Das Erneuerbare-Energien-Gesetz fordert vom Planer einer Photovoltaikanlage, dass er diese exakt konfiguriert und belastbare Ertragsprognosen abgibt. Für neu errichtete Dachanlagen zwischen zehn Kilowatt und einem Megawatt gilt, dass nur 90 Prozent des produzierten und ins Netz gespeisten Stroms vergütet werden.
Druck durch den Gesetzgeber
Das restliche Zehntel soll der Besitzer selbst verbrauchen oder vermarkten. Besitzer kleinerer Photovoltaikanlagen werden allein wegen des Kostenvorteils so viel selbst produzierten Strom wie möglich selbst verbrauchen, denn Anfang 2012 wurde die lange angestrebte Netzparität unterschritten. Solarstrom ist seitdem für private Haushalte preislich günstiger als der Strom von RWE, Eon und Co.
Das Statistische Bundesamt meldet durchschnittliche Endkundenstrompreise von mehr als 25 Eurocent je Kilowattstunde. Gleichzeitig lag die EEG-Vergütung für Photovoltaikanlagen bis zehn Kilowatt im September 2012 bei 18,54 Eurocent. Damit beschert der Eigenverbrauch dem Anlagenbetreiber schon jetzt einen Kostenvorteil von 25 Prozent. Und diese Schere wird sich weiter öffnen: Anfang 2013 kündigten zahlreiche Stromversorger im Bundesgebiet an, die Strompreise um bis zu zwölf Prozent zu erhöhen, während die EEG-Vergütung für kleine Dachanlagen bis März 2013 auf 16,28 Eurocent je Kilowattstunde sinkt.
Druck durch die Strompreise
Waren Photovoltaikanlagen in den vergangenen Jahren vorrangig Renditeanlagen, so zeigt sich nun ein Trend hin zur Solaranlage als Kostensenker für die eigene Stromrechnung. So kann der Besitzer einer Solaranlage an der ökologischen Energiewende mitwirken undgleichzeitig sparen. Doch wie legt man die Anlage für den Eigenverbrauch am besten aus? Lohnt es sich heute schon, Stromspeicher einzubinden?
Eigenverbrauch erhöht die Komplexität der Auslegung, deshalb kann der Einsatz von Planungssoftware sinnvoll sein. Sie integriert alle wesentlichen Parameter zur Auslegung, berücksichtigt die regionalen Klimadaten und die technischen Spezifikationen der Komponenten, beispielsweise Wechselrichter und Solarmodule. Sie berechnet das zeitliche Ineinandergreifen von Einspeisung, Eigenverbrauch und gegebenenfalls einem Solarstromspeicher. Auf diese Weise ermittelt sie das technisch und wirtschaftlich optimale Anlagenkonzept.
Die Netze entlasten
Als Eigenverbrauch gilt nicht nur, dass der Solarstrom vom Anlagenbetreiber selbst verbraucht wird, sondern laut EEG auch der Verbrauch Dritter in unmittelbarer Nähe, wenn sie wie der Solaranlagenbetreiber über einen eigenen Netzanschluss verfügen. Der direkt genutzte Solarstrom wird dabei über separate, vom allgemeinen Stromnetz getrennte Leitungen geliefert. Interessant kann diese Lieferung von Solarstrom etwa für Läden im Erdgeschoss, Gewerbebetriebe im Hof, den Gemeinschaftsstrom im Mietshaus oder auch andere Mietparteien in einem Mehrfamilien- oder Bürohaus sein.
Die Eigenverbrauchsregelung wurde unter anderem auch ins EEG eingeführt, um das Stromnetz zu entlasten. Mehr Solarstrom vor Ort zu verbrauchen, senkt den Aufwand, um ihn ins Stromnetz zu speisen. Eine Solaranlage mit hohem Eigenverbrauchsanteil fällt für das Netz weniger ins Gewicht. Darüber hinaus werden netzgekoppelte Photovoltaikanlagen in das Einspeisemanagement einbezogen. Für Anlagenmit mehr als 30 Kilowatt Leistung gelten hohe technische Anforderungen, damit der Netzbetreiber die Einspeiseleistung bei Schwankungen der Netzfrequenz fernregeln kann. Bei kleinen Photovoltaikanlagen wäre das Einspeisemanagement zu aufwändig.
Bei ihnen wird die Einspeiseleistung am Netzanschlusspunkt begrenzt, um Leistungsspitzen zu kappen. Diese Entlastung der Netze bedeutet aber, dass sich die eingespeiste Solarstrommenge je Anlage verringert. Die Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie rechnet mit Einbußen von drei bis acht Prozent des Solarertrages.
Pauschale Aussagen schwierig
Der Eigenverbrauch von Solarstrom kann auch diese Ertragsminderungen durch die Netzsteuerung teilweise auffangen. Das lässt sich an einem typischen Einfamilienhaus mit vier Personen, einer Solaranlage mit vier Kilowatt (Süddach) und einem Jahresstromverbrauch von 4.000 Kilowattstunden darstellen. Der Eigenverbrauch beträgt hier etwa 25 Prozent des erzeugten Solarstroms.
Die typische Eigenverbrauchsquote gibt es nicht. Zu unterschiedlich sind die Verbrauchsprofile je nach Nutzer und Erzeugerprofil der Photovoltaikanlage, je nach Ausrichtung des Daches und Dimensionierung des Generators. Südorientierte Photovoltaikanlagen liefern ihre größte Leistung um die Tagesmitte. Privathaushalte brauchen Strom aber besonders morgens und abends. Büronutzung und Gewerbe wiederum weisen tagsüber, zu unterschiedlichen Zeiten, ihren größten Strombedarf auf. Ladengeschäfte mit Kühltheken brauchen dagegen kontinuierlich Strom, auch am Wochenende - der Eigenverbrauchsanteil kann somit deutlich höher ausfallen.
Wirtschaftliche Gemeinschaften
Verbrauchsgemeinschaften können noch wirtschaftlicher sein. Zum Beispiel verbrauchen die Bewohner in einem Mietshaus auch tagsüber mehr Strom. Ähnliches gilt für Gewerbebetriebe und Bürogebäude: Ihr Eigenverbrauchsanteil kann weit höher ausfallen, sodass die Kosten für teuren Netzstrom stärker gesenkt werden. Solarstrom vom Dach hat seine Erzeugungsspitze zur Tagesmitte und übersteigt in diesem Zeitraum normalerweise den eigenen Bedarf. Überschüsse können ins Netzgespeist, in Batterien gepuffert oder an Nachbarn verkauft werden. Hiervon profitieren beide Parteien. Der Nachbar erhält Strom zu günstigen Konditionen. Der Anlagenbetreiber erzielt einen Verkaufspreis, der die Einspeisevergütung übersteigt.
Ziel: Eigenverbrauch erhöhen
Bei der Erhöhung des Eigenverbrauchsanteils und der Einbindung von Nachbarn als Direktnutzer spielt der Wechselrichter eine wichtige Rolle. Die Hersteller haben entsprechend reagiert und ihre Geräte zur Schaltzentrale für den Eigenverbrauch weiterentwickelt.
Sie verfügen über Ausgänge zur Ansteuerung von Stromverbrauchern im Gebäude, die bei Produktionsüberschüssen zugeschaltet werden, also etwa Kühlaggregat, Waschmaschine oder Wärmepumpe für Warmwasser. Der einfachste Weg ist, den Sonnenstrom sofort zu verbrauchen, wenn er erzeugt wird. Erst wenn diese Möglichkeit ausgeschöpft ist, ist eine Batterie unter Umständen sinnvoll.
Ein ganz wesentlicher Faktor bei der Auslegung einer Photovoltaikanlage mit Eigenverbrauch ist die Berücksichtigung des Verbrauchsverhaltens der Nutzer. Dazu muss das Lastprofil, also der zeitliche Verlauf des Strombedarfs, in die Berechnung einbezogen und in Korrelation zum zeitlichen Verlauf des Solarstromertrags gesetzt werden. Eine rein statische Anlagenauslegung mit Durchschnittswerten wäre hier nicht zielführend. Die Anlagenauslegung mit einer Simulationssoftware ist deshalb das Mittel der Wahl.
Verbrauchsverhalten einbinden
Die Simulationssoftware muss nicht nur die Anlagenauslegung interaktiv unterstützen und den solaren Stromertrag ermitteln, sondern auch das Verbrauchsverhalten einbinden. Die Software muss sowohl das Verhalten der Anlage im Tages- und Jahresverlauf, als auch das Nutzerverhalten der Bewohner des Gebäudes und die Verbrauchscharakteristika der verwendeten Elektrogeräte abbilden.
Dafür bringen Simulationsprogramme wie PV Sol von Valentin Software so genannte Standardlastprofile mit, diese können durch eigene, vor Ort erhobene Verbrauchsdaten modifiziert und ergänzt werden.Standardlastprofile sind Datensätze der Energieversorger für eine Vielzahl typischer Haushalte und Stromverbrauchsdaten. Gute Simulationsprogramme wie PV Sol basic 6.0 ermöglichen die Modellierung eigener Verbrauchsprofile für das Gebäude insgesamt oder auch von Lastprofilen einzelner Geräte. Die Eingabe einzelner Stromverbrauchsgeräte und ihrer Verbrauchscharakteristika erlaubt der Anlagensimulation, Erträge und Verbrauchs-prognose realitätsnah abzubilden. Der Aufwand zur Erfassung der Daten lohnt sich.
Drei konkrete Beispiele
Um zu zeigen, wie sich die Wirtschaftlichkeit durch den Eigenverbrauch erhöht, wurden ein Einfamilienhaus, ein Landwirtschaftsbetrieb mit Viehhaltung und ein Supermarkt simuliert. Sie nutzen Gebäudetypen, die bereits häufig mit Photovoltaik belegt sind und für den weiteren Ausbau der Solaranlagen in Deutschland schier unerschöpfliche Reserven bieten. Wie lohnenswert die Sache ist, beweist die Supermarktkette Aldi Süd, die bereits 60 Prozent der Dachflächen ihrer Logistikzentren mit Solaranlagen ausgestattet hat.
Beispiel 1: Das Eigenheim
Das Lastprofil des Einfamilienhauses zeigt Verbrauchsmaxima in den Morgen- und Abendstunden, etwas geringeren Strombedarf um die Tagesmitte. Es wurde ein Einfamilienhaus mit einem Jahresstromverbrauch von 4.000 Kilowattstunden und einer südorientierten Vier-Kilowatt-Anlage berechnet. Der Eigenverbrauchsanteil liegt bei rund 25 Prozent. Der übrige Anteil wird ins Netz eingespeist und voll vergütet.
Beispiel 2: Der Mastbetrieb
Die meisten Landwirtschaftsbetriebe mit Viehhaltung weisen ein für den Eigenverbrauch günstiges Lastprofil auf. Denn Lüftung, Futtertrocknung und in der Milchwirtschaft ganz besonders auch die Kühlung bedingen einen kontinuierlichen Strombedarf an allen Wochentagen. Der simulierte Betrieb mit Viehhaltung betreibt eine südorientierte Photovoltaikanlage mit 16,32 Kilowatt Photovoltaikspitzenleistung und verbraucht im Jahr rund 15.714 Kilowattstunden. Der direkte Eigenverbrauchsanteil erreicht 29 Prozent.
Beispiel 3: Der Supermarkt
In einem Lebensmittelgeschäft wird der Stromverbrauch vor allem von den Kälteanlagen, der Beleuchtung und der Lüftungstechnik dominiert. Je größer die Verkaufsfläche ist, desto geringer wird der Anteil der Kältemöbel. Denn in der Regel werden nicht mehr Kühltruhen aufgebaut, wenn mehr Regale im Supermarkt stehen. Somit sinkt der spezifische Stromverbrauch. Die Lüftungsanlagen dienen der Abführung der hohen internen Wärmelasten (Licht, Personen, Geräte) und der Hygiene (Geruchsbeseitigung). Simuliert wurde ein Supermarkt mittlerer Größe mit einem Stromverbrauch von 109.120 Kilowattstunden pro Jahr. Mit einer südorientierten Solaranlage mit 16,56 Kilowatt Leistung kann er im Jahr rund 16.442 Kilowattstunden Sonnenstrom erzeugen. Davon kann er rund 90 Prozent zur Stromversorgung des eigenen Supermarktes verwenden.
Anforderungen steigen
Angesichts der komplexen Zusammenhänge stellt der Eigenverbrauch den Anlagenplaner also vor einige Herausforderungen. Bei der Anlagenauslegung müssen die Stromverbrauchsprofile der angeschlossenen Nutzer ebenso berücksichtigt werden wie die Lage, Ausrichtung und Dimensionierung der Anlage sowie der zeitliche Verlauf ihrer Ertragsdaten.
Um diese Faktoren bei der Anlagenplanung zu berücksichtigen, ist die Anlagensimulation ein geeignetes Werkzeug. Denn sie bildet auch Lastschwankungen im Tages- und Stundenbereich ab. Auf diese Weise kann sie sowohl den voraussichtlichen Ertrag, als auch den Eigenverbrauch genau ermitteln. Das ist wichtig für konkrete Aussagen zur Wirtschaftlichkeit der Anlage am jeweiligen Standort. Die Nutzung dieser Spielräume macht Bau und Betrieb von Photovoltaikanlagen wirtschaftlich attraktiv.
