möglichkeiten und grenzen von pv-kleinstanlagen zur ...€¦ · quaschning, 2014, [online]). bei...
TRANSCRIPT
Möglichkeiten und Grenzen von PV-Kleinstanlagen zur privaten Stromeinspeisung ins
Niederspannungsnetz
Sommersemester 2014, Interdisziplinäre Projektarbeit
Energieseminar
Fachgebiet: Maschinen- und Energieanlagentechnik der Technischen
Universität Berlin
www.energieseminar.de
I
Inhaltsverzeichnis Tabellenverzeichnis .............................................................................................................. II
Abbildungsverzeichnis ........................................................................................................ II
0. Disclaimer ........................................................................................................................... 1
1. Einleitung ............................................................................................................................ 2
1.1 Photovoltaik in Deutschland ................................................................................... 2
1.2 Kleinst-PV/ Guerilla-PV ............................................................................................. 3
1.3 Projekt- und Zielvorstellung .................................................................................... 4
1.4 Energieseminar ........................................................................................................... 4
2. Ortsbeschreibung ............................................................................................................. 5
3. Rechtliche Rahmenbedingungen ................................................................................. 6
4. Anlagenplanung ................................................................................................................ 8
4.1 Anlagekomponenten .................................................................................................. 8
4.2 Komponenten .............................................................................................................. 9
4.2.1 Unterkonstruktion ................................................................................................... 9
4.2.2 Solarmodule ........................................................................................................... 9
4.2.3 Wechselrichter ..................................................................................................... 10
4.2.4 Datenlogger .......................................................................................................... 11
4.2.5 Solarkabel ............................................................................................................. 11
4.2.6 Sicherungen ......................................................................................................... 11
4.3 Bauschritte ................................................................................................................. 12
5. Finanzierung ..................................................................................................................... 16
6. Monitoring ......................................................................................................................... 17
6.1 Erzeugung / Messergebnisse ................................................................................ 17
6.2 Finanzielle und CO2-Einsparungen ..................................................................... 18
6.3 Berechnung des Nutzungsgrades ....................................................................... 18
6.4 Jährlich erzeugte Energie ....................................................................................... 19
6.5 Monetäre Einsparung .............................................................................................. 19
6.6 CO2-Einsparung ........................................................................................................ 19
7. Fazit und Ausblick .......................................................................................................... 20
Quellenverzeichnis ............................................................................................................. 22
Anhang ................................................................................................................................... 24
II
Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Gesetz/ Verordnung/ Norm ................................................................................. 7
Tabelle 2: Finanzielle Komponenten .................................................................................. 16
Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Entwicklung Erneuerbarer Energien am Netto-Stromverbrauch .............. 2
Abbildung 2: Solarmodule auf dem Dach des Hausprojektes in Neukölln ..................... 4
Abbildung 3: Emblem des Energieseminars ....................................................................... 4
Abbildung 4: Installationsort (auf dem Dach des Hausprojekts in Neukölln) ................. 5
Abbildung 5: Ausrichtung in Bezug auf den Neigungswinkel ........................................... 5
Abbildung 6: Verbindungskabel und Sicherungskasten .................................................... 8
Abbildung 7: Schaltplan (selbsterhobene Grafik) ............................................................... 8
Abbildung 8: Verstellbare Dachhaken an Aluminiumschiene ........................................... 9
Abbildung 9: Solarmodul mit Dachhaken............................................................................. 9
Abbildung 10: Wechselrichter des Solarmoduls ............................................................... 10
Abbildung 11: Perspektive 1 Solarmodul mit Anschlussbox........................................... 10
Abbildung 12: Perspektive 2 Solarmodul mit Anschlussbox........................................... 10
Abbildung 13: Bau der Unterkonstruktion am Dach ......................................................... 12
Abbildung 14: Zurechtfräsen der Dachziegel mit einem Winkelschleifer ..................... 12
Abbildung 15: Verputzen der Hauswand nach Installation des Kabelrohrs ................. 13
Abbildung 16: Sicherung der montierenden Personen .................................................... 13
Abbildung 17: Aluminiumschiene und Modulklemme ...................................................... 14
Abbildung 18: Befestigung der Unterkonstruktion am Dach ........................................... 14
Abbildung 19: Fertige Photovoltaikanlage ......................................................................... 15
Abbildung 20: Tagesverlauf von Leistung und Ertrag ...................................................... 17
Abbildung 21: Verlauf von Leistung und Ertrag vom 16-07.14 – 31.07.14 .................. 18
1
0. Disclaimer
PV-Kleinstanlagen (< 1000 Wp), die direkt ans Stromnetz eines Gebäudes angeschlossen
werden (u.a. bekannt geworden als Guerilla-PV oder Balkonkraftwerke), sind bis dato nicht
Gegenstand strafrechtlicher Verfolgung geworden (Juli 2014). Dennoch ist die rechtliche
Situation dieses Anlagenkonzepts in Deutschland bislang nicht eindeutig geklärt. Aus diesem
Grund hat die vorliegende Dokumentation ausschließlich informativen Charakter.
2
1. Einleitung
Im Rahmen des Energieseminarprojekts „Solarer Ungehorsam“ an der Technischen
Universität (TU) Berlin wurde im Sommersemester 2014 das Ziel verfolgt, eine Photovoltaik
(PV)-Kleinstanlage auf dem Dach eines Berliner Hausprojektes zu planen, zu installieren und
zu überwachen. Im Folgenden werden die Hintergründe/Motivation, die Projektdetails sowie
die Idee hinter dem Energieseminar genauer erläutert.
1.1 Photovoltaik in Deutschland
Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Sonnenstrahlung in
elektrischen Strom. Serienmodule aus kristallinen Solarzellen erreichen hierbei maximale
Wirkungsgrade zwischen 16 % (polykristallines Silizium) und 20,4 % (monokristallines
Silizium), ermittelt unter idealen Standardtestbedingungen (STC): 1000 W/m² Einstrahlung
(entspricht der Sonnenstrahlung an einem wolkenlosen Sommertag in Deutschland),
Strahlungsspektrum AM 1,5 und 25 °C Modultemperatur (vgl. Quaschning, 2013: S. 198).
Der reale Wirkungsgrad hängt neben der Einstrahlung empfindlich von der Temperatur des
Moduls, Verschattungen und Ablagerungen auf den Solarzellen ab. In der Regel liegt der
reale Wirkungsgrad einige Prozent unter dem STC-Wirkungsgrad.
Die Photovoltaik stellt einen wichtigen Eckpfeiler der deutschen Energiewende dar, weshalb
sie einer staatlichen Förderung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) unterliegt.
Dank umfangreicher Investitionen im vergangenen Jahrzehnt hat sich die PV in dieser Zeit
von einer Nischentechnologie zu einem wichtigen Bestandteil der Energieversorgung in
Deutschland entwickelt (siehe Abbildung 1).
Abbildung 1: Entwicklung Erneuerbarer Energien am Netto-Stromverbrauch in Deutschland (vgl. Harry Wirth, Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland, 2014)
3
Im Jahr 2013 deckte die Photovoltaik ca. 5,7 % des Netto-Stromverbrauches in Deutschland.
Bei einem Gesamtanteil der Erneuerbaren Energien (EE) von ca. 29 % macht sie somit
derzeit rund ein Fünftel des verbrauchten EE-Nettostromes aus. Die Gesamtanzahl aller PV-
Anlagen in Deutschland bezifferte sich dabei Ende 2013 auf ca. 1,4 Millionen (vgl. Wirth,
2014: S. 5). Im europäischen Vergleich (Stand 2013) liegt Deutschland mit einer installierten
Photovoltaikleistung von 35,7 GW vor Italien (17,45 GW) deutlich an der Spitze (vgl.
Quaschning, 2014, [online]).
