2. Wirtschaftlichkeit

In Arbeit

3. Warmwasser mit Photovoltaik erzeugen?

Mit dem erzeugten Strom einer Photovoltaik kann man auch Warmwasser aufbereiten. Am einfachsten geht das mit einem Heizstab. Der Solarstrom betreibt den Heizstab, welcher wiederum das Trinkwasser im Warmwasserspeicher erwärmt. Eine weitere Möglichkeit wäre es, den Solarstrom für den Betrieb einer Brauchwasser-Wärmepumpe zu nutzen.  

Nutzen Sie den Photovoltaik-Strom auch für Ihr Warmwasser, erhöhen Sie automatisch ihren Eigenverbrauch des Solarstroms. Der PV-Eigenverbrauch ist ein wichtiger Indikator für die Wirtschaftlichkeit der Solaranlage. Bei einer normalen Solaranlage kann nur etwa 30 % des Solarstroms selbst genutzt werden, der Rest wird gegen eine Vergütung ins Netz eingespeist. 

Wird der Strom jedoch zusätzlich genutzt, um das Brauchwasser zu erwärmen, kann der Eigenverbrauch signifikant steigen. Je nach Anlagengröße und Wasserbedarf ist ein PV-Eigenverbrauch von bis zu 60 % möglich. Statt 70 % des überschüssigen Solarstroms speisen Sie nun also nur noch rund 40 % ein.
Neben einer Photovoltaikanlage können Sie alternativ Ihr Warmwasser direkt mit einer Solarthermieanlage aufbereiten. Eine Solarthermie verbraucht wesentlich weniger Platz auf dem Dach, da der Energieertrag pro Quadratmeter um bis zu 100 % höher ist. Aus diesem Grund reicht bereits eine kleine Dachfläche aus. Dafür müssen aber statt dünner Solarkabel ganze Rohre verlegt werden, die die Wärme transportieren. Näheres dazu findet sich im Kapitel Solarthermie.

Ein Heizstab zum Erwärmen des Trinkwassers kann bei jeder Heizanlage mit einem Warmwasserspeicher eingesetzt werden. Bei den meisten Speichern ist nämlich bereits ein Steckplatz für den Heizstab integriert. Theoretisch ist auf diese Weise nicht nur eine Trinkwassererwärmung, sondern auch eine Heizungsunterstützung möglich. Bei den Heizstäben können Sie unterschiedliche Varianten wählen. Einfache Modelle lassen sich nur an- oder ausschalten. Andere Heizstäbe können stufenweise geregelt werden. Ein zusätzlicher PV-Energiemanager sorgt dafür, dass der Überschuss des Solarstroms am besten und effizientesten genutzt wird. Er leitet den Strom der Photovoltaikanlage zu den Verbrauchern im Haus und schaltet diese auch gleichzeitig an und aus. Neben dem Heizstab kann ein Energiemanager auch andere Geräte wie die Waschmaschine oder Spülmaschine mit Strom versorgen. Der Eigenverbrauch Ihrer Solaranlage wird so noch weiter optimiert.   

Die Kombination von Photovoltaik und Wärmepumpe (Brauchwasser-Wärmepumpe) ist eine noch effizientere Methode, um das Warmwasser im Haushalt zu erzeugen. Weitere Informationen dazu finden sie im Kapitel Wärmepumpe.

4. Stromspeicher

Installiert man eine Photovoltaikanlage auf einem Einfamilienhaus, kann man etwa 30 % des erzeugten Solarstroms selbst nutzen. Die restlichen 70 % werden ins Netz eingespeist. Mit einem Stromspeicher erhöht sich der Eigenverbrauch auf 50 %-60 %. So werden Sie unabhängiger von Energieversorgern, können Ihre Kapazitäten besser nutzen und sparen gleichzeitig Stromkosten. Bei der Integration einer Wärmepumpe und eines intelligenten Energiemanagementsystems, das Speicherung und Verbrauch gezielt optimiert, kann Ihre Eigenverbrauchsquote bis zu 80 % erreichen.
Die Dimensionierung eines Stromspeichers hängt von vielen Faktoren ab. Entscheidend ist vor allem Ihr individueller Bedarf und die Größe Ihrer Photovoltaikanlage. Für einen durchschnittlichen Vier-Personen-Haushalt mit einem Jahresenergieverbraucht von ca. 5.000 kWh und bei einer PV-Anlagengröße von 5 - 7 kWp ist eine Speichergröße von 7 kWh ausreichend.

