Photovoltaik einfach erklärt
Wusstest du, dass wir oft Solar sagen und Photovoltaik meinen? Der Begriff Solar bedeutet wörtlich genommen nämlich nur “die Sonne betreffend”, definiert aber nicht, was wir mit der Sonnenkraft anstellen. Die Sonnenenergie können wir für zwei Endprodukte nutzen: Strom und Wärme. Strom gewinnen Solarzellen bzw. Solarmodule dank Photovoltaikanlagen. Warmwasser gewinnst du mit Hilfe von Solarkollektoren über Solarthermie. Wir schauen uns heute die Begriffe und Kenngrößen rund um Photovoltaik einmal genauer an und erklären dir alles, was du wissen musst, schnell und kompetent in einem Beitrag.
Tipp: Ausführliche Beiträge zu einzelnen Begriffen, den verschiedenen Anlageformen sowie Kennwerten findest du bereits bei Dein Solarspeicher Blog. Damit du nicht erst suchen musst, haben wir dir entsprechende Beiträge direkt markiert und verlinkt.
Aufbau einer Solaranlage einfach erklärt
Eine Solaranlage bzw. Photovoltaikanlage besteht im wesentlichen aus Solarzellen auf Solarmodulen, einem Wechselrichter, einem Smart Meter und natürlich der ganzen Verkabelung sowie dem Unterbau auf dem Dach, der Fassade oder auf freier Fläche.
Die Solarzellen wandeln Sonnenlicht in Strom um und befinden sich in einer Vielzahl auf den Solarmodulen. Die Solarmodule oder auch Solarpanels genannt, sind am Unterbau meist auf Dächern und Fassaden oder bei großen Solarparks auf Freiflächen angebracht.
Der erzeugte Strom ist erst durch die Umwandlung in haushaltsüblichen Strom für dich richtig nutzbar. Dafür ist der Wechselrichter verantwortlich, der deshalb oft als Herzstück der Photovoltaikanlage betitelt wird. Der Stromzähler (Energy Meter) deiner Solaranlage misst, wie viel Solarstrom du produzierst, wie viel davon genutzt oder eingespeist wird und wie viel Strom du aus dem Netz zusätzlich benötigst.
Hast du ein Home Energy Management System (HEMS), erhält dieses Daten von deinem Energy Meter bzw. Stromzähler. So kann dein Stromverhalten sowie die Verbraucher optimal und energieeffizient an die leistungsstarken Zeiten deiner PV-Anlage angepasst werden. Außerdem lassen sich über ein HEMS defekte Verbraucher bis Energiefresser identifizieren und die Handhabung mit einem Solarspeicher wird noch einfacher.
Unterscheidung in On Grid und Off Grid (Inselanlage)
Eine Möglichkeit Photovoltaikanlagen zu klassifizieren, funktioniert über den Status zum öffentlichen Netz. Ist die PV-Anlage mit dem Netz verbunden, sprechen wir von On-Grid, also netzgekoppelten, Systemen. Diese können überschüssigen Solarstrom einspeisen und Energie aus dem Stromnetz beziehen. Dazu gehören i.d.R. die meisten PV-Anlagen, wie auch Balkonkraftwerke. Wenn keine Verbindung zwischen dem Netz und einer Solaranlage besteht, handelt es sich um netzentkoppelte bzw. Off Grid Systeme. Solche Photovoltaikanlagen funktionieren vollkommen autark und können weder Netzstrom beziehen noch Solarstrom einspeisen. Das ist bei Inselanlagen der Fall.
Solarspeicher bis Stromspeicher und Akku
Die Photovoltaikanlage ist der optimale Schritt, um die Energieversorgung mehr in die eigene Hand zu nehmen. Du sparst Stromkosten, erhältst eine kleine Vergütung für eingespeisten Strom und tust der Umwelt etwas Gutes. Noch effizienter und kostengünstiger für dich wird es mit einem Solarspeicher.
Ein Solarspeicher, Batteriespeicher oder Solar Akku ist die Möglichkeit, um von deiner Solaranlage produzierten Strom für eine spätere Nutzung zu speichern. Dadurch kannst du mehr gewonnenen Solarstrom selbst nutzen und musst weniger Netzstrom dazu kaufen. Die Folge: Deine Stromkosten sinken, weil sich dein Eigenbedarf erhöht. Außerdem wird deine Solaranlage effizienter und du hast einen Puffer bei einem anhaltenden Stromausfall.