Bei der Installation von PV-Anlagen ist grundsätzlich zwischen Freilandflächen und Dach-
/Fassadenflächen zu unterscheiden. Dach- und Fassadenanlagen haben hierbei den Vorteil,
keine anderweitig nutzbaren Großflächen zu verbauen, wodurch Nutzungskonflikte (z.B. mit
der Landwirtschaft) vermieden werden. Nach Schätzungen liegt allein das Dachflächen-
Potenzial für Photovoltaik-Anlagen in Deutschland bei 161 GWp (vgl. Lödl u.a., 2010: S. 12).
Das entspricht ca. dem 4,5-fachen der derzeit installierten gesamten deutschen Photovoltaik-
Leistung (vgl. Wirth, 2014: S. 5). Diese Zahlen untermauern das hohe Potenzial der Photo-
voltaik in Deutschland.
1.2 Kleinst-PV/ Guerilla-PV
Mit Guerilla-Photovoltaik werden PV-Kleinstanlagen bezeichnet, die direkt mit dem privaten
Hausnetz verbunden sind und darüber hinaus dem jeweiligen Energieversorger explizit nicht
gemeldet werden, sodass folglich kein Einspeisezähler installiert wird. Die Leistungsklasse
von Kleinst-PV ist in diesem Zusammenhang zwar nicht einheitlich und genau definiert, laut
der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie e.V. (DGS) werden hierunter jedoch Anlagen
„von einigen 100 Watt, bis unter 1 kW“ verstanden (DGS, 2013, [online]).
Diese Kleinstanlagen bestehen im Allgemeinen aus bis zu maximal sechs PV-Modulen,
einem Wechselrichter und – bei Bedarf – einem kleinen Batteriespeicher. Die Verbindung mit
dem Stromnetz des Haushaltes ist dabei sehr einfach gehalten; oft wird sie sogar nur mithilfe
eines normalen Steckers über eine Steckdose realisiert. Diese als Plug & Play oder auch
Plug & Save bezeichneten Module werden bereits von verschiedenen Firmen wie bspw. Sun
Invention (vgl. http://www.suninvention.com/; 10.09.2014), Solar-pac (vgl. www.solar-pac.de/;
10.09.2014), miniJOULE (vgl. https://www.minijoule.com/; 10.09.2014) und GoGreen
Solutions (vgl. www.go-green-solutions.de/; 10.09.2014), als installationsfertige Komplett-
sets angeboten. Auf dem Balkon oder dem Dach installiert, können solche PV-Kleinst-
anlagen einen Teil der Tagesgrundlast des Haushaltes decken. Aus diesem Grund und
wegen des im Vergleich zu größeren PV-Anlagen geringen Investitionsvolumens stellen PV-
Kleinstanlagen somit einen Baustein der bürger*innennahen, dezentralen Energiewende dar.
An dieser Stelle sei abschließend noch erwähnt, dass für den Titel dieses Projektes explizit
nicht „Guerilla-PV“, sondern stattdessen „Solarer Ungehorsam“ gewählt wurde. Der Grund
liegt darin, dass „Guerilla-PV“ nach Meinung der Projektbeteiligten reißerisch und unpassend
klingt. „Guerilla“ impliziert eine bewaffnete Auseinandersetzung, womit das Konzept des sog.
„Guerilla-PV“ allerdings überhaupt nichts zu tun hat. Tatsächlich ist der fachgerechte
4
Anschluss von PV-Anlagen ans Netz bisweilen nicht einmal illegal. Somit trifft der Titel
„Solarer Ungehorsam“ die Idee dieses Anlagenkonzeptes deutlich besser.
1.3 Projekt- und Zielvorstellung
Die Realisierung der Energiewende
bringt eine Vielzahl innovativer Ver-
sorgungsstrategien mit sich und führt zu
einer Ausweitung der an der Energiever-
sorgung beteiligten Akteur*innen (vgl.
Kondziella u.a., 2013: S. 249). Motiviert
durch diese Entwicklung und gegen-
wärtige thematische Aktualität wurde im
Energieseminarprojekt „Solarer Unge-
horsam“ das Ziel verfolgt, die Rolle der
Guerilla-Photovoltaik im Kontext der
bürger*innennahen, dezentralen Energiewende zu beurteilen sowie darüber hinaus selbst
eine PV-Kleinstanlage zu errichten.
Zunächst wurden rechtliche, technische, ökologische und ökonomische Rahmen-
bedingungen untersucht sowie Möglichkeiten und Grenzen von PV-Kleinstanlagen aufge-
zeigt. Unter Berücksichtigung des theoretischen Hintergrundwissens wurde anschließend
eine PV-Anlage mit einer Nennleistung von 360 Wp für das Dach eines generations-
übergreifenden und gemeinschaftlich getragenen Berliner Hausprojekts geplant und in-
stalliert. Neben der Inbetriebnahme stellte hierbei die langfristigen Kontrolle und Auswertung
der während der Betriebszeit aufgenommenen Messwerte durch eine angepasste
Monitoring-Lösung einen weiteren Projektschwerpunkt dar.
1.4 Energieseminar
Das Energieseminar wurde im Jahr 1980 von Studierenden gegründet,
die das Ziel verfolgten, eine Alternative zu traditionellen Lehrver-
anstaltungen zu etablieren. Seit 2002 ist es als Teil des Fach-
gebietes Maschinen- und Energieanlagentechnik bei Herrn Prof.
Dr.-Ing. Ziegler in den Lehrbetrieb der TU Berlin eingebunden. Seither
wird es durch ein ca. zehnköpfiges Team von Tutor*innen und
wissenschaftlichen Mitarbeiter*innen inhaltlich und methodisch
getragen. In Form eines Projektseminars gestaltet, wird Studierenden
verschiedener Fachrichtungen im Rahmen des Energieseminars die Möglichkeit gegeben, in
fünf parallel stattfindenden Projekten Beispielanlagen umweltfreundlicher Technologien (z.B.
Solar-, Biogas- oder Windkraftanlagen) zu bauen oder in theoretischen Seminaren
interdisziplinäre Fragestellungen im Spannungsfeld von Energie, Umwelt und Gesellschaft
zu untersuchen. (vgl. Energieseminar, 2014, [online])
Abbildung 2: Solarmodule auf dem Dach des Hausprojektes in Neukölln
Abbildung 3: Emblem des Energieseminars
5
2. Ortsbeschreibung Von etwa 32 möglichen Orten innerhalb
Berlins und Interessent*innen für das
Projekt wurden zunächst fünf Orte durch
Entscheidungskriterien in eine engere
Auswahl ausgesucht, welche mit einigen
harten und weichen Faktoren bewertet
wurden. Diese 5 Orte beinhalten unter
anderem eine Yogaschule, eine Waldorf-
schule, ein Gemeinschaftshaus in Neukölln,
ein Hausprojekt in Wedding und eine
weitere Wohnung in Berlin-Friedenau.
Durch eine weitere qualitative Bewertung
wurden schließlich zwei Orte, ein Gemeinschaftshaus in Neukölln und ein Hausprojekt in
Wedding als Favoriten festgehalten, die mit Hilfe der weiteren 10 gewichteten Kriterien
bewertet wurden.
Das Gemeinschaftshaus in Neukölln wurde dabei als beste Lösung für die Ortssuche
gewählt. Das Gemeinschaftshaus hat etwa 4 Etagen und 40 Mitbewohner. Wichtig war die
südliche Ausrichtung der Anlage und etwa 30° Neigung, da die Energiegewinnung damit
maximal erreicht wird. Das Gemeinschaftshaus bietet die südliche Ausrichtung für den
Aufbau der PV-Anlage. Da die Anlage an das vorhandene Dach eingebaut werden soll, ist
die Einstellung der Neigung leider nicht möglich. Dennoch liegt die Neigung in etwa bei 30°.
Das Gemeinschaftshaus hat zudem bereits Erfahrung mit einer Solarthermie zur Warm-
wassergewinnung auf dem
Dach, welche die Entschei-
dung für diesen Ort erleichtert
hat. Mit 32 Interessent*innen
hatten wir sehr viele Ange-
bote für unser Projekt, etwa
31 andere Orte zeigen also
weiterhin potentielles Interes-
se, mit einer PV-Anlage re-
generative Energie zu er-
zeugen.