Bei der Auswahl eines geeigneten Stromspeichers stößt man im technischen Datenblatt der Hersteller schnell auf eine Fülle von Kennzahlen, welche die Eigenschaften eines Stromspeichers beschreiben:

• Speicherkapazität (Nennkapazität) – Energie in Kilowattstunden, die bei der Aufladung maximal im Batteriespeicher gespeichert werden kann. Typische Kapazitäten von Batteriespeichern im Einfamilienhaus liegen zwischen 5 und 10 kWh. Die technische Speicherkapazität einer Solarbatterie ist theoretischer Natur, da auch die Entladetiefe berücksichtigt werden muss.
• Nutzkapazität – nutzbare Speicherkapazität, die tatsächlich genutzt werden kann, wenn die zulässige Entladetiefe eingehalten wird. Beispiel: hat eine Solarbatterie eine Speicherkapazität von 9 kWh und eine Entladetiefe von 80%, so kann die Batterie praktisch "nur" 7,2 kWh speichern (80 % von 9 kWh).
• Entladetiefe (DoD): Eine kann nicht zu 100 % entladen werden. Da eine sogenannte Tiefenentladung (Entladung bis zu 100 %) die Batterie schädigt, werden Solarbatterien nur bis zur Entladetiefe entladen. Diese variiert je nach Hersteller und beträgt zwischen 50 % und 90 % der gespeicherten Strommenge.
• Wirkungsgrad – Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel Energie bei der Speicherung des Solarstroms verloren geht. Bei einem Wirkungsgrad von z.B. 80 % stehen so nach der Speicherung noch 80 % der ursprünglich zugeführten Energie zur Verfügung. Die Wirkungsgrade von Lithium-Batteriespeichern liegen bei >95%.
• Vollzyklus bedeutet eine Solarbatterie einmal bis zur Entladetiefe zu entladen und anschließend vollständig wieder aufzuladen.
• Anzahl der Ladezyklen (Vollzyklen) – Ein Ladezyklus meint des einmalige Laden, Speichern und Entladen bei Nutzung der gesamten Speicherkapazität. Ihr Stromspeicher sollte mindestens 5.000 Ladezyklen schaffen. Manche Hersteller garantieren auch 10.000 Ladezyklen.
• Batteriezellengarantie: z.B. 10 Jahre Garantie auf 80 % der Ladungskapazität
• Maximale Lade / Entladeleistung: Die Lade- und Entladeleistung eines Stromspeichers gibt an, mit wie viel Leistung dieser geladen und entladen werden kann. Je höher die Leistung dabei ausfällt, desto schneller kann der Stromspeicher bei Sonnenschein geladen werden und desto größere Verbraucher können mit dem gespeicherten Strom versorgt werden (Abdeckung der Lastspitzen).

Die Angabe der maximalen Zyklenzahl für einen Speicher im Zusammenhang mit der Lebensdauer führt in die Irre. Denn die Lebensdauer einer Batterie endet einerseits durch zu viele Zyklen, andererseits aber durch die normale Batteriealterung im Laufe der Zeit. Auch eine Batteriezelle, die unendlich viele Zyklen schafft, hat eine kalendarische Lebensdauer von maximal 15 Jahren. Die modernen Zellen erreichen heutzutage ihr Lebensende durch den kalendarischen Alterungsprozess und nicht aufgrund einer bestimmten Zyklenzahl.
Ein Beispiel: Bei optimaler Auslegung hat ein durchschnittlicher Speicher in Österreich in einem Privathaushalt ca. 250 Vollzyklen/Jahr. In 15 Jahren, wenn die Batteriezellen ihr kalendarisches Lebensende erreichen, sind das also maximal 3.750 Zyklen. Die meisten Batteriezellen heute sind für deutlich mehr Zyklen ausgelegt, als sie in 15 Jahren tatsächlich hätten. Ein Stromspeicher gilt in der Regel dann als verbraucht, wenn seine Leistung nur noch bei 80 % der eigentlichen Speicherkapazität liegt. Ab dann beginnt die Leistung zunehmend stärker zu sinken.

Wie wirtschaftlich ein Batteriespeicher ist lässt sich daran festmachen, was eine gespeicherte Kilowattstunde umgerechnet kostet (in Cent). Diese lassen sich für einen Batteriespeicher wie folgt berechnen:

• Nennkapazität x Anzahl der Vollzyklen = theoretisch speicherbare Energiemenge
• theoretisch speicherbare Energiemenge in praktisch speicherbare Energiemenge umrechnen, indem die Entladungstiefe und der Systemwirkungsgrad prozentual abgezogen werden
• Investitionskosten  durch die praktisch speicherbare Energiemenge teilen ergibt den Preis pro gespeicherter Kilowattstunde Strom.