Individuelle Solarspeicher nachrüsten
Der Photovoltaik Neigungswinkel
Wer eine Photovoltaikanlage auf dem Dach anbringen will, wird schnell mit dem Begriff der Dachneigung konfrontiert. Das meint den Grad der Neigung einer Dachfläche, die bei einem Satteldach im Durchschnitt ungefähr bei 38 bis 45 Grad liegt. Je nach Dachneigung wird der Neigungswinkel der Solarmodule angepasst, um den bestmöglichen Ertrag liefern zu können.
Entscheidend hierfür ist auch die Ausrichtung des Daches bzw. Hauses zur Sonne. Eine Ausrichtung nach Süden, Osten und Westen liefert super Erträge. Die Ausrichtung nach Norden solltest du aufgrund von wenig direkter Sonneneinstrahlung lieber vermeiden.
Durchschnittliche Eigenverbrauch aus einer PV-Anlage
Wenn du mit dem Gedanken spielst, eine PV-Anlage zu installieren oder mit einem individuellen Solarspeicher nachzurüsten, wirst du schnell mit der Frage nach dem gewünschten Eigenverbrauch konfrontiert. Der Eigenverbrauch oder auch Eigenbedarf gibt an, wie viel deines produzierten Solarstroms du selbst nutzen willst. Je höher dein Eigenverbrauch bei Solaranlagen ist, desto mehr Kilowattstunden deines Stromverbrauchs kannst du aus eigener Produktion decken und damit effektiv Energiekosten sparen. Um dein Maximum Eigenverbrauch zu erreichen, muss entweder dein Direktverbrauch besonders hoch sein oder du benötigst einen Solarspeicher, um gewonnenen Solarstrom später nutzen zu können.
Gut zu wissen: Direktverbrauch meint den gewonnenen Solarstrom, den du direkt nach Produktion über Verbraucher verwendest. Überschussstrom ist Solarstrom, der darüber hinaus vorhanden ist und gerade vom Haushalt nicht benötigt wird. Diesen kannst du entweder einspeisen oder clever sein und für einen späteren Zeitpunkt in einem Solarspeicher sichern. Durchschnittlich liegt der Eigenverbrauch ohne Akku um die 35% und mit Solarspeicher bis zu 85%!
Einspeisung Solarstrom - Lohnt sich das noch?
Ist von der Einspeisung die Rede, geht es darum, privat oder gewerblich produzierten Solarstrom ins öffentliche Netz einzubringen. Dafür gibt es je nach Installationszeitpunkt der Photovoltaikanlage und Größenordnung eine entsprechende Vergütung. Bei einigen Systemen kann die eingespeiste Strommenge auch mit dem bezogenen Netzstrom verrechnet werden, sodass du zwar keine Vergütung erhältst, dafür deine Stromkosten aber auch geringer ausfallen. Bei neueren Anlagen ist es in der Regel cleverer, weniger Strom einzuspeisen und dafür mehr Solarstrom über einen Solarspeicher selbst zu nutzen. Das liegt an der niedrigen Vergütung und den vergleichsweise hohen Stromkosten.
Nulleinspeisung und Volleinspeisung
Abhängig von der eingespeisten Menge an Strom kann in Nulleinspeisung, Teileinspeisung oder Volleinspeisung unterschieden werden. Bei einer Volleinspeisung wird die gesamte Menge an gewonnenem Solarstrom dem Netz zugeführt. Das ist zum Beispiel bei gewerblich genutzten PV-Anlagen der Fall. Die Nulleinspeisung ist das genaue Gegenteil, denn hier wird keine einzige Kilowattstunde Solarstrom ins Netz gespeist, sondern alles direkt verbraucht oder in einem Solarspeicher gespeichert. Das ist bei Inselanlagen der Fall. Die meisten Besitzer einer Photovoltaikanlage profitieren von der Teileinspeisung. Hier wird optimiert an den Bedarf Direktstrom sofort verbraucht, dann der Solarspeicher geladen und nur danach noch übriger Solarstrom eingespeist. Das hat den Vorteil, dass du so viel wie möglich an Solarstrom selbst nutzen kannst.