Abbildung 4: Installationsort (auf dem Dach des Hausprojekts in Neukölln)
Abbildung 5: Ausrichtung in Bezug auf den Neigungswinkel (vgl.:Quaschning, Aufl. 6, S.71,Bild 2.19.)
6
3. Rechtliche Rahmenbedingungen
Bei der Errichtung und Inbetriebnahme einer Mini-PV-Anlage sind verschiedene Gesetze,
Verordnungen und Normen zu beachten. Während das Missachten von Gesetzen und
Verordnungen eine strafrechtliche Verfolgung nach sich zieht, haben Normen keinen
Gesetzescharakter und somit nur bedingte rechtliche Verbindlichkeit. Allerdings geben
Normen den Stand der Wissenschaft und Technik wieder und haben im Schadensfall eine
Vermutungswirkung. Wurde eine Norm befolgt, so wird vermutet, dass alles getan wurde um
einen möglichen Schaden zu vermeiden. Normen können jedoch durch Rechts- und
Verwaltungsvorschriften eines Gesetz- oder Verordnungsgebers oder durch Verträge, in
denen ihre Einhaltung vereinbart wurde, verbindlich werden. (http://www.din.de/
cmd?level=tplunterrubrik&menuid=47421&cmsareaid=47421&menurubricid=47429&cmsrubi
d=47429&menusubrubid=47433&cmssubrubid=47433 Letzter Zugriff: 29.07.2014)
Für die Planung und Montage einer Mini-PV-Anlage sind die folgenden Gesetze,
Verordnungen und Normen zur Gewährleistung der technischen Sicherheit von Bedeutung:
§ 49 Absatz 1 des Energiewirtschaftsgesetzes EnWG (BGBl. I S. 1970, 362, Fassung vom
04.10.2013) besagt: „Energieanlagen sind so zu errichten und zu betreiben, dass die
technische Sicherheit gewährleistet ist. Dabei sind vorbehaltlich sonstiger Rechtsvorschriften
die allgemein anerkannten Regeln der Technik zu beachten.“
Die allgemein anerkannten Regeln der Technik werden wiederum durch verschiedene
DIN-Normen des Verbandes der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (VDE)
festgelegt. So fordert die Norm DIN VDE 0100-100:2009-06 beim Errichten von
Niederspannungsanlagen u.a. Maßnahmen zum Schutz gegen elektrischen Schlag, gegen
thermische Auswirkungen zur Vermeidung von Kabelbrand sowie Schutz bei Über-
spannungen. Die Systemstabilitätsverordnung SysStabV (BGBl. I S. 1635, Fassung vom
20.07.2012) verweist ebenso auf die Notwendigkeit von Netz- und Anlagenschutz. Die Norm
DIN VDE 0100-551:2011-06 fordert „Mittel zu automatischen Abschaltung der Strom-
erzeugungseinrichtung vom Stromverteilungsnetz […], wenn die Versorgung unterbrochen
ist oder die Spannung oder die Frequenz an den Anschlussklemmen von den zulässigen
Werten, die für einen Normalbetrieb erforderlich sind, abweicht.“ Weiterhin dürfen laut
DIN VDE 0100-550:1988-04 „[…] Steckerstifte in nicht gestecktem Zustand nicht unter
Spannung stehen.“
Alle bisher genannten Schriften belegen die Notwendigkeit von Sicherheitsmaßnahmen, um
mögliche Risiken zu minimieren und Schäden verursacht durch die Anlage zu vermeiden.
Wird eine Strom generierende Anlage an das allgemeine Versorgungsnetz angeschlossen
und ist eine Stromeinspeisung möglich, so werden weitere Gesetze und Verordnungen
relevant: § 263 des Strafgesetzbuches StGB (BGBl. I S. 3322, Fassung vom 23.04.2014)
besagt, dass ein „Betrug des Anlagenbetreibers“ vorliegt „[…] bei nicht-rücklaufgesperrten
Bezugszählern und damit verbundene eventuelle Stromeinspeisungen in das allgemeine
Versorgungsnetz […]“. Die Stromnetzzugangsverordnung StromNZV (BGBl. I S. 2243,
Fassung vom 14.08.2013) enthält u.a. Angaben zum Inhalt von Netznutzungsverträgen.
7
Nach § 24, Abs. 4-5 ist eine Rückeinspeisung von Strom in das öffentliche Netz ohne einen
vertraglich vereinbarten Tarif für diese Rückeinspeisung nicht zulässig.
Weiterhin fordert § 19 der Niederspannungsanschlussverordnung NAV (BGBl. I S. 2477,
Fassung vom 03.09.2010) die Anmeldung der Anlage beim zuständigen netzbetreibenden
Unternehmen und darüber hinaus die Installation der Anlage durch eine*n vom
netzbetreibenden Unternehmen zugelassenen Installateur*in. Der Anschluss an das
öffentliche Stromnetz wird auch innerhalb bestimmter Normen berücksichtigt; so besagt die
Norm DIN VDE 0100-551, dass „[…] die Einspeisung in den Endstromkreis sowie das
Einstecken eines elektrischen Erzeugungsgerätes in die Steckdose nicht zulässig […]“ ist.
Laut Anwendungsregel VDE-AR-N 4105:2011-08 ist „[…] der Anschluss an einen
Endstromkreis […] in keinem Fall zulässig.“ In nachfolgender Tabelle 1 ist aufgeführt, welche
Gesetze, Verordnungen und Normen mit der Umsetzung des Projektes und der Installation
der Mini-PV-Anlage erfüllt wurden.
Gesetz / Verordnung / Norm Erfüllt?
Energiewirtschaftsgesetz § 49 Absatz 1 *
DIN VDE 0100-100:2009-06 **
Systemstabilitätsverordnung *
DIN VDE 0100-551:2011-06 **
DIN VDE 0100-550:1988-04 **
Strafgesetzbuch § 263 *
Stromnetzzugangsverordnung * Niederspannungsanschlussverordnung § 19 * DIN VDE 0100-551 ** VDE-AR-N 4105:2011-08 **
* rechtliche Verbindlichkeit
** bedingt rechtliche Verbindlichkeit
Tabelle 1: Gesetz/ Verordnung/ Norm
Folglich kann die Installation der Anlage gesetzestreu und technisch sicher gestaltet werden.
Der Anschluss an das allgemeine Versorgungsnetz ohne Anmeldung beim örtlichen
netzbetreibenden Unternehmen liegt jedoch in einer rechtlichen Grauzone. Da hierbei ein
Verstoß gegen die Niederspannungsanschlussverordnung vorliegt, ist eine strafrechtliche
Verfolgung denkbar. Die ausgiebige Recherche im Rahmen dieses Kurses ergab, dass bei
Kleinstanlagen ein solcher Fall bislang jedoch nicht bekannt ist (Stand 07/2014).
8
4. Anlagenplanung
4.1 Anlagekomponenten
Die Anlage besteht aus drei Solarmodulen der Firma
"Kyocera" die, zusammen mit einem Wechselrichter der
Firma "AEconversion GmbH & Co. KG", auf einem
Schrägdach angebracht wurden. Es gibt zwei Möglich-
keiten die Solarmodule zu verschalten. Zum einen die
Parallelverschaltung und zum anderen die Reihenver-
schaltung. Die Solarmodule hier wurden in Reihe ge-
schaltet um eine hohe Ausgangsspannung zu erreichen,
da sich durch die Reihenschaltung die einzelnen
Ausgangsspannungen der Solarmodule addieren und
somit eine Ausgangsspannung erzeugen, die der von
uns benutzte Wechselrichter benötigt. Die in Reihe
geschalteten Solarmodule wurden nun an den Wechsel-
richter angeschlossen. Vom Wechselrichter ausgehend,
verläuft ein AC-Kabel in das Hausinnere und wird dort
an einen im Sicherungskasten angebrachten Daten-
logger (ebenfalls der Firma "AEconversion GmbH & Co.