5. E-Auto und Wallbox

Wie viel Photovoltaik Sie für ein Elektroauto genau benötigen, hängt von den gefahrenen Kilometern pro Jahr und vom Verbrauch des E-Autos ab. Bei einem angenommenen Verbrauch von etwa 20 kWh/100 km benötigen Sie pro 10.000 Kilometer etwa 2.000 kWh Strom. D.h. dass ihre PV-Anlagengröße bei einem E-Auto in Abhängigkeit der jährlichen Laufleistung um bis zu 4 kWp größer ausgelegt sein soll. Größere Solaranlagen bedienen im ersten Schritt den im Haushalt anfallenden Strombedarf. Erst wenn die dortigen Geräte versorgt sind, kann der noch zur Verfügung stehende Überschuss zum Laden verwendet werden.
Inwieweit sich dessen Batterie dadurch füllen lässt, hängt stark vom Ladezeitpunkt ab. So erreichen Sie dann den höchsten Solarstromanteil, wenn Sie sich beim Überschussladen per Wallbox nach der Verfügbarkeit des PV-Stroms richten. Dafür müssen Sie Ihr Fahrzeug vor allem tagsüber anschließen. Kommen Sie unter der Woche hingegen erst abends zum Laden, wird außerhalb der Sommermonate nicht mehr genug Überschuss zur Verfügung stehen.
Wie viel an Solarstrom zu welcher Uhrzeit zusammenkommt, hängt auch mit der Dachausrichtung der Solaranlage zusammen. So erzielen Sie mit einer nach Süden gerichteten Anlage zwar den meisten Ertrag. Für das Laden Ihres Elektroautos in den Nachmittagsstunden ist jedoch eine West-Ausrichtung besser geeignet.
Des Weiteren lässt sich die solare Ausbeute mit einem Energiemanagement-System steigern. Durch Erfassung des Bedarfs der einzelnen Abnehmer und der gerade erzeugten Strommenge sorgt es für eine optimale Stromverteilung. Manche Smart Energy-Systeme beziehen in ihre Berechnung auch regionale Wetterdaten und das persönliche Verbrauchsverhalten mit ein. Dies ermöglicht es, Elektroautos auch in Zeiten geringerer PV-Erträge zu betanken.
So startet der Ladevorgang für das Elektroauto automatisch, sobald die vorher der Wallbox oder mittels einer App definierte Mindestladeleistung verfügbar ist. Dabei spielt es eine Rolle, ob 1-phasig oder 3-phasig geladen werden soll. So kann 1-phasiges PV-Überschussladen bereits bei einer Leistung von 1,4 kW beginnen. Für eine 3-phasige ladende Wallbox bedarf es hingegen mindestens 4,2 kW.
1-phasig zu laden, dauert zwar länger, kann jedoch schon bei einem geringen Überschuss stattfinden. Einige Wallboxen sind auch zu automatischer Phasenumschaltung in der Lage, je nachdem, wie viel PV-Leistung zur Verfügung steht. In jedem Fall braucht es zur Verwendung eines Energiemanagement-Systems eine damit kompatible Wallbox.
Wie stark eine solche intelligente Wallbox den Photovoltaik-Bezug steigert, hat die ETH Zürich in einer Modellstudie herausgefunden. Dieser zufolge lässt sich ohne Steuerung nur ein Deckungsgrad von 15 Prozent erreichen. Mit Smart Charging hingegen können Sie ein Elektroauto zu 56–80 Prozent mit eigenem Solarstrom laden.
Bei der Ladegeschwindigkeit bieten manche öffentliche Ladesäulen einen Vorteil. So bekommen Sie Ihren Akku an einer Schnellladestation in weniger als einer Stunde vollgetankt. Dafür muss Ihr Fahrzeug aber auch für eine Leistungszufuhr von 50–150 kW ausgelegt sein. Und all zu oft sollten Sie das Schnellladen auch nicht praktizieren, da sonst die Lebensdauer des Akkus darunter leidet.  An öffentlichen Ladestationen mit 10–22 kW brauchen Sie ungefähr 2–4 Stunden für eine Vollladung. Dies können Sie aber auch mit entsprechenden Wallboxen erreichen. Beträgt deren Ladeleistung 3,7 kW, dauert es rund 6 Stunden.
Streben Sie an, nahezu ausschließlich per Wallbox Photovoltaik-Strom zu tanken, brauchen Sie dafür einen Solarstromspeicher. Dessen Kapazität sollte mindestens 1 kWh pro 1.000 kWh Stromverbrauch betragen. Soll hauptsächlich über Nacht geladen werden, bedarf es eher einer Speicherkapazität von 1,5 kWh pro 1.000 kWh.  Bei größeren Photovoltaik-Anlagen kann Ihnen ein entsprechend dimensionierter Stromspeicher aber durchaus eine Solardeckung von über 80 Prozent einbringen. Ein Nachteil ist, dass beim Be- und Entladen eines Speichers Energie verloren geht. Durch die dabei stattfindenden Umwandlungsprozesse kommt bis zu 20 Prozent weniger Strom beim Elektroauto an als von der Solaranlage erzeugt wird. Mit einer intelligenten Wallbox den Photovoltaik-Strom direkt zu laden, ist daher energetisch effizienter. 

6. Ausgewählte Hersteller

6.1 Solarmodule

• Solarwatt (Deutschland)
• Axitec (Deutschland)
• Q-Cells (Südkorea/Deutschland)
• Ja Solar (China)
• Longi (China)
• Trina Solar (China)
• Jinko (China)
• Canadian Solar (China/Kanada)
• etc.

6.2 Stromspeicher

• BYD (China)
• Huawei (China)
• Solarwatt (Deutschland)
• Enphase (USA)
• SENEC (Deutschland)
• sonnen GmbH (Deutschland)
• Varta (Deutschland)
• Fronius (Österreich)
• etc.

6.3 Wechselrichter

• Fronius (Österreich)
• Huawei (China)
• SMA Solar (Deutschland)
• Solaredge (Israel)
• GoodWe (China)
• Enphase (USA)
• etc.