Anmelden deiner Solaranlage
Je nach Bauvorhaben können Behörden rundum Bauaufsicht und Baugenehmigung, das Denkmalschutzamt oder generell die Gemeinde eine Rolle spielen. In jedem Fall wichtig ist die Bundesnetzagentur und der jeweilige öffentliche Netzanbieter. Beide müssen über die Installation einer Solaranlage informiert werden, vor allem wenn es sich um eine On Grid Anlage handelt. Bei netzentkoppelten PV-Anlagen gelten andere Richtlinien. Über diese Daten wird übrigens auch die Erhebung durchgeführt, sodass der jährliche Zuwachs an Zubauten gemessen werden kann. Sicher bekannt sind das Erneuerbare-Energien-Gesetz und das neue Solarpaket 1. Näheres dazu liest du ausführlich in den zwei verlinkten Beiträgen nach.
Solarpaket 1
Nutzt du den Solarstrom nur für dich und deinen Haushalt, dann hast du für den Eigenverbrauch bzw. Eigenbedarf keine Beschränkung in Deutschland.
Wie viel Leistung eine Photovoltaik Anlage haben sollte, hängt vom individuellen Strombedarf und den Faktoren, wie Standort oder Kosten ab. Üblich sind Solaranlagen zwischen 5 bis 10 kWp.
Der Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik ist das Endprodukt. Solarthermie gewinnt über Solarkollektoren Wärme, während bei Photovoltaik durch Solarmodule Strom produziert wird.
Sobald eine Solaranlage mit dem Stromnetz verbunden ist, muss sie beim Marktstammregister der Bundesnetzagentur (BnetzA) gemeldet werden.
Eine Solaranlage hält je nach Herstellerangaben mind. 15 Jahre bis ca. 25 Jahre. Über die Herstellerangaben hinaus funktioniert die Solaranlage weiter, aber es ist mit einem Abfall der Leistung zu rechnen.
Photovoltaik Kennwerte und Kenngrößen
Nachdem du jetzt einen kurzen Überblick über wichtige Begriffe erhalten hast, erklären wir dir jetzt noch einige Kennwerte und Kenngrößen, die dir im Zusammenhang mit Solaranlagen und Solarspeichern begegnen werden. Photovoltaik einfach erklärt geht auch bei Kennwerten!
Photovoltaik Leistung
Je nachdem welche Solarmodule du wählst und wie groß deine PV-Anlage ist, erhältst du eine unterschiedliche Leistung. Unterschieden wird hier in Nennleistung und Spitzenleistung, die beide vom Hersteller angegeben werden. Gemessen wird in kWh und die Maximalleistung in kWp. Die tatsächlichen Peak-Werte werden bei dir zuhause mithilfe von Maximum Power Point Tracker (MPPT) gemessen und überwacht, um eine Höchstleistung möglich konstant aufrecht zu erhalten.
Kilowattstunden bis Kilowatt Peak (kWp)
In sogenannten Watt wird die elektrische Leistung, also Elektrostrom, gemessen. Je höher die Wattzahl eines Gerätes ist, desto mehr Strom wird auch verbraucht. 1 Kilowatt (kurz kW) sind dabei 1000 Watt. Die Maßeinheit für die elektrische Energie ist die Kilowattstunde (kWh). Diese gibt an, wie viel Kilowatt in einer Stunde erzeugt oder verbraucht wird. Mit einer kWh kannst du durchschnittlich 1 Stunde TV Serien streamen oder 1 volle Maschine Wäsche waschen. Ein besonderer Wert ist das Kilowatt-Peak oder kurz kWp. Bei Photovoltaikanlagen ist es das Maß für elektrische Leistung und gibt an, wie viel kW Solarstrom eine Solaranlage erreichen kann. Hierbei geht es nicht um eine durchschnittliche Leistung, sondern um die Maximal- oder Höchstleistung (= Peak).
Wirkungsgrad von Solarzellen und Solarspeichern
Je mehr Sonnenstrahlen durch die Solarzelle in Strom umgewandelt werden können, desto höher ist der Wirkungsgrad der Solarmodule. Je nach Modulart fällt der dieser niedriger oder höher aus. Bei optimalen Bedingungen bedeutet 10% Wirkungsgrad auf einen Quadratmeter 100 Watt Solarstrom. Damit die Verbraucher mit Solarenergie betrieben werden können, muss ein hybrider Inverter oder mehrere Wechselrichter den Gleichstrom vom Dach in haushaltsüblichen Wechselstrom umwandeln. Die minimalen Verluste, die bei der Umwandlung entstehen, heißen Wandlungsverluste und werden in Prozent angegeben. Die Wandlungsverluste bestimmen zudem den Wirkungsgrad eines PV Speichers mit und beschreiben, wie viel gespeicherte Energie tatsächlich mit der Batterie genutzt werden kann. Unterschieden wird hierbei noch im Batteriewirkungsgrad (Verluste der Batterie) und Systemwirkungsgrad (Verluste im gesamten Speichersystem).
