Erstellt von Marcus | 01.08.2020
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Die Planung der eigenen Photovoltaikanlage ist nicht einfach. In Bezug zur Amortisationszeit ben├Âtigen wir die Sonnenstunden, sowie den Verbrauch. Bei der Dimensionierung der Anlage gehe ich auf weitere Faktoren ein.

Die Faustformel, welche oft genannt wird, hier ganz kurz genannt:
Der j├Ąhrliche Stromverbrauch in kWh sollte die Anlagengr├Â├če in Wp (Watt Peak) sein. F├╝r 1000kWh sollten also um die 1000W Photovoltaik auf dem Dach liegen.

Diese Formel hat aber auch einen Haken. Die Autarkie ├╝ber das Jahr und auch die geografische Lage, sowie Ausrichtung und Neigung der Anlage, bestimmen die reale Quote. Zudem kommen einige Umwandlungsverluste hinzu. Durch Laderegler, Wechselrichter und Akkuladung. Ebenfalls ben├Âtigt jedes angeschlossene Ger├Ąt der Solaranlage selber Strom (auch im Stand-by).

In diesem Beitrag:
Schl├╝sseln wir das ganze einmal konkret auf und berechnen unsere Photovoltaikanlage. Zudem werde ich die Standartlastkurve im Haushalt zeigen (Einfamilienhaus) und gehe auf Spitzenleistungen und Energiespeicher ein. Ganz wichtig sind auch die Sonnenstunden pro Monat, mit denen wir hier beginnen werden.

Inhaltsverzeichnis:Vorweg: Modulwinkel- und Ausrichtung sind entscheidend.
PV Modul Winkel und Ausrichtung: Diagramm Ertrag in Prozent Die Tabelle gibt einen Jahres├╝berblick als durchschnittlichen Ertrag je nach Ausrichtung und Modulwinkel. Eine flachere Ausrichtung ist vor allem im Sommer gut, gegen├╝ber eine steileren im Winter. Flacher liegende Module sind jedoch effizienter durch den Tagesverlauf der Sonne. © Wohnen-Heimwerken.de

PV Modul Winkel und Ausrichtung: Diagramm Ertrag in Prozent
Die Tabelle gibt einen Jahres├╝berblick als durchschnittlichen Ertrag je nach Ausrichtung und Modulwinkel. Eine flachere Ausrichtung ist vor allem im Sommer gut, gegen├╝ber eine steileren im Winter. Flacher liegende Module sind jedoch effizienter durch den Tagesverlauf der Sonne.

Sonnenstunden pro Monat in Deutschland

In fr├╝heren Beitr├Ągen zur Amortisationszeit habe ich 4,5 Sonnenstunden pro Tag ermittelt. Das ist ein gemittelter Wert. In Wirklichkeit liegt dieser Wert f├╝r Deutschlands mittel sogar etwas h├Âher. Zur Strahlung nach Region kommen wir weiter unten noch einmal.

Der Statistik-Dienst namens Statista hat eine sehr sch├Âne Grafik ├╝ber die Sonnenstunden nach Monat f├╝r das Jahr 2019 in Deutschland. Zudem sind die Mittelwerte enthalten, welche wir als Referenz f├╝r die restliche Rechnung hier im Beitrag nehmen werden.

Sonnenscheindauer pro Monat in Deutschland Die durchschnittlich monatliche Sonnenscheindauer in Deutschland mit Mittelwert und tats├Ąchliche Werte f├╝r 2018. © Statista

Sonnenscheindauer pro Monat in Deutschland
Die durchschnittlich monatliche Sonnenscheindauer in Deutschland mit Mittelwert und tats├Ąchliche Werte f├╝r 2018.

