Photovoltaik

Photovoltaik (PV Anlage) (Langtext siehe „Sanierung im Mietwohnungsbau Verlag Beuth 2011)

In der Folge wird versucht, die Technik mit den Vor- und Nachteilen so zu beschreiben, dass der Einsatz am eigenen Objekt zumindest beurteilt werden kann.

Der Einsatz an der Fassade ist zwar technisch möglich. Die freien Fassadenflächen sind jedoch gering, Süd-, Südwest- und Südostfassaden werden meist für die Wohnräume genutzt.

Der Einsatz von Photovoltaikanlagen ist eine weitere Möglichkeit die Rendite seines Grundstückes zu erhöhen und der Umwelt etwas zugute kommen zu lassen. Die Produktion von Elektrizität durch Solarmodule, hat nämlich einen geringeren CO2 Ausstoß als das erzeugen durch die herkömmlichen Kraftwerke. Der Mieter hat keinen Vorteil davon, sieht man davon ab, dass er seinen Freunden und Bekannten von seinem innovativen Vermieter vorschwärmt. Trotzdem sollte sie hier mit besprochen werden,

Der Staat garantiert die Abnahme des erzeugten Stroms durch das örtliche Energieversorgungsunternehmen (EVU) und honoriert das Einspeisen mit einem €- Cent Betrag je eingespeiste Kilowattstunde. Die Beträge, ihre Grenzen bezogen auf die Größe der eigenen Anlage, ihre Abhängigkeit zum gesamten Aufkommen von Photovoltaikanlagen in der Bundesrepublik sind im „Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien“ beginnend mit 2009 festgelegt, ebenso das prozentuale jährliche Absinken des Förderbetrags. Um die Förderung zu erhalten muss die PV Anlage bei der Bundesnetzagentur gemeldet werden. De Förderung wird für 20 Jahre gezahlt.

Da dieser Betrag weit über dem (derzeitigen) Marktpreis liegt und gesetzlich garantiert ist, bedeutet dies, dass die Stromversorger ihre Anteile auf den Preis je kWh aufschlagen und der Steuerzahler in der Zukunft dafür gerade steht, zusätzlich zu den Zinsen für andere Schulden.

Die PV Anlage ist eine Kapitalsanlage, sie setzt das Eigentum am Gebäude für die Dauer der Förderung voraus.

Zuerst die Grundlagen und die einzelnen Bestandteile..

Die Photovoltaikanlage besteht aus wenigen Teilen. Da sind hauptsächlich die Module, welche das Tageslicht durch Siliziumzellen in elektrische Energie in Form von Gleichstrom umsetzen. Sie werden mit Gestellen aus Metall auf dem Dach aufgeständert.

Die Module sind untereinander durch Kabel verbunden, welche den Gleichstrom zum Wechselrichter leiten. Dort wird er in Wechselstrom umgewandelt und danach in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Ein weiterer Bestandteil ist der Blitzschutz, den die PV Anlage benötigen kann.

Leistung der Anlage
Die theoretisch maximale – also unter Laborbedíngungen – erzielbare Leistung eines Moduls wird in Wattpeak (Wp) ausgedrückt. Da die auf dem Markt befindlichen Module unterschiedlich groß sind und die Handelsbezeichnung meist die maximale Leistung des Moduls beinhaltet, erhält man zum Vergleich mit Produkten anderen Hersteller die Flächenleistung durch folgenden Vorgang:
Modulleistung geteilt durch Modulfläche ergibt  die Leistung in Wp je m². Sie liegt (Stand 2009) bei etwa 140 Wp / m². Wobei dieser Wert einen Spitzenwert darstellt, welcher im Laufe der Lebenszeit des Moduls langsam sinkt. Die Hersteller berücksichtigen dies derart, dass sie die Leistung zu 90 % in den ersten 10 Jahren und mit 80 % nach 20 Jahren garantieren. Wie und von wem diese Garantie im Fall der Fälle eingefordert werden kann, ist ein anderes Thema.
Die Degradation, verbunden mit dem Leistungsabfall, wird derzeit auf etwa 1 bis 1,5% je Jahr angenommen.

Die  gesamte mögliche Leistung der Anlage ermittelt sich im Dreisatz über die Fläche oder durch Addition der einzelnen Modulleistung. Die Zahl der Wattpeak dividiert durch 1000 ergibt die maximale Leistung in Kilowattpeak. Die tatsächliche Leistung ist geringer, zum einen durch die später beschriebenen Randbedingungen von Grundstück und Gebäude, zum Zweiten sinkt der Wert durch das Alter bzw. im Betrieb der Elemente wie Module und Wechselrichter, zum Dritten bauen die Werte auf den im Labor ermittelten Ziffern auf und die Erfahrungswerte haben, im Vergleich zu anderen Baustoffen, einen geringen Zeitraum.