Was bedeutet Performance Ratio?
Wie viel Stromleistung die Sonnenenergie hervorruft, ist unter Standardbedingungen (standardisierte Testbedingungen) deutlich besser als in der Praxis. Das liegt an Wandlungsverlusten, Verschattung oder Temperaturschwankungen der Solarzellen. Mit Hilfe einer Formel kann die Differenz zwischen idealem Stromgewinn ohne Verluste und dem tatsächlichen Stromgewinn mit Verlusten unter gleichen Bedingungen wie Auslegung, Nennleistung und Standort ermittelt werden. Je niedriger die Abweichung, desto weniger Solarenergie geht verloren und umso effizienter arbeitet die Solaranlage.
Welcher Kapazität ist für Solarspeicher sinnvoll?
Die vom Hersteller vorgegebenen Grenzen zur Beladung und Entladung des Solarspeichers minimieren die Kapazität des Akkus, um ein paar Prozent. Deshalb unterscheiden wir die mögliche Speicherkapazität und die tatsächliche Nutzkapazität (Angaben in kWh). Letztere ergibt sich aus 100% Speicherkapazität abzüglich der Entladetiefe und verrät, wie viel Kapazität tatsächlich zur Verfügung steht. Würde der Solarspeicher stets vollständig be- und entladen werden, würde es die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit des Akkus schnell beschädigen. Um den Solarspeicher zu schonen, wird die Batterie nie vollständig beladen. Je nach Solarbatterie Typ wird die Beladungsgrenze, um Strom zu speichern, und die Entladetiefe (kurz dod = engl. depth of discharge) definiert. Diese Information findest du in den Produkteigenschaften.
Amortisation: Wann rentiert sich eine Photovoltaik-Anlage?
Einfach gesagt, meint Amortisation den Moment, ab wann deine Photovoltaikanlage nur noch für dich arbeitet. Das bedeutet, die Investitionskosten der Anschaffung und Installation sind mit der Stromkostenersparnis und dem Gewinn durch die Einspeisevergütung gedeckt. Je nachdem wie groß die Solaranlage ist, wie hoch dein Eigenverbrauch ist und welche Vergütung du für die eingespeisten Kilowattstunden erhältst, fällt die Amortisationszeit aus. Bei Anlagen ab ca. 8 kWp rentiert sich eine Solaranlage nach etwa 9 bis 10 Jahren. Ein Solarspeicher erhöht die Amortisation, aber die hast langfristig auch die höhere Stromkostenersparnis. Gern kannst du dich dazu von unseren Solarspeicher PROfis beraten lassen.
Lebenszeit Photovoltaikanlagen und Solarspeichern
Ob Solarmodule, die verbundenen Geräte oder der Solarspeicher – alles hat eine gewisse Haltbarkeit. Bei Solarmodulen liegt die Lebensdauer vom Hersteller meist zwischen 15 bis 25 Jahre, während ein Solarspeicher je nach Standort und Variante zwischen 10 bis 20 Jahre störfrei Strom speichern kann. Aber Achtung: Diese Angaben bedeuten nicht, dass die Solarmodule oder ein Batteriespeicher danach unbrauchbar sind. Die Lebensdauer meint die Zeit, für die ein Hersteller einen gewissen Prozentsatz an Leistung garantiert. Nach dieser angegebenen Zeit dürfen die entsprechenden Komponenten einer PV-Anlage auch unter diese Leistungsgrenzen fallen, obwohl sie weiterhin Solarstrom gewinnen bzw. für deine Energieversorgung speichern. Diesen Vorgang des Leistungsfalls nennt man auch Degradation.
Jetzt kennst du wichtige Begriffe und Größen rundum Solarenergie, Solaranlagen und Solarspeicher. Natürlich gibt es noch eine ganze Menge mehr, die dir im Zusammenhang mit Solar und Photovoltaik unterkommen können. Um deine Stromversorgung aus eigener Hand stets so effizient wie möglich zu halten, musst du nicht zum PROfi werden, aber es lohnt sich, grundlegende Funktionen zu verstehen und so eventuelle Fehler oder Abweichungen direkt zu erkennen. Mehr zur Funktion und zum Aufbau von Photovoltaikanlagen haben wir in diesem Beitrag für dich zusammengefasst.
Maria
Autorin bei Dein Solarspeicher Blog.