KG") angeschlossen. Der Datenlogger dient lediglich zur Überwachung der Anlage und der
erzeugte Strom wird schlussendlich über den Datenlogger in das Hausnetz eingespeist.
Abbildung 7: Schaltplan (selbsterhobene Grafik)
Abbildung 6: Verbindungskabel und Sicherungskasten
9
4.2 Komponenten
4.2.1 Unterkonstruktion Die Unterkonstruktion besteht aus zwei jeweils
drei Meter langen Aluminiumprofilen. Mittels
sechs Stahldachhaken wurden diese Profile an
den Dachsparren des Daches montiert. Auf
den Profilen wurden mit Hilfe passender
Modulklemmen die Solarmodule montiert.
4.2.2 Solarmodule
Wir verwendeten Solarmodule der Firma "Kyocera" mit
der Modellnummer KC 120-1. Diese sind polykristalline
Solarmodule mit 120 Wp (Watt peak) und einem
Wirkungsgrad von 12,9% unter STC (Standard Test Con-
ditions). Die Maße der Module sind jeweils 1425x652x56
(LxBxH [mm]) und das Gewicht beträgt jeweils 11,9 kg.
Die Spannung bei maximaler Leistung entspricht 16,9
Volt und einem Strom von 7,1 Ampere. Diese Angaben
entsprechen einer 100% optimalen Aus-nutzung der
Sonnenstrahlung, dem sogenannten Maximum Power
Point (MPP). Die Leerlaufspannung ist mit 21,5 Volt
angegeben. Unter Leerlaufspannung versteht man die
Spannung eines Moduls, wenn kein Verbraucher ange-
schlossen ist. Bei der Leerlaufspannung handelt es sich
um die maximale Spannung eines Moduls.
Der Kurzschlussstrom ist mit 7,45 Ampere angegeben.
Der Kurzschlussstrom ist der Strom, den ein Modul liefert, wenn beide Klemmen ohne
jeglichen Widerstand miteinander verbunden werden und somit ein Kurzschluss entsteht.
Fällt nun Licht auf dieses unbelastete Modul, kann mit einem Messgerät der
Kurzschlussstrom ermittelt werden. Beim Kurzschlussstrom handelt es sich um die größte
Stromstärke die ein Modul erbringen kann. Diese Werte sind für die Auswahl eines
Wechselrichters wichtig und unbedingt zu beachten (Vgl. Datenblatt im Anhang oder Online).
Abbildung 8: Verstellbare Dachhaken an Aluminiumschiene
Abbildung 9: Solarmodul mit Dachhaken
10
4.2.3 Wechselrichter
Der Wechselrichter ermöglicht die Umwandlung
des gewonnen Gleichstroms (DC) in den ge-
wünschten und netzkonformen Wechselstrom
(AC). Der hier verwendete Wechsel-richter ist
ein Micro-Wechselrichter der Firma "AEcon-
version GmbH & Co. KG" mit der Modellnummer
INV350-90 in der in Deutschland zugelassenen
50Hz Version. Die “350” in der Modellnummer
des Wechselrichters bezeichnet den maximalen
Leistungseingang von 350 Watt, die maximal von den Solarmodulen bereitgestellt werden
dürfen. Die “90” steht für die maximale Gleichspannung. Die minimale Startspannung, die der
Wechselrichter benötigt, liegt bei 40 Volt. Die
Wahl für diesen Wechselrichter liegt darin
begründet, dass die drei in Reihe geschalteten
Solarmodule zusammen eine maximale Aus-
gangsleistung von 360 Watt bereitstellen,
sowie eine maximale Spannung von ins-
gesamt 50,7 Volt. Obwohl die maximale
Ausgangsleistung die maximale Eingangs-
leistung des Wechselrichters überschreitet, fiel
die Wahl dennoch auf diesen Wechselrichter,
da davon ausgegangen wurde, dass die
Solarmodule aufgrund ihres Alters ihre
maximale Ausgangsspannung nicht erreichen. Die hier verwendeten Solarmodule sind aus
zweiter Hand und ca. 11 Jahre alt.
Diese Annahme beruht auf dem in der
Solartechnik gebräuchlichem Begriff der
Degradation. Dieser Begriff beschreibt die
alterungsbedingte Änderung der Parameter
von Halbleiterbauteilen. Im Falle von
Solarmodulen also ein Nachlass des
Wirkungsgrades.
(vgl.: http://www.photovoltaik.org/wissen/
degradation-von-solarmodulen)
Der Wechselrichter selbst verfügt über eine integrierte Kommunikationsschnittstelle, die so
genannten "Powerline- Gateway", die über die AC - Verkabelung geführt wird und die
Informationen des Wechselrichters an einen Datenlogger weitergegeben kann (Vgl. Daten-
blatt im Anhang oder online).
Abbildung 12: Perspektive 2 Solarmodul mit Anschlussbox
Abbildung 10: Wechselrichter des Solarmoduls
Abbildung 11: Perspektive 1 Solarmodul mit Anschlussbox
11
4.2.4 Datenlogger
Der Datenlogger ist ebenfalls von der Firma "AEconversion GmbH & Co. KG" mit der
Modellnummer "AEDL-UH". Ein Datenlogger kann zwischen dem Wechselrichter und dem
Hausnetz geschaltet werden und speichert die Daten und Informationen der Solaranlage. Die
Abfrageintervalle können von 1 Minute bis zu 60 Minuten individuell eingestellt werden. Der
Datenlogger selbst kann diese Daten bis zu 2 Jahre intern speichern. Abgefragte Daten
können entweder in Echtzeit auf dem integrierten Display abgelesen werden, oder mit Hilfe
eines herkömmlichen USB-Sticks vom Datenlogger auf einen Computer übertragen und mit
der, von der Firma AEconversion bereitgestellten Software namens "AEsolar" in der
aktuellen Version 1.5, graphisch dargestellt und ausgewertet werden. Diese Software lässt
sich kostenlos auf der Betreiberwebseite herunterladen. Durch das graphische Interface der
Software lässt sich somit die Leistung der Module sowie deren Ertrag leicht ablesen (Vgl.
Datenblatt im Anhang oder online). Weiteres zu diesem Thema befindet sich im Abschnitt
Monitoring.
4.2.5 Solarkabel
Ein kleiner Exkurs zu Kabeln: Um den Stromfluss in einem Kabel so verlustarm wie möglich
zu halten möchte man einen möglichst kleinen Leiterwiderstand haben. Grob wird der
Widerstand (R) mit der Formel: R = (b x L) / A berechnet. Wobei b den spezifischen
Widerstand des Leitermaterials beschreibt und je nach verwendetem Material verschieden
aber festgesetzt ist. L bezeichnet die Kabellänge und A die Kabelquerschnittsfläche. Um nun
den Widerstand so gering wie möglich zu halten, können wir lediglich an L und/oder an A
wirken. Da der Kabelwiderstand insbesondere im niedrigen Spannungsbereich (DC-seitig)
erheblich von Bedeutung ist, haben wir uns dafür entschieden so wenig wie möglich DC-
Kabel zu verwenden und den Wechselrichter gleich unter den Solarmodulen angebracht.
Auch haben wir den größten Querschnitt für das DC-Kabel verwendet. Bei den Solarkabeln
besteht üblicherweise die Wahl zwischen verschiedenen Querschnitten, wie etwa
zweieinhalb, vier oder sechs mm2. (Vgl. Conrad 2014).
4.2.6 Sicherungen
Zusätzlich zur im Wechselrichter integrierten Sicherung wird zwischen dem Datenlogger und
dem Hausnetz eine weitere handelsübliche 16-Ampere-Sicherung angebracht. Die im
Wechselrichter integrierte Sicherung (auch Freischalteinrichtung (ENS) genannt) garantiert,
dass sich der Wechselrichter bei Stromausfall oder Netzabschaltung auf jeden Fall
selbständig vom Stromnetz trennt, um eine Inselbildung und Rückspeisung in das Stromnetz
zu verhindern. Die zusätzliche 16A-Sicherung dient dazu, dass sich im Fall einer
Überbelastung des Hausnetzes die komplette PV-Anlage vom Hausnetz trennt bzw.
abschaltet.
