht es einen Unterschied, ob man im Norden Deutschlands wohnt oder im Süden der Schweiz.
Die eingestrahlte mittlere Energiedichte reicht dabei von ca. 1200 kWh/m² bis 1600 kWh/m² pro Jahr. Optimal ausgerichtete Photovoltaikanlagen mit 1 kWp an Leistung erzeugen dabei 850 bis 1200 kWh/kWp Strom pro Jahr.
Detaillierte Karten der Sonneneinstrahlung aller europäischen Länder können auf der Seite des Institute for Energy and Transport (ITE) unter https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/tools.html abgerufen werden. Die Seite steht derzeit allerdings nur in englischer Sprache zur Verfügung.
Ausrichtung der PV-Anlage
Die nächste Größe, die es bei der Dimensionierung einer Photovoltaikanlage zu beachten gilt, ist die Lage des Daches. Die meisten Dächer sind nicht optimal ausgerichtet, so dass auch hier Verluste einzurechnen sind. Die ideale Ausrichtung einer Photovoltaikanlage ist in unseren Breiten eine Ausrichtung nach Süden bei einer Modulneigung von ca. 30°. Abweichungen davon sind aber längst nicht mehr so problematisch, wie sie einmal waren. So liefern Anlagen von Südosten bis Südwesten ausgerichtet, mit einer Schräge zwischen 10-50° noch immer beachtliche 95% der Leistung.
Werden die Module hingegen nicht auf dem Dach montiert, sondern in die Fassade integriert, so sind die Leistungseinbußen von 30-40% deutlich spürbar und müssen in die Berechnung der benötigten Solarfläche einbezogen werden. Genaue Auskunft darüber gibt der Artikel Einfluss der Ausrichtung auf den Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen.
Bestimmung der Fläche
Mit all diesen Parametern kann nun die benötigte Fläche der Solarmodule ermittelt werden. Sprechen alle Faktoren für einen guten Ertrag, kann die Dimensionierung der Photovoltaikanlage sogar kleiner ausfallen, als wenn die Bedingungen eher ungünstig sind. Bei normalen Gegebenheiten muss mit 8-10 m² für 1 kWp Kollektorfläche gerechnet werden. Bei sehr ungünstigen Dachlagen oder starken Verschattungen muss im schlimmsten Fall von einer Installation abgeraten werden.
Tipp: Um zu sehen, ob genügend Platz auf dem Dach zur Verfügung steht, hilft ein Abzählen der Dachziegel. Wird dann die Größe eines Ziegels ausgemessen, kann die zur Verfügung stehende Fläche relativ genau bestimmt werden. Auch Google Maps kann zur groben Abschätzung der Größe und Lagebestimmung herangezogen werden.
Beispiel der Dimensionierung einer Photovoltaikanlage
Wird noch einmal das Beispiel eines "durchschnittlichen" Vierpersonenhauhaltes aufgegriffen, so beläuft sich die notwendige Anlagengröße für optimalen Eigenverbrauch auf ca. 5 kWp. 20 Module mit der Größe von 1,67m² haben dabei eine Nennleistung von 4,8 kWp und belegen eine Fläche von 34 m². Bei optimaler Ausrichtung und guter Sonneneinstrahlung (1.260 kWh/m²a) wird der Energieertrag bei annähernd 5 kWh/a liegen.
Hinweis: Je nach persönlichen Vorlieben und der Ausstattungsvariante wird die Dimensionierung der im individuellen Fall optimalen Photovoltaikanlage davon aber mehr oder weniger abweichen.
Tools zur Abschätzung und Berechnung der Rentabilität
Für all diese Berechnungen und Abschätzungen gibt es unterschiedlich gute Berechnungstools im Netz. Meist sind diese aber Teil eines Portales, dessen Ziel die direkte Verknüpfung mit Installationsfirmen ist. Für all diejenigen, denen das nicht behagt, gibt es aber auch nachfolgend genannte "neutrale" Tools.
Für Österreich ist ein sehr gutes Tool zur Berechnung der Rentabilität einer PV-Anlage auf der Webseite der Österreichischen Energie-Agentur zu finden (PV-Rechner). Eine unabhängige Abschätzung der Rentabilität für Deutschland findet sich auf test.de mit dem Photovoltaik-Rechner.
Dimensionierung einer Photovoltaikanlage - Zusammenfassung
Eine universal gültige Formel für die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage gibt es leider nicht, da Ausbeute und Ertrag von vielen verschiedenen Faktoren abhängen. Passen aber Größe und Ausrichtung der Anlage, die örtlichen Gegebenheiten sowie die Maßnahmen zur Maximierung des Eigenverbrauchs zusammen, so steht einem äußerst erfolgreichen Photovoltaik-Projekt nichts im Weg. Aufschluss gibt nur eine genaue Berechnung und Simulation verschiedener Szenarien.