Um die Zahl der Kilowattstunden (kWh) zu erhalten, welche man im Jahresmittel in das Netz einspeist und vergütet bekommt, muss man auf Faustwerte, die auf der Vergangenheit aufbauen, zurückgreifen.
Der Vergleich mit Anlagen anderer Betreiber ist nicht einfach, da die Leistung nicht nur von der örtlichen Situation, sondern auch von anderen Parameter beeinflusst werden, das können sein:

  • Die Qualität der Module, alle Daten des Prospekts sind Laborwerte, noch dazu in einem definierten Temperaturbereich. Ein Garantieversprechen ist nutzlos, mit dem Hersteller hat man keinen Vertrag und ein Beweis lässt sich mangels vergleichbarer Daten nicht führen.
  • Abweichung der Modulneigung zum Optimum
  • Abweichung der Modullage zur Himmelsrichtung zum Optimum
  • Abweichung vom Temperaturbereich des Moduls (eine Kühlung durch umspülen mit Luft ist unabdingbar)
  • (jahres- oder tages-) zeitlich begrenzte Verschattung
  • unterschiedliche Hinterlüftung der Module eines Strings
  • mangelhafter Abgleich der Stringlänge der Module
  • mangelhafter Abgleich der Wechselrichter zu den Spitzenwerten der Module.

Generell lässt sich sagen, die Ausbeute steigt von Norden nach Süden Deutschlands und wird im Wesentlichen durch die Zahl der Sonnenstunden im Jahr und die Reinheit der Luft am Ort  bestimmt. Auch Tallagen oder Feuchtgebiete, deren Nebel die Sonne abhalten, schmälern die Wirtschaftlichkeit.

Da die Module zusammen geschaltet sind, mindert das Verschatten eines einzigen Moduls den Wirkungsgrad der ganzen Anlage.

Da der Vertrag mit dem Energieversorgungsunternehmen (EVU) über 20 Jahre läuft, sollte die bestehende oder neu geplante Deckung eine längere Lebenserwartung haben.

Sodann gilt es, alle die Dachfläche überragende Teile und deren Störbereiche zu erfassen. Das können sein:

  • Kamin
  • Gauben
  • Dachausstiege
  • Kaminkehrertritte und Leitern
  • Schneefanggitter
  • Dachflächenfenster; bei seitlich zu verschiebenden Fenstern, sind auch die Schienen zu beachten
  • Dachentlüfter der Haustechnik
  • Blitzableiter

Sie alle werfen in Abhängigkeit der Jahreszeit und des Sonnenstandes unterschiedlich lange Schatten und alle Module müssen außerhalb der Fläche liegen. Aber nicht nur die Schatten sind zu beachten, auch der Schnee, welcher sich über den Schneefängen staut oder über den Gauben aufwölbt. Er kann einen Berg bilden, der die Module zumindest am unteren Rand bedeckt und dadurch die Leistung aller Module rapide mindert.

Der Brandschutz sollte auch in Betracht gezogen werden. Die Module erzeugen immer – auch wenn nur wenig Licht darauf fällt – Strom. Bei Zutritt von Löschwasser kann es je nach Hintergrund- oder Sonnenstrahlung zu Spannungsüberschlägen kommen. Die Feuerwehr ist hier entsprechend zu informieren.

Zum Schluss sollte die Photovoltaikanlage noch bezogen auf die gesamte Ökologie betrachtet werden, welche sich zwar nicht in den Kosten des einzelnen Nutzers, wohl aber gesamtwirtschaftlich niederschlägt, es ist die Energierücklaufzeit. Darunter versteht man den Zeitraum der vergeht, bis ein Gegenstand – hier das Modul – die zu seiner Produktion erforderliche Energie selbst erzeugt hat. Geht der Gegenstand vorher außer Betrieb, so ist er ein ökologischer Draufzahler. Bei einer PV Anlage ist zu berücksichtigen:

  • Der Wirkungsgrad der Photovoltaikzelle
  • Das Produktionsland der Photovoltaikzelle, der Transport von Material und Maschine in das Land, der Transport des Fertigproduktes an den Einbauort.
  • Energetischer Aufwand für die Herstellung des dafür benötigten Siliziums und für die Herstellung einer einzelnen Photovoltaikzelle.
  • Energetischer Aufwand für die Herstellung eines Moduls (Rahmen, Glas) aus mehreren Photovoltaikzellen
  • Energetischer Aufwand für den Installation einer Photovoltaik-Anlage aus mehreren Modulen etwa auf Dächern
  • Energetischer Aufwand der elektrischen Einbindung der Photovoltaik-Anlage in ein Stromnetz inklusive Wechselrichter
  • Energetischer Aufwand für Recycling bzw. Rückbau und entsorgen
  • Energetischer Aufwand – ausgedrückt in Kosten – für die erforderliche Ingenieurleistung, die Kosten für alle Phasen der HOAI fliesen zumindest anteilig ein. Zusätzlich könnte man auch noch den Aufwand für andere Ingenieurleistungen nicht erbrachten vielleicht wirtschaftlichere Tätigkeiten.

Die Rücklaufzeit wird je nach Quelle, Anzahl der erfassten Parameter und Standort der Photovoltaikanlage mit 4 bis 7 Jahren angeben.