12
4.3 Bauschritte
Für den Zusammenbau der Kom-
ponenten und die Montage der An-
lage auf dem Dach war eine sorg-
fältige Planung nötig.
Die verwendete Unterkonstruktion
bestand aus sechs Dachhaken und
zwei Aluminium-Führungsschienen.
Aus diesem Grund sollten die drei
einzelnen Solarmodule aufrecht
nebeneinander montiert werden.
Dafür galt es eine geeignete Po-
sition auf dem Dach ausfindig zu
machen. Entscheidende Faktoren
für das Festlegen der Position waren die Zugänglichkeit bei der Montage, die Verfügbarkeit
von Dachsparren unter den Dachziegeln für die Befestigung der Dachhaken sowie eine
möglichst verschattungsfreie Lage für eine optimale Funktionsfähigkeit der Anlage.
Als erstes wurden dann am entsprechenden Ort einige Dachziegel durch Rütteln entfernt um
die darunter befindlichen Sparren freizulegen. Die geeigneten Stellen für das Entfernen der
Ziegel zeichneten sich dadurch aus, dass sie zum einen möglichst symmetrisch innerhalb
der drei Meter Länge der Führungsschienen lagen und zum anderen eine waagerechte
Montage der Schienen ermöglichten. Außerdem mussten die Ziegel genau über den Sparren
und nicht zwischen zwei Sparren entfernt werden. Nachdem dann die Dachhaken mit Hilfe
von Holzschrauben auf die hölzernen Dachsparren montiert worden waren, fand eine
Modifikation der Ziegel statt. Die Ziegel erhielten genau an der Stelle, an der die Dachhaken
aus dem Dach herausragten, eine Aussparung. Dafür war eine genaue Vermessung wichtig.
Für das Herauslösen des überflüssigen Materials aus den Ziegeln eignete sich ein
Winkelschleifer mit entsprechender Scheibe. Nachdem die Dachziegel wieder an ihrer
ursprünglichen Position saßen, konnten die Führungsschienen an die Haken montiert
werden. Dabei war auf einen
ausreichenden Abstand der Schienen
zum Dach zu achten, damit zur
Kühlung der Anlage die Umge-
bungsluft zwischen Dach und Anlage
uneingeschränkt zirkulieren konnte.
Als nächstes erfolgte die Verschrau-
bung des Wechselrichters mit einer
der beiden Schienen. Dabei wurde die
besser zugängliche Schiene ver-
wendet.
Abbildung 13: Bau der Unterkonstruktion am Dach
Abbildung 14: Zurechtfräsen der Dachziegel mit einem Winkelschleifer
13
Aus optischen Gesichtspunkten sowie für den Witterungsschutz fand die Positionierung so
statt, dass sich der Wechselrichter später unter den Solarpanels befand. Die genaue
Ausrichtung des Wechselrichters erfolgte gemäß der
Montageanleitung im Handbuch. Eine Unterbringung
des Wechselrichters im Haus wäre ebenfalls
möglich gewesen, erschien aufgrund einer
möglichen Geräuschbelastung aber weniger
sinnvoll. Zusätzlich wurden durch die Installation
direkt unter der Anlage die Kabelverluste minimal
gehalten (Vgl. Kapitel 4.2.5. Solarkabel).
Nachdem der Wechselrichter montiert worden war,
konnte über den Datenlogger und den Sicherungs-
kasten die Verbindung mit dem Stromkreislauf des
Hauses erfolgen. Der Datenlogger wurde neben
dem Sicherungskasten im Inneren des Hauses
befestigt. Da über das Display eine Echtzeit-
auslesung der Anlagendaten erfolgen sollte, musste
der Logger gut zugänglich sein. Zwischen Daten-
logger und Wechselrichter wurde ein wetterfestes
Wechselstromkabel verlegt. Da das Kabel unter
Putz geführt werden sollte, wurde mit einer Kabelfräse ein Kabelkanal in die Wand gefräst.
Es folgte die Verlegung des durch ein geeignetes Kabelrohr geschützten Kabels in den
Kabelkanal, was ein nachträgliches Austauschen der Kabel ermöglichen sollte. Anschließend
wurde die Wand wieder verputzt. Als nächstes erfolgte die Verbindung des Datenloggers
über den Sicherungskasten mit dem Hausnetz, wobei zur Absicherung des Hausnetzes in
den Sicherungskasten eine separate, standardmäßige 16A-Sicherung integriert wurde.
Alternativ hätte das AC-Kabel auch per Schutzkontaktstecker direkt in eine Steckdose
gesteckt werden können. Dies ist möglich, da in Deutschland zugelassene Wechselrichter
einen Abschaltmechanismus besitzen, der in Kraft tritt, sobald netzseitig kein Strom mehr
fließt (Vgl. Handbuch Wechselrichter im Anhang oder online). Die Gefahr eines
Stromschlags bei Ausstecken des
Schutzkontaktsteckers besteht
nicht. Allerdings kann es
theoretisch zur Überlastung der
Kabel kommen (Vgl. Kapitel 4.2.6
Sicherungen).
Schließlich konnten dann die
einzelnen Solarmodule für die
Montage vorbereitet werden, was
in erster Linie die Verkabelung
betraf. Jedes Modul wies zwei
Solarkabel auf, rot für positiv und Abbildung 16: Sicherung der montierenden Personen
Abbildung 15: Verputzen der Hauswand nach Installation des Kabelrohrs
14
schwarz für negativ. An den Kabelenden
wurden pro Modul ein positiver und ein
negativer Sunclix-Stecker angebracht. Bei
der Kabellänge war jeweils ein Spielraum
derart einzuberechnen, dass ein
problemloser Zusammenschluss der Module
im montierten Zustand unter der Anlage
möglich war. Aufgrund der Option alle
Module mit den Sunclix-Steckern
zusammenzustecken und wieder zu
trennen, vereinfachten sich die Montage auf dem Dach sowie der mögliche spätere
Austausch einzelner Module. Das letzte Modul in der Reihe musste an einer Seite ein
erheblich längeres Kabel mit einem wechselrichterkompatiblen H4-PV-Stecker statt eines
Sunclix-Steckers aufweisen, da es bei der Reihenschaltung vom Ende der Anlage ganz
zurück bis zum Wechselrichter reichte. Das erste Kabel in der Reihenschaltung benötigte
ebenfalls einen H4-PV-Anschluss, da es vom Wechselrichter zur Anlage führte. Die
Anbringung der Stecker an die losen Kabelenden musste besonders sorgfältig erfolgen,
damit sich im Betrieb an diesen kritischen Stellen keine Störungen wie beispielsweise
Wackelkontakte einstellen würden. Für die Montage der Module auf dem Dach wurde aus
Sicherheitsgründen eine komplette Verschattung mit Decken vorgenommen, was eine
Befestigung mit Tape an den Modulrahmen erforderte. Diese Maßnahme war deshalb
unbedingt notwendig, weil die Decken die Sonnenstrahlen von der Anlage fern hielten und
somit das Auftreten einer gefährlich hohen Leerlaufspannung verhinderten. Die Fixierung der
Module auf der Unterkonstruktion erfolgte über Modulklemmen, welche in die Rahmen der
Module eingehakt werden. Ein dauerhafter Halt wurde über den Anpressdruck durch die mit
den Schienen verbundenen Schraubverschlüsse aufgebaut. Nach der Montage jedes Moduls
war dieses direkt mit dem nächsten Modul zu verkabeln, da die Kabel nach der Montage
aller Module nicht mehr gut erreichbar sein würden. Waren die Kabel etwas zu lang, so
wurden sie mit wetterfesten Kabelbindern an der Unterkonstruktion befestigt, damit sie nicht
direkt auf dem Dach auflagen.