Link zur Grafik: Statista Sonnenscheindauer Deutschland 2018

Die Sonnenstunden-Mittelwerte nach Monat:
  • Januar: 44
  • Februar: 73
  • M├Ąrz: 111
  • April: 154
  • Mai: 196
  • Juni: 198
  • Juli: 212
  • August: 200
  • September: 150
  • Oktober: 109
  • November: 53
  • Dezember: 38

Grundlagen zur Berechnung der PV-Anlage ist der Autarkiebedarf

In der Grafik siehst du die Sonnenstunden pro Monat. W├╝rde man hier eine Bilanzielle Mittelung zur Gr├Â├čenberechnung der Photovoltaik-Anlage nutzen, w├Ąre das keine gezielte Ermittlung f├╝r den tats├Ąchlichen Bedarf/Nutzen. Jeder hat eigene Vorstellungen f├╝r die Autarkie. Das ist vor allem dann entscheidend, wenn man unabh├Ąngig vom Stromnetz sein m├Âchte.

Der Grundgedanke, die PV Anlage nach Jahresverbrauch zu ermitteln, ist damit falsch. Ein Bed├╝rfnis ist individuell und eine Schnittmenge zeigt nur eine Mittlung, um am eigentlichen Problem vorbeizukommen.

Wenig Autarkiebedarf / hohe Einspeiseverg├╝tung

Die Zeit der hohen Einspeiseverg├╝tung ist vorbei. Zirka 11 Cent bekommst du pro eingespeiste Kilowattstunde. Und das verringert sich jedes Jahr (Stand: Januar 2020). Du bekommst den festen Betrag jedoch ├╝ber 20 Jahre.
Die Tendenz neigt zu m├Âglichst viel Eigenverbrauch, statt f├╝r Dumpingpreise zu verkaufen. Bedenke bei Billigverkauf, dass deine Ger├Ąte eine Lebensdauer haben und dann auch getauscht werden m├╝ssen, wenn diese kaputt sind. In Summe macht die ausschlie├čliche Einspeisung kaum noch Sinn.

Das bringt uns zum n├Ąchsten Punkt. Hoher Eigenverbrauch.

Die Kosten, die du f├╝r die Eigennutzung des Stroms mindestens rechnen musst, sind derzeit ca. 11 Cent/kWh. So viel kostet die Nutzung deiner Eigenproduktion, da du diese nicht ins Netz einspeist. Sinkt die Einspeiseverg├╝tung weiter, so sinken sozusagen die Kosten f├╝r deine verbrauchten Kilowattstunden.

In meinem Fall gibt es nur noch die Nulleinspeisung, da ich meine Ger├Ąte nicht f├╝r einen lumpigen Kleinstbetrag abnutze. Es geht noch weiter: ich nutze eine Inselanlage! Der Gedanke dahinter ist die Autarkie, ohne Netz. Angefangen hatte das in meiner Garage. Dort gab es kein Netzstrom.

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Hohe Autarkie / Inselanlage / Batteriesystem

Die h├Âchste Autarkie von 100% ist mit regul├Ąren Anlagen wohl eher nicht zu bew├Ąltigen. Ebenso wie 100% Eigenverbrauch. Es gibt unter anderem genau daf├╝r Inselanlagen. Aber auch Hauskraftwerke mit Nulleinspeisung, die weiterhin Netzstrom f├╝r Dunkelflauten nutzen, geh├Âren dazu.

Eine Insel ist vom Festland ("├Âffentlicher" Netzstrom) getrennt. Es kann nur das genutzt werden, was erzeugt wurde. Die Preise f├╝r die genutzten selbstproduzierten Kilowattstunden sind hier anders als bei Einspeiseanlagen. Ebenfalls ist ein Batteriesystem absolut notwendig. Weiterhin gibt es in den meisten F├Ąllen die M├Âglichkeit vom Zukauf von Strom aus dem ├Âffentlichen Netz.

Lesetipp: Lithium gegen Blei - David gegen Goliath - Speichersysteme

100% Autarkie? 3 M├Âglichkeiten:
  • ├ťberdimensionierung der PV Module
  • Gro├čer Speicher
  • Komfortverzicht im Stromverbrauch
1. M├Âglichkeit: ├ťberdimensionierung der PV Module:
Da PV Module sehr g├╝nstig geworden sind, ist die ├ťberdimensionierung absolut ratsam. Es ist die PS-Zahl f├╝r deinen Akku und Direktverbrauch.

