25. Mai 2022

PV-Anlage planen – das sind die entscheidenden Grundlagen

Zweifelsohne können Solaranlagen eine attraktive Möglichkeit sein, unabhängiger von Stromanbietern zu werden und langfristig Stromkosten einzusparen. Bevor man sich jedoch an den Vorteilen der umweltfreundlichen und rentablen Solar-Technologie erfreuen kann, gibt es bei der Planung einige wichtige Aspekte zu beachten.

Schließlich handelt es sich bei einer PV-Anlage um eine Investition, die in der Regel 20 bis 25, mitunter sogar 30 Jahre lang genutzt wird. Und damit die zukünftige Anlage auch langfristig dem notwendigen Bedarf entspricht und hohe Erträge erwirtschaftet, müssen neben den persönlichen Anforderungen und Wünschen natürlich auch bauliche, klimatische sowie technische und gesetzliche Voraussetzungen erfüllt sein. Hier haben wir die wichtigsten Planungsgrundlagen für Photovoltaik-Anlagen zusammengefasst.

Privathaushalte und Unternehmen profitieren gleichermaßen von Solarenergie

Grundsätzlich gibt es keine Einschränkungen bei der Anschaffung einer fest installierten PV-Anlage. Sowohl Privatpersonen als auch Unternehmen und Besitzer von Gewerbeimmobilien können von der klimafreundlichen Energietechnologie profitieren. Insbesondere die großen Dachflächen von Nichtwohngebäuden in Gewerbe und Industrie bieten ein großes Potenzial.

Jedoch sollten Privatpersonen beachten, dass die Wohnverhältnisse gewissen Einschränkungen mit sich bringen können. So ist im Falle von Eigentumswohnungen das Einverständnis der Miteigentümer einzuholen und dies gilt ebenso für Mietwohnungen. Allerdings muss hier der Vermieter dem PV-Projekt zustimmen.

Die Planung einer PV-Anlage beginnt mit der Ermittlung des Stromverbrauchs

Im ersten Schritt der Planung sollte zunächst ermittelt werden, wie hoch der eigene Energiebedarf überhaupt ist. Dies ist für die weiteren Planungsschritte eine wichtige Grundlage, um die Solaranlage an den tatsächlichen Anforderungen anzupassen.

So wird häufig der Jahresstrombedarf als Richtwert angesetzt und daraus wird ein Durchschnittsbedarf ermittelt, der durch die Solaranlage gedeckt werden sollte. Auch ist für die weitere Planung wichtig, die Tageszeiten herauszufinden, an denen der Stromverbrauch besonders hoch ist.

Auch sollten in diesem Planungsschritt bereits zukünftige und sogar langfristige Veränderungen im Stromverbrauch mit einkalkuliert werden. Soll in Zukunft vielleicht auch der kostengünstige Solarstrom für Wärmeanwendungen genutzt werden, wie beispielsweise für das Heizen:

• eine elektrische Zentral-Heizung (z. B. Wärmepumpe),
• mehrere E-Heizungen verteilt in Räumen (z. B. Nachtspeicheröfen, Infrarotheizungen),
• zur elektrischen Unterstützung der Heizung per Heizstab (bivalente Wärmeerzeuger),
• als Unterstützung zum Decken des Heizwärmebedarfs (z. B. eine Warmwasserwärmepumpe).

Auch zur Warmwasseraufbereitung kann der Solarstrom einer Photovoltaikanlage genutzt werden:

• Einsatz eines Heizstabs
• Installation einer Warmwasser-Wärmepumpe
• Nutzung von Durchlauferhitzern und Boilern mit integriertem Speicher

Ebenfalls sollte mit in Betracht gezogen werden, dass beispielsweise die Familienplanung oder der Kauf von Elektrofahrzeugen die aktuelle Verbrauchssituation verändern.

Diese Anforderungen sind für Dachflächen zu beachten

Diese weiteren Faktoren sind bei Dachflächen für die Planung einer Solaranlage wichtig.

• Dachausrichtung

Optimal ist eine Südausrichtung, wobei kleinere Abweichungen das Ergebnis nicht gravierend beeinflussen. Bei einer 45-prozentigen Südabweichung nach Südwest oder Südost, liegen die möglichen Einbußen bei nur rund 5 Prozent. Auch bei einer Ost- oder Westausrichtung liegt die Ertragsminderung bei nur circa 20 Prozent. Ein Ausgleich der Produktionsabnahme lässt sich durch zusätzliche Solarmodule erreichen. 