Wichtig war, den Stromkreis noch nicht
zu schließen, also den letzten Stecker
nicht an den Wechselrichter anzu-
schließen, denn vorher war ein
ausreichend belastbares Erdungskabel
mit Hilfe von wetterfesten, ein-
strangigen Kabel und zwei Kabel-
schuhen anzubringen. Die Erdung ver-
lief zwischen Unterkonstruktion und ge-
erdetem Metallgeländer der Terrasse.
Abbildung 18: Befestigung der Unterkonstruktion am Dach
Abbildung 17: Aluminiumschiene und Modulklemme
15
Erst nachdem die Erdung erfolgte und der Anschluss ans Hausnetz DIN-konform realisiert
und von einer qualifizierten Elektronikfachkraft überprüft und abge-nommen worden war,
konnten die Decken entfernt und die Anlage durch die Verbindung mit dem Wechselrichter in
Betrieb genommen werden.
Abbildung 19: Fertige Photovoltaikanlage
16
5. Finanzierung
Im folgenden Kapitel wird ein kurzer Überblick zur Finanzierung des Projektes gegeben. Der
Bau der PV-Anlage konnte durch verschiedene Mittel finanziert und umgesetzt werden. So
konnte mit einer finanziellen Unterstützung von Seiten des Hauprojektes i.H.v. 200 EUR
gerechnet werden. Ferner wurde zur finanziellen Absicherung ein internes Crowdfunding
durchgeführt. Im Rahmen dieser Aktion konnten ca. 250 EUR von Unterstützer*innen des
Projektes gesammelt werden. Zudem wurden diverse Anbieter*innen von Solaranlagen in
Berlin kontaktiert und nach einer Unterstützung in Form von Sachspenden gefragt. Im
Folgenden ist eine Übersicht der Komponenten dargestellt.
Komponenten Preis [€] Sponsor
Wechselrichter (INV350-90 PLC) 320 TU Berlin
3 Solarmodule (Kyocera KC 120-1; gebraucht) 300 Solarkonzept GmbH
Unterkonstruktion 200 Solarwerkstatt Berlin GmbH
DC- und AC-Kabel, Stecker 150 Hausprojekt
Datenlogger (AEDL-UH) 250 TU Berlin
Tabelle 2: Finanzielle Komponenten
Einen erheblichen Kostenfaktor stellten der Wechselrichter (320 EUR) sowie der
Datenlogger (250 EUR) dar. Aufgrund der technisch relevanten Bedeutung dieser
Komponenten wurden die Kosten in Höhe von insgesamt 570 EUR im vollen Umfang von der
TU Berlin übernommen. Im Rahmen des Sponsorings wurden dem Projekt drei gebrauchte
Solarmodule im Wert von ca. 300 EUR von der Solarkonzept GmbH kostenlos zur Verfügung
gestellt. Darüber hinaus wurde dem Projekt die Unterkonstruktion für die Module von der
Solarwerkstatt Berlin GmbH als Spende überlassen, wodurch erneut ca. 200 EUR gespart
werden konnten. Die Preise für die gebrauchten Komponenten wurden auf Grundlage von
Internetportalen ermittelt. Die übrigen Komponenten konnten für ca. 150 EUR über das
Crowdfunding und das Hausprojekt finanziert werden. Dabei handelte es sich im
Wesentlichen um die Dachhaken für die Unterkonstruktion sowie Kabel und
Steckverbindungen für die Solarmodule.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es durch die zahlreichen Spenden sowie der
Unterstützung durch die TU Berlin und dem Hausprojekt möglich war, die PV-Anlage mit
einem minimalen Kostenaufwand zu bauen und somit das Projekt erfolgreich zu realisieren.
Dafür möchten wir uns an dieser Stelle als Kurs bedanken.
17
6. Monitoring
Zur Datenaufzeichnung von momentaner Leistung und Energieausbeute der Anlage wurde
im Laufe des Projekts eine Monitoring Lösung erarbeitet. Hierbei stehen das Erkennen von
Ausfällen, die Visualisierung des erzielten Ertrags und eine Auswertung der monetären und
CO2-Einsparungen durch die Photovoltaikanlage im Mittelpunkt. Weiterhin soll die
Auswertung der Daten folgenden Projekten in diesem Themenbereich, sowie jeglichen
Interessenten, eine Quelle zur Einschätzung der Möglichkeiten einer PV-Kleinstanlage sein.
Durch das Monitoring wird sowohl den Betreiber*innen der Anlage als auch den
Energieseminarteilnehmer*innen eine einfache Anlagenüberwachung und Datenauswertung
ermöglicht.
6.1 Erzeugung / Messergebnisse
Zum Monitoring der PV-Anlage wurde der AEDL-UH Datenlogger der Firma AEConversion
verwendet, mit welchem die generierte Leistung dauerhaft aufgezeichnet wird. Die Daten der
Leistungsabgabe und Energieausbeute lassen sich über einen USB-Port abnehmen und
über die Software AESolar V1.5 auswerten. Alternativ hierzu ist auch eine Datenauswertung
über andere Software-Programme wie zum Beispiel Excel möglich. Stellt man die Leistung
und den Ertrag in einem Diagramm dar, ergibt sich typischerweise ein Verlauf der Ertrags-
und Leistungskurve ähnlich der Abbildung 20 (Die Daten wurden am 16.07.2014
aufgenommen).
Es lässt sich ein typischer Tagesverlauf der generierten Leistung und des Ertrags erkennen.
Mit dem Sonnenaufgang um ca. 5:30 Uhr lassen sich erste Messungen der PV-Leistung
erkennen. Diese steigen stark an und erreichen um ca. 13:00 Uhr ihre Maximalleistung bei
knapp über 200W. Daraufhin sinken die Leistungsmessungen wieder ab und verschwinden,
mit dem Sonnenuntergang um ca. 21:00 Uhr, letztlich komplett. Die Schwankungen in der
Leistung kommen dabei durch Verschattungen, welche beispielsweise durch vorbeiziehende
Wolken hervorgerufen werden.
Abbildung 20: Tagesverlauf von Leistung und Ertrag
18
Abbildung 21 zeigt den Verlauf der Leistung und des Ertrags über zwei komplette Wochen
vom 16.07.14 bis 31.07.14. Der typische Tagesverlauf mit einem Höhepunkt bei ca. 200 Watt
und einer gleichmäßig generierten Leistung von ca. 1000 Wattstunden pro Tag lässt sich
dabei bei allen 7 Tagen gut erkennen.
Abbildung 21: Verlauf von Leistung und Ertrag vom 16-07.14 – 31.07.14
6.2 Finanzielle und CO2-Einsparungen
Um die Einsparungen der Anlage, auf Basis der bis jetzt aufgezeichneten Daten, auf ein Jahr hochrechnen zu können, muss zunächst der Nutzungsgrad ermittelt werden.
Bei Photovoltaik Zellen muss zwischen dem Wirkungsgrad und dem Nutzungsgrad unterschieden werden. Der Wirkungsgrad ist dabei das Verhältnis der von der PV-Zelle erzeugten Leistung PElektrisch und der Leistung des einfallenden Lichts PLicht. Dieser errechnet
sich mit der Formel 𝜂 = 𝑃𝐸𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑖𝑠𝑐ℎ
𝑃𝐿𝑖𝑐ℎ𝑡 und wird vom Hersteller unter Laborbedingungen mit über
14% angegeben.
Der Nutzungsgrad gibt das Verhältnis der real erzeugten Energie Eerzeugt zur theoretisch maximal erzeugbaren Energie Etheoretisch an. Dieser errechnet sich durch die Formel 𝑁 =𝐸𝑒𝑟𝑧𝑒𝑢𝑔𝑡
𝐸𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ .
Im Vergleich zum Wirkungsgrad ist dieser keine Momentangröße sondern wird über einen bestimmten Zeitraum unter Berücksichtigung von Stillstandzeiten errechnet. Bei PV-Anlagen spielen ebenfalls Faktoren wie die Temperatur und Windgeschwindigkeit eine Rolle. (http://nuklearia.de/2012/07/31/nutzungsgrad-wirkungsgrad-volllaststunden/ ; 11.09.2014)
6.3 Berechnung des Nutzungsgrades
Die real erzeugte Energie EErzeugt der PV-Anlage summiert sich in der zweiten Hälfte des Juli
(16.07.-31.07.14) zu 𝐸𝐸𝑟𝑧𝑒𝑢𝑔𝑡 = 16 𝑘𝑊ℎ siehe Abb. 16).
