Erstellt von Marcus | 29.03.2020
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Die Planung der eigenen Photovoltaikanlage ist nicht einfach. In Bezug zur Amortisationszeit benötigen 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 jährliche Stromverbrauch in kWh sollte die Anlagengröße in Wp (Watt Peak) sein. Für 1000kWh sollten also um die 1000W Photovoltaik auf dem Dach liegen.

Diese Formel hat aber auch einen Haken. Die Autarkie über 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 benötigt jedes angeschlossene Gerät der Solaranlage selber Strom (auch im Stand-by).

In diesem Beitrag:
Schlüsseln 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 Jahresüberblick als durchschnittlichen Ertrag je nach Ausrichtung und Modulwinkel. Eine flachere Ausrichtung ist vor allem im Sommer gut, gegenüber 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 Jahresüberblick als durchschnittlichen Ertrag je nach Ausrichtung und Modulwinkel. Eine flachere Ausrichtung ist vor allem im Sommer gut, gegenüber eine steileren im Winter. Flacher liegende Module sind jedoch effizienter durch den Tagesverlauf der Sonne.

Sonnenstunden pro Monat in Deutschland

In früheren Beiträgen zur Amortisationszeit habe ich 4,5 Sonnenstunden pro Tag ermittelt. Das ist ein gemittelter Wert. In Wirklichkeit liegt dieser Wert für Deutschlands mittel sogar etwas höher. Zur Strahlung nach Region kommen wir weiter unten noch einmal.

Der Statistik-Dienst namens Statista hat eine sehr schöne Grafik über die Sonnenstunden nach Monat für das Jahr 2019 in Deutschland. Zudem sind die Mittelwerte enthalten, welche wir als Referenz für die restliche Rechnung hier im Beitrag nehmen werden.

Sonnenscheindauer pro Monat in Deutschland Die durchschnittlich monatliche Sonnenscheindauer in Deutschland mit Mittelwert und tatsächliche Werte für 2018. © Statista

Sonnenscheindauer pro Monat in Deutschland
Die durchschnittlich monatliche Sonnenscheindauer in Deutschland mit Mittelwert und tatsächliche Werte für 2018.

Link zur Grafik: Statista Sonnenscheindauer Deutschland 2018

Die Sonnenstunden-Mittelwerte nach Monat:
  • Januar: 44
  • Februar: 73
  • März: 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. Würde man hier eine Bilanzielle Mittelung zur Größenberechnung der Photovoltaik-Anlage nutzen, wäre das keine gezielte Ermittlung für den tatsächlichen Bedarf/Nutzen. Jeder hat eigene Vorstellungen für die Autarkie. Das ist vor allem dann entscheidend, wenn man unabhängig vom Stromnetz sein möchte.

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

Wenig Autarkiebedarf / hohe Einspeisevergütung

Die Zeit der hohen Einspeisevergütung ist vorbei. Zirka 11 Cent bekommst du pro eingespeiste Kilowattstunde. Und das verringert sich jedes Jahr (Stand: Januar 2020).
Die Tendenz neigt zu möglichst viel Eigenverbrauch, statt für Dumpingpreise zu verkaufen. Bedenke bei Billigverkauf, dass deine Geräte eine Lebensdauer haben und dann auch getauscht werden müssen, wenn diese kaputt sind. In Summe macht die ausschließliche Einspeisung kaum noch Sinn.

Das bringt uns zum nächsten Punkt. Hoher Eigenverbrauch.

Die Kosten die für 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 Einspeisevergütung weiter, so sinken sozusagen die Kosten für deinen verbrauchen Kilowattstunden.

In meinem Fall gibt es nur noch die Nulleinspeisung, da ich meine Geräte nicht für einen lumpigen Kleinstbetrag abnutze. Es geht noch weiter: ich nutze eine Inselanlage! Der Gedanke dahinter ist die Autarkie, ohne Netz.

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Hohe Autarkie / Inselanlage / Batteriesystem

Die höchste Autarkie von 100% ist mit regulären Anlagen wohl eher nicht zu bewältigen. Ebenso wie 100% Eigenverbrauch. Es gibt unter anderem genau dafür Inselanlagen. Aber auch Hauskraftwerke mit Nulleinspeisung, die weiterhin Netzstrom für Dunkelflauten nutzen, gehören dazu.