2. M├Âglichkeit: Gro├čer Speicher:
Speicher ist teuer, aber unumg├Ąnglich f├╝r hohe Autarkie. Dein Tagesverbrauch liegt bei 3 kWh? Dann ben├Âtigst du mindestens das 3-fache an Speicher. Auch das ist dann nur sinnvoll, wenn der Punkt zuvor genutzt wird. Scheint 3 Tage keine Sonne, muss der Speicher das aufbringen. Kommt die Sonne kurz vorbei geschienen, muss mit der ├╝berdimensionierten Anlage der Speicher auch gef├╝llt werden.

3. M├Âglichkeit: Komfortverzicht:
Keine sehr sch├Âne M├Âglichkeit, in manchen Situationen im "Tal der Tr├Ąnen" (November bis Februar) aber oft unumg├Ąnglich.

Das eigentliche Fazit: Plane deine Anlage bei hohem Autarkiewunsch nach den Sonnendaten des Winters!

Dimensionierung der PV-Leistung

Die allgemeine Regel meint, dass f├╝r Beispielsweise 3000 kWh Jahresverbrauch, eine 3000 Watt PV Anlage aufs Dach sollte. Mit durchschnittlich 4,5 Sonnenstunden ist das ein guter Basiswert. Zumindest, wenn du nicht einen hohen Eigenverbrauch/Autarkie oder eine Inselanlage nutzt.

Modulhalterung f├╝r 4 Solarmodule © Wohnen-Heimwerken.de

Modulhalterung f├╝r 4 Solarmodule

Anleitung zum Bau meiner Modulhalterung.

Berechnen wir die gegebenen 3000 kWh Jahresverbrauch f├╝r m├Âglichst 100% Autarkie mal f├╝r eine Inselanlage aus.
Dazu ben├Âtigen wir den schw├Ąchsten Monat im Jahr. Dezember! Dieser hat im Durchschnitt lediglich 38 Sonnenstunden.

An den Sonnenstunden allein k├Ânnen wir noch nicht viel berechnen. Kommt die Sonne h├Ąufiger am Morgen oder gegen Nachmittag?
Hier liegen mir leider keine statistischen Daten vor. Es ist jedoch oft so, dass an einem Winter Morgen Nebel ist. Gegen Mittag ziehen h├Ąufiger Wolken auf. Das liegt auch an der Verdunstung durch die Sonne.

Im Winter haben wir noch ein Problem. Die kurzen Tage.

Der wohl wichtigste Faktor ist hier die Wintersonnenwende. Der k├╝rzeste Tag (Sonne) im Jahr. Hier geht ca. 8 Uhr die Sonne auf und 16:30 Uhr unter. Die Sonne zieht Flach ihre Bahn und die meisten k├Ânnen Sonnenauf- und Sonnenuntergang mit ihrer PV Anlage nicht ausnutzen.
Entscheidend ist also neben der Ausrichtung auch der Winkel. S├╝den gilt als ideal, wobei ich hier eher auch Ost und West abdecken w├╝rde.

Niedrig stehende Sonne - steiler Modulwinkel?
Nein! Einige meiner Module habe ich als Fassadenverkleidung. Die bringen im Winter bei Sonne wirklich die meiste Leistung. Mehr, als im Sommer. Ein flacher Winkel hat jedoch viele Vorteile. Die Sonnenbahn im Sommer ist hervorragend. Und im Winter, bei den wenigsten Sonnenstunden, bringt eine flache Anlage allein durch die Helligkeit des Himmels mehr, als bei steil stehenden Modulen. Ein guter Kompromiss sollte also bei ca. 40 Grad liegen.

Teilverschattete Solarmodule Mein Gartenhaus mit zwei Solarmodulen. Diese sind Parallel geschaltet und exakt senkrecht angebracht. Im Sommer gibt es fast permanente Teilverschattung, im Winter, wenn die Sonne nicht im Zenit steht, daf├╝r rund 30% mehr Strom. © Wohnen-Heimwerken.de

Teilverschattete Solarmodule
Mein Gartenhaus mit zwei Solarmodulen. Diese sind Parallel geschaltet und exakt senkrecht angebracht. Im Sommer gibt es fast permanente Teilverschattung, im Winter, wenn die Sonne nicht im Zenit steht, daf├╝r rund 30% mehr Strom.