• Dachneigung

Ideal ist eine Dachneigung von 30 Grad. Dann strahlt die Sonne im rechten Winkel ein und die Solarzellen arbeiten optimal. Auch hier sind geringe Abweichungen nicht wesentlich leistungsmindernd. Der Neigungswinkel ist besonders entscheidend, wenn die Dachausrichtung stark von Süden abweicht. In diesem Fall ist auf besonders flache Winkel zu achten.  

• Dachbelegung

Während in der Vergangenheit Solaranlagen nur mit Süd-Ausrichtung installiert wurden, werden heute zusätzliche Solarmodule immer häufiger in Ost-West-Ausrichtung auf dem Hausdach angebracht. Dank dieser Maximalbelegung kann auch in den Morgen- und Abendstunden noch Solarstrom produziert werden. Und die gesunkenen Preise für Solarmodule ermöglichen auch hinsichtlich der Investitionskosten die Maximalbelegung eines Daches.

• Verschattung

Nicht minder entscheidend für die Effizienz der Solaranlage sind Verschattungen der Module. Schatten können durch Bäume, Berge, Hügel, benachbarte Gebäude oder Aufbauten auf dem eigenen Dach wie Schornsteine, Gauben entstehen und werden häufig unterschätzt. Hierzu sollte idealerweise eine individuelle Verschattungsanalyse inklusive Berechnung durchgeführt werden.

Darum führen Verschattungen zu spürbaren Ertragsverlusten

Schon die Teilverschattung eines Photovoltaikmoduls führt zu einer Ertragsminderung und der Grund hierfür liegt in der elektrischen Verschaltung der Solarzellen. Es werden immer mehrere Solarzellen in Reihe geschaltet bzw. über ein Kabel miteinander verbunden.

Wird nun eine Solarzelle dieser Reihe verschattet, dann wird der gesamte Stromfluss zwischen allen verbundenen Solarzellen behindert. Vom Prinzip her verhält es sich so wie Wasser, das durch einen Knick im Gartenschlauch gestaut wird. Damit ist der gesamte Stromfluss nur noch so hoch, wie an seiner schwächsten Stelle – der verschatteten Solarzelle.

Globalstrahlung – nicht überall ist die Sonneneinstrahlung gleich

Die Sonnenenergie, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums auf einen Quadratmeter Erde trifft, wird Globalstrahlung genannt. Dabei wird zwischen direkter Strahlung und diffuser Strahlung unterschieden. An einem wolkenlosen Sommertag ist die Sonneneinstrahlung direkt. Und an einem verregneten Wintertag ist die Sonneneinstrahlung diffus. Die Angabe der Globalstrahlung erfolgt dabei in der Einheit W/m².

Für die Planung der Solaranlage sollte daher das Nord-Süd-Gefälle berücksichtigt werden. Die Sonneneinstrahlung in Süddeutschland ist für Solaranlagen optimaler als in Norddeutschland. Daher ist es sinnvoll, die örtliche Sonneneinstrahlung mit in die Planung einzubeziehen – und nicht nur zur Berechnung der Rentabilität. Auch hinsichtlich der Größe der Anlage und der Auswahl der Solarmodule ist die Globalstrahlung eine wichtige Größe.

Diese gesetzlichen Vorgaben und Formalitäten müssen eingehalten werden

• Anmeldung beim Netzbetreiber

Die PV-Anlage muss die technischen Anforderungen des örtlichen Stromnetzes erfüllen. Darauf achtet der beauftragte Solar-Fachbetrieb, der die Anlage beim Stromnetzbetreiber anmeldet.

• Registrierung im Marktstammdatenregister

Eine Eintragung der PV-Anlage und ggf. vorhandener Batteriespeicher muss bei der Bundesnetzagentur in das Marktstammdatenregister erfolgen. Meldepflichtig sind Inbetriebnahme, Stilllegung, technische Änderungen und Betreiberwechsel.