Die theoretisch erzeugbare Energie wurde für den kompletten Monat Juli bei 176 𝑘𝑊ℎ
𝑚²gemessen. (Vgl. http://www.solarserver.de/service-tools/strahlungsdaten/deutschland/juli-
2014.html ; 11.08.2014)
19
Unsere installierte PV-Anlage besteht aus 3 Modulen mit jeweils 36 Zellen. Jede Zelle hat dabei die Maße 15cm * 15,5 cm. Die gesamte Absorptionsfläche AAbsorption unserer Anlage errechnet sich somit zu:
3 𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒 ∗ 36 𝑍𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛 ∗ 15𝑐𝑚 ∗ 15,5𝑐𝑚 = 2,511𝑚2 = 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛
Mit der Annahme, dass die Sonneneinstrahlung konstant über den Monat verteilt war, errechnet sich der theoretisch erzeugbare Energiebetrag zu:
𝐸𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ = 176𝑘𝑊ℎ
𝑚² ∗ 2,511𝑚2 ∗
16
31= 228,1 𝑘𝑊ℎ
Unter Anwendung der Formel für den Nutzungsgrad errechnet sich dieser zu:
𝑁 = 16 𝑘𝑊ℎ
228,1 𝑘𝑊ℎ= 7,02 %
6.4 Jährlich erzeugte Energie
Mit einer Sonneneinstrahlung von 1055 𝑘𝑊ℎ
𝑚²∗𝐽𝑎ℎ𝑟(Vgl. Photon 3/2013) und der Annahme, dass
der Nutzungsgrad über ein Jahr konstant bleibt errechnet sich damit eine jährliche Gesamt-Stromerzeugung EGesamt der PV-Anlage von
𝐸𝐺𝑒𝑠𝑎𝑚𝑡 = 1055𝑘𝑊ℎ
𝑚²∗𝐽𝑎ℎ𝑟 ∗ 2,511𝑚2 ∗ 0,0702 = 186
𝑘𝑊ℎ
𝐽𝑎ℎ𝑟 .
6.5 Monetäre Einsparung
Laut europäischem Amt für Statistik (Eurostat) beträgt der durchschnittliche Strompreis für
Privatverbraucher in Deutschland 26,4 € 𝐶𝑒𝑛𝑡
𝑘𝑊ℎ. Damit errechnet sich eine monetäre
Einsparung von
26,4€ 𝐶𝑒𝑛𝑡
𝑘𝑊ℎ ∗ 186
𝑘𝑊ℎ
𝐽𝑎ℎ𝑟= 49,10
€
𝐽𝑎ℎ𝑟
6.6 CO2-Einsparung
Nach eigenen Berechnungen auf Datengrundlage der Datenbank Statistik (2014) und BWK
Bd. 59 (2007) Nr. 10, haben PV-Anlagen eine CO2 Einsparung von 413,79 𝑔
𝑘𝑊ℎ (die
Berechnungen sind in Anhang 1 aufgeführt).
Somit errechnet sich eine jährliche CO2 Einsparung von
413,79𝑔
𝑘𝑊ℎ ∗ 186
𝑘𝑊ℎ
𝐽𝑎ℎ𝑟= 76,96
𝑘𝑔
𝐽𝑎ℎ𝑟
20
7. Fazit und Ausblick
Das zu Beginn formulierte Ziel wurde erreicht: die Mini-PV-Anlage steht und produziert Strom
für ein Hausprojekt in Neukölln. Während zu Anfang des Projektes viel Zeit für ein
gegenseitiges Kennenlernen und das Angleichen des Wissensstands der Teilnehmenden
investiert wurde, pochten einige darauf, dass man doch endlich mal vorankommen müsse.
Als dann die einzelnen Arbeitsgruppen ihre Arbeit aufnahmen, wurde klar, dass noch ein
gutes Stück Arbeit zu bewältigen war. Das Thema der Sicherheitsbestimmungen und
rechtlichen Rahmenbedingungen hat alle erstmal etwas abgeschreckt, doch die intensive
Auseinandersetzung mit dem Thema sowie eine Anpassung des technischen Konzepts
brachte die Motivation zurück.
Das Thema Finanzierung der Anlagenkomponenten war zunächst eher unbeliebt, doch
durch das großes Engagement der Teilnehmenden sprangen glücklicherweise die TU und
einige PV-Installateure als Sponsoren ein, die die wichtigsten Anlagenkomponenten
finanzierten. Bereits im Besitz des Energieseminars befindliche PV-Module konnten aufgrund
der technischen Inkompatibilität zu den am Markt verfügbaren Wechselrichtern nicht
verwendet werden. Trotz der vielseitigen Anforderungen an die Auslegung der Anlage
konnte die sie durch gute Organisation innerhalb von nur zwei Tagen installiert werden. Der
elektrische Anschluss ans Hausnetz wurde entsprechend der Empfehlung des VDE
(Verband der Elektrotechnik und Elektronik) von einem Elektriker übernommen (vgl. VDE
2013), was einen höheren Sicherheitsstandard gewährleistet. Am 08.07.2014 kam dann die
Erfolgsmeldung: Die Anlage läuft und produziert Strom. Alle waren froh und erstaunt, dass
es am Ende doch so schnell ging. Die ganze Mühe, einen Ort, ein Anlagenkonzept und die
Komponenten zu finden, war schnell vergessen.
Und wie geht es jetzt weiter? Welche Konsequenzen hätte es eigentlich, wenn sich derartige
Mini-PV-Anlagen weiter verbreiten, wenn also alle Menschen in Berlin oder Deutschland ein
paar Module auf ihrem Dach, am Balkon, auf der Garage, am Gartenhaus oder auf Fabriken
und Geschäften installieren und sich damit teilweise selbst versorgen, ohne dies bei der
Netzbetreiber*in zu melden? Die Antwort darauf ist auch unter Expert*innen umstritten und
umfasst neben politischen auch technische Aspekte, wie im Folgenden erläutert werden soll.
Mini-PV-Anlagen haben laut Professor Quaschning (Hochschule für Technik und Wirtschaft
(HTW) Berlin, Professor im Studiengang Regenerative Energiesysteme) eine enorme
Symbolkraft für eine transparente und demokratische Energiewende, bei der jede und jeder
mitmachen könne (Vgl. Quaschning, 2013). Selbst das Europäische Parlament bekräftigt,
„dass Stromerzeugung in kleinstem Maßstab künftig von wesentlicher Bedeutung für die
Stromerzeugung sein wird“ (EU, 2013: S. 3). Herr Professor Engel (Technische Universität
Braunschweig, Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen) gibt
jedoch zu bedenken, dass eine massive, unkontrollierte Verbreitung der Mini-PV-Anlagen zu
erheblichen Problemen in der Stabilität des Stromnetzes führen kann, da sich diese Anlagen
nicht an der Frequenz- und Spannungsregelung beteiligen würden und die
Netzbetreiber*innen keinen Zugriff auf die Anlagen hätten (Vgl. Quaschning, 2013). Auch in
den betreffenden Berufsverbänden zeigt sich große Unsicherheit, wie mit dem Thema
21
umgegangen werden soll: Der Verband der Elektrotechnik VDE empfiehlt, dass eine
Installation nur durch qualifizierte Installateur*innen und keine Eigeninstallation
vorgenommen werden soll (VDE 2013). Der Zentralverband der Deutschen Elektro- und
Informationstechnischen Handwerke ZVEH rät jedoch seinen Betrieben davon ab, solche
Anlagen zu installieren bzw. Aufträge dazu anzunehmen (Vgl. DGS 2013 sowie Welt 2013).