38 durchschnittliche Sonnenstunden im Dezember
Kommen wir zur Berechnung der PV Leistung. Wie viel Watt sollten wir auf den Dach nun verbauen?
Neben wir unser Beispiel von 3000 kWh Jahresverbrauch und dividieren das durch 12, denn diese Summe an kWh ben├Âtigen wir zirka pro Monat.

3000 kWh/Jahr : 12 Monate = 250 kWh

In den 38 Sonnenstunden vom Dezember sollen 250 kWh erzeugt werden.

250 kWh : 38 Sonnenstunden = 6580 Watt PV-Leistung

Wichtig:
Nicht einberechnet ist die Ausrichtung und die tats├Ąchlich nutzbaren Sonnenstunden. Auch durch die atmosph├Ąrische Dichte durch tief stehende Sonne bringen PV Module keine volle Leistung. Du kannst zur Wintersonnenwende ca. 30% Leistung abziehen!

Strahlungsdaten in Deutschland nach Monat findest du im Strahlungsdaten Archiv.

F├╝r 100% Autarkie werden also mehr als das doppelte der empfohlenen Leistung herk├Âmmliche Einspeiseanlagen ben├Âtigt.

Dieser Wert ist trotzdem zu gering, was ich im nachfolgenden Punkt genau erl├Ąutern werde.

Dimensionierung des Speichers

Noch eine von PV-Experten empfohlene Faustformel zur Speichergr├Â├če. 1:1. D.h. f├╝r 6,6 kWh PV Module sollte 6,6kWh Speicher installiert werden.

Machen wir eine eigene Rechnung.

F├╝r 100% Autarkie ├╝ber das ganze Jahr, vor allem im dunkelsten Monat Dezember, ben├Âtigen wir zur ├ťberbr├╝ckung schlechter Tage ordentlich Speicher.
Unsere PV-Anlage mit rund 6,6 kWp sollte den durchschnittlichen Tagesverbrauch im Dezember decken k├Ânnen. Bilanziell ├╝ber den schwierigen Monat! Ab 16:30 Uhr scheint aber keine Sonne mehr.

Das laden und entladen des Speichers hat einen Wirkungsgrad. Je nach Speichertechnologie kommen hier circa 10-20% Verluste hinzu. Auch den Eigenverbrauch und der Wirkungsgrad von Wechselrichtern und Ladereglern solltest du einkalkulieren. Den Verlusten kommt jedoch die Diffuslichtf├Ąhigkeit der PV-Module zugute, was auch den ganzen Stromertrag anhebt.

Nehmen wir wieder unsere 38 Sonnenstunden f├╝r Dezember, so scheint pro Tag durchschnittlich etwas mehr als 1 Stunde Sonne. Und die restlichen 22 Stunden des Tages muss der Akku herhalten.

250 kWh : 31 Tage = 8 kWh pro Tag

8kWh m├╝ssen aus PV Anlage direkt und den Akku kommen.
Was aber, wenn die Sonne nicht jeden Tag 1 Stunde scheint? Wieder eine ├ťberdimensionierung der Module und des Speichers. Und das bringt uns am zum Fazit.

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Fazit: 100% Autarkie sinnvoll und machbar?

Sinnvoll erachte ich das ganze nicht. Machbar schon. Ein Komfortverzicht im Tal der Tr├Ąnen hilft extreme Kosten zu vermeiden. In allen anderen Monaten h├Ątten wir ein Vielfaches an Strom, welchen wir niemals verbauchen k├Ânnten. Wohin mit diesem Strom?
Eine M├Âglichkeit ist die Einspeisung von Strom ins ├Âffentliche Netz, wenn dieser nicht selbst ben├Âtigt wird. Hauskraftwerke mit intelligenter Steuerung k├Ânnen das. Es bleibt zum einen aber die Frage des Geldes und des Nutzens.

Wie ist deine Meinung dazu und wie l├Ąuft das ganze bei dir? Schreib einen Kommentar, ich w├╝rde mich freuen!
Nach bestem Wissen und Gewissen.
Sonnige Gr├╝├če, dein

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