Eine Insel ist vom Festland ("öffentlicher" Netzstrom) getrennt. Es kann nur das genutzt werden, was erzeugt wurde. Die Preise für die genutzten selbstproduzierten Kilowattstunden sind hier anders als bei Einspeiseanlagen. Ebenfalls ist ein Batteriesystem absolut notwendig. Weiterhin gibt es in den meisten Fällen die Möglichkeit vom Zukauf von Strom aus dem öffentlichen Netz.

Lesetipp: Lithium gegen Blei - David gegen Goliath - Speichersysteme

100% Autarkie? 3 Möglichkeiten:
  • Überdimensionierung der PV Module
  • Großer Speicher
  • Komfortverzicht im Stromverbrauch
1. Möglichkeit: Überdimensionierung der PV Module:
Da PV Module sehr günstig geworden sind, ist die Überdimensionierung absolut ratsam. Es ist die PS-Zahl für deinen Akku und Direktverbrauch.

2. Möglichkeit: Großer Speicher:
Speicher ist teuer, aber unumgänglich für hohe Autarkie. Dein Tagesverbrauch liegt bei 3 kWh? Dann benötigst du mindestens das 3-fache an Speicher. Auch dass 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 gescheint, muss mit der überdimensionierten Anlage der Speicher auch gefüllt werden.

3. Möglichkeit: Komfortverzicht:
Keine sehr schöne Möglichkeit, in manchen Situation im "Tal der Tränen" (November bis Februar) aber oft unumgänglich.

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

Dimensionierung der PV-Leistung

Die allgemeine Regel meint, dass für 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.

Berechnen wir die gegebenen 3000 kWh Jahresverbrauch für möglichst 100% Autarkie mal für eine Inselanlage aus.
Dazu benötigen wir den schwächsten Monat im Jahr. Dezember! Dieser hat im Durchschnitt lediglich 38 Sonnenstunden.

An den Sonnenstunden allein können wir noch nicht viel berechnen. Kommt die Sonne häufiger 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 häufiger 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 kürzeste 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 können Sonnenauf- und Sonnenuntergang mit ihrer PV Anlage nicht ausnutzen.
Entscheidend ist also neben der Ausrichtung auch der Winkel. Süden gilt als ideal, wobei ich hier eher auch Ost und West abdecken würde.

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, dafür 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, dafür 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 benötigen 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 tatsächlich nutzbaren Sonnenstunden. Auch durch die atmosphärische 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.

Für 100% Autarkie werden also mehr als das doppelte der empfohlenen Leistung herkömmliche Einspeiseanlagen benötigt.

Dieser Wert ist trotzdem zu gering, was ich im nachfolgenden Punkt genau erläutern werde.

Dimensionierung des Speichers

Noch eine von PV-Experten empfohlene Faustformel zur Speichergröße. 1:1. D.h. für 6,6 kWh PV Module sollte 6,6kWh Speicher installiert werden.

Machen wir eine eigene Rechnung.

Für 100% Autarkie über das ganze Jahr, vor allem im dunkelsten Monat Dezember, benötigen wir zur Überbrückung schlechter Tage ordentlich Speicher.
Unsere PV-Anlage mit rund 6,6 kWp sollte den durchschnittlichen Tagesverbrauch im Dezember decken können. Bilanziell über 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 Diffuslichtfähigkeit der PV-Module zugute, was auch den ganzen Stromertrag anhebt.

Nehmen wir wieder unsere 38 Sonnenstunden für 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 müssen aus PV Anlage direkt und den Akku kommen.
Was aber, wenn die Sonne nicht jeden Tag 1 Stunde scheint? Wieder eine Überdimensionierung 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 Tränen hilft extreme Kosten zu vermeiden. In allen anderen Monaten hätten wir ein Vielfaches an Strom, welchen wir niemals verbauchen könnten. Wohin mit diesem Strom?
Eine Möglichkeit ist die Einspeisung von Strom ins öffentliche Netz, wenn dieser nicht selbst benötigt wird. Hauskraftwerke mit intelligenter Steuerung können das. Es bleibt zum einen aber die Frage des Geldes und des Nutzens.

Wie ist deine Meinung dazu und wie läuft das ganze bei dir? Schreib einen Kommentar, ich würde mich freuen!
Nach bestem Wissen und Gewissen.
Sonnige Grüße, dein Marcus

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