Die Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.V. DGS hat darauf mit einem offenen Brief
reagiert, in dem sie die Verbände VDE, DKE und ZVEH aufruft, die „rechtlichen Grauzonen
umgehend zu beseitigen“ (DGS 2013), sodass zukünftig Haushalte PV-Kleinstanlagen auf
der Basis eindeutiger Richtlinien sicher nutzen können. Auch Quaschning fordert eine
Anpassung der Gesetze und Normen, sodass Mini-PV-Anlagen legal und sicher installiert
werden können, da sie die demokratischste Energieform sei. Solange die rechtliche
Unsicherheit aber noch bestehen bleibt, sei PV-Guerilla der richtige Weg des Widerstands
gegen die aktuelle Energiepolitik der Bundesregierung und die Interessen der
Energiekonzerne (Vgl. Quaschning 2013).
Die Teilnehmenden dieses PV-Projektes waren sich am Ende einig, dass die Errichtung
einer eigenen PV-Anlage nicht nur einen großen Lerneffekt hatte, sondern das „Ernten“ von
quasi selbst erzeugtem Solarstrom auch Sinn und Spaß macht.
22
Quellenverzeichnis Conrad 2014, Conrad (Hrsg.): Suchergebnisse für „Solarkabel“. URL: http://www.conrad.de/ce/ de/Search.html?search=solarkabel, letzter Zugriff am 09.08.2014 DGS 2013: Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.V.: Offener Brief an die Verbände VDE, DKE und ZVEH; 08.11.2013; Internetquelle: http://www.dgs.de/index.2922.0.html (zuletzt eingesehen am 02.08.2014) DIN VDE 0100-550:1988-04: Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V – Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel Steckvorrichtungen, Schalter und Installationsgeräte DIN VDE 0100-551:2011-06: Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 5-55: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Andere Betriebsmittel – Abschnitt 551: Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen (IEC 60364-5-55:2001/A2:2008 (Abschnitt 551)); Deutsche Übernahme HD 60364-5-551:2010 + Cor.:2010 http://nuklearia.de/2012/07/31/nutzungsgrad-wirkungsgrad-volllaststunden/ Letzter Zugriff: 11.09.2014 http://www.din.de/cmd?level=tplunterrubrik&menuid=47421&cmsareaid=47421&menurubricid=47429&cmsrubid=47429&menusubrubid=47433&cmssubrubid=47433 Letzter Zugriff: 29.07.2014 Energieseminar (Hrsg.) (2014): Energieseminar – Geschichte. Online unter http://www.energieseminar.de/energieseminar/geschichte Letzter Zugriff: 01.08.2014 https://www.minijoule.com/; letzter Zugriff: 10.09.2014 http://www.solarserver.de/service-tools/strahlungsdaten/deutschland/juli-2014.html Letzter Zugriff: 11.08.2014 http://www.suninvention.com/; letzter Zugriff: 10.09.2014 EU 2013: Europäisches Parlament: Entschließung des Europäischen Parlaments zur Strom- und Wärmeerzeugung in kleinem und kleinstem Maßstab; Plenarsitzungsdokument vom 22.04.2013, B7-0000/2013; Internetquelle: http://www.europarl.europa.eu/meetdocs/2009_2014/documents/itre/re/934/934458/934458de.pdf (zuletzt eingesehen am 02.08.2014 Gesetz über die Elektrizitäts- und Gasversorgung (Energiewirtschaftsgesetz – EnWG); Bundesgesetz der Bundesrepublik Deutschland, letzte Neufassung vom 07.07.2005, Fundstelle (Gesetzblatt): BGBl. I S. 1970, ber. S. 3621 Kondziella, Hendrik; Brod, Kristina; Bruckner, Thomas; Olbert, Sebastian; Mes, Florian (2013): Stromspeicher für die „Energiewende“ – eine akteursbasierte Analyse der zusätzlichen Speicherkosten. In: Zeitschrift für Energiewirtschaft 2013, Vol. 37 (4), S. 249-260. Lödl, Martin; Kerber, Georg; Witzmann, Rolf; Hoffmann, Clemens; Metzger, Michael (2010): Abschätzung des Photovoltaik-Potentials auf Dachflächen in Deutschland
23
Normen der Reihe DIN VDE 0100 (VDE 0100); Bbl 5 1995-11 DIN VDE 0100: Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V – Maximal zulässige Längen von Kabeln und Leitungen unter Berücksichtigung des Schutzes bei indirektem Berühren, des Schutzes bei Kurzschluss und des Spannungsfalls Strafgesetzbuch (StGB); Bundesgesetz der Bundesrepublik Deutschland, letzte Neufassung vom 13.11.1998, Fundstelle (Gesetzblatt): BGBl. I S. 3322 1) Stromnetzzugangsverordnung (StromNZV); Verordnung der Bundesrepublik Deutschland, letzte Neufassung vom 25. 07 2005, Fundstelle (Gesetzblatt): BGBl. I S. 2243 Quaschning, Volker (2013): Regenerative Energiesysteme. 8. Auflage, Hanser Verlag München Quaschning 2013: Prof. Volker Quaschning: Streitgespräch: Ein bisschen Guerilla ist gut; erschienen in PV Magazin 2/2013; Internetquelle: http://www.volker-quaschning.de/interviews/2013/2013-09_pv-magazine/index.php (zuletzt eingesehen am 02.08.2014) VDE-AR-N 4105:2011-08 - Technische Anschlussbedingungen: Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, Technische Mindestanforderungen für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz VDE 2013: Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.: VDE warnt vor Photovoltaik-Anlagen mit Steckern; Pressemitteilung vom 23.04.2013, Internetquelle: http://www.vde.com/de/Verband/Pressecenter/Pressemeldungen/Fach-und-Wirtschaftspresse/2013/Seiten/39-2013.aspx (zuletzt eingesehen am 02.08.2014) Verordnung über Allgemeine Bedingungen für den Netzanschluss und dessen Nutzung für die Elektrizitätsversorgung in Niederspannung (Niederspannungsanschlussverordnung - NAV); Verordnung der Bundesrepublik Deutschland, letzte Fassung vom 01.11.2006, Fundstelle (Gesetzblatt): BGBl. I S. 2477 Verordnung zur Gewährleistung der technischen Sicherheit und Systemstabilität des Elektrizitätsversorgungsnetzes (Systemstabilitätsverordnung - SysStabV); Bundesgesetz der Bundesrepublik Deutschland, letzte Neufassung vom 20.07.2012, Fundstelle (Gesetzblatt): BGBl. I 2012, S. 1635 Welt 2013: Eva Neumann: Das eigene Mini-Solarkraftwerk kann tödlich sein; Artikel in der Zeitung Welt vom 18.06.2013; Internetquelle: http://www.welt.de/wissenschaft/article117224154/Das-eigene-Mini-Solarkraftwerk- Wirth, Harry (2014): Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland. Fassung vom 28.07.2014, Fraunhofer ISE www.go-green-solutions.de/; letzter Zugriff:10.09.2014 www.solar-pac.de/; letzter Zugriff: 10.09.2014
24
Anhang
Durchschnittliche CO2-Belastung [g/kWh]
• Die Daten wurden in 41 Studien zwischen 1996-2007 erhoben.
• Hohe Streuung bei Photovoltaik, auf Grund unterschiedlicher Rechenarten. (33 – 306 g/kWh)
Meistens Werte zwischen 50-60 g/kWh
CO2 Belastung eines durchschnittlichen Stromerzeugers
CO2 – zur Generierung einer kWh Strom von Vattenfall:
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Ergaskraftwerke
Steinkohle
Braunkohle
Nuklearenergie
Windenergie (onshore)
Wasserkraftwerk
multikristalline Solarzelle
25
0,3148 ∗ 1082,2 + 0,2856 ∗ 29,42 … . 0,0022 ∗ 776 = 473,79𝑔
𝑘𝑊ℎ
CO2 Einsparungen durch PV-Zellen:
473,79𝑔
𝑘𝑊ℎ− 60
𝑔
𝑘𝑊ℎ= 413,79 𝑔/𝑘𝑊ℎ