Aus diesen Komponenten setzt sich eine Photovoltaik-Anlage zusammen

Der Aufbau einer Solaranlage kann sich je nachdem, ob es sich um eine netzgekoppelte PV-Anlage oder um eine sogenannte Inselanlage handelt, ein wenig unterscheiden. Ebenfalls gibt es je nach individuellen Anforderungen noch zusätzliche Solarkomponenten, die optional zum Einsatz kommen (z. B. Solarspeicher oder Ladestationen für E-Autos). Hier sind die wichtigsten Solarkomponenten einer Anlage kurz erklärt:

• Solarmodule

Sonnenmodule sind der wichtigste Teil der Anlage und sie sind maßgeblich für den Stromertrag sowie die Höhe der Investitionskosten. Zur Wahl stehen verschiedene Modularten, wie z. B. monokristalline Solarzellen, polykristalline Solarzellen und Dünnschichtzellen, die sich in ihrer Technologie, ihrem Anschaffungspreis und ihrem Wirkungsgrad unterscheiden.

• Wechselrichter

Ein Wechselrichter wandelt den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) um, der durch die Elektrogeräte genutzt werden kann. Er ist eine entscheidende Komponente für den Wirkungsgrad der gesamten PV-Anlage. Dabei können moderne Wechselrichter (auch Gleichspannungswandler) neben der Stromumwandlung noch weitere Aufgaben übernehmen: von Frequenzhaltung und Leistungsoptimierung bis hin zum Energiemanagement.

• Solarkabel und -stecker

Innerhalb einer Solaranlage wird eine Gleichstromverkabelung von den Modulen bis zum Wechselrichter verlegt und eine Wechselstromverkabelung vom Wechselrichter bis zum Einspeisepunkt. Dabei müssen die Solarkabel und -stecker sehr widerstandsfähig sein. Sie müssen sowohl den Witterungsbedingungen (Sonne, Regen, Frost, Schnee) standhalten als auch mechanischen sowie chemischen Belastungen. Dafür sind die Kabel für PV-Anlagen mit der Norm PV1-F oder H1Z2Z2-K versehen.

• Blitz- und Überspannungsschutz

Blitz- und Überspannungsschutzgeräte sind Pflicht, sorgen für Sicherheit und verhindern Schäden an der Solaranlage. Dabei betrifft der äußere Blitzschutz alle Maßnahmen zum Schutz des Gebäudes, sodass ein Blitz weder einschlagen noch überschlagen kann. Hier handelt es sich um Überspannungsschutzeinrichtungen des Typ 1. Der innere Schutz vor Überspannung ist Typ 2 der Schutzeinrichtungen und er ist zum Schutz der Haushaltsgeräte unverzichtbar. Hierzu zählen beispielsweise Überspannungs-Ableiter, die für den notwendigen Potentialausgleich bei einem Blitzschlag sorgen.

• Intelligente Stromzähler oder Smart Meter

Die intelligenten Stromzähler werden bei fast allen Photovoltaik-Anlagen eingesetzt und es besteht aktuell keine Einbau-Pflicht. Allerdings werden heute bereits bei der standardmäßigen Installation einer Photovoltaik-Anlage Smart Meter mit eingebaut. Ein intelligenter Stromzähler ist internetfähig und hat eine Kommunikationseinheit (Gateway).

• PV Montagesystem

Montagesysteme bzw. Unterkonstruktionen für Photovoltaik-Anlagen werden heute für alle Dachtypen und Eindeckungsarten angeboten. Sie dienen zur sicheren Befestigung der Solarmodule. Ein übliches Solarmodul mit 60 Solarzellen ist etwa 1,65 x 1,00 Meter groß und wiegt circa 17 bis 20 Kg. Bei der Montage einer kompletten Anlage werden in der Regel mehrere Module kombiniert und die Unterkonstruktion muss neben dieser Last auch zusätzliche Lasten durch Wind und Schnee tragen können.

Eine gute Planung ist bei einer PV-Anlage entscheidend

Die Anschaffung einer Photovoltaik-Anlage ist leider etwas komplizierter und umfangreicher. Bereits während der Planung werden die wesentlichen Grundsteine dafür gelegt, wie gut und ertragreich die eigene Stromproduktion innerhalb der nächsten Jahrzehnte läuft. Und da ist man auf jeden Fall auf der sicheren Seite, wenn Profis dieses Projekt entsprechend unterstützen.

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Stand: 03.03.2022