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Photovoltaik

Bei der Photovoltaik wird Energie von Photonen aus dem Sonnenlicht auf Elektronen eines Halbleiters, der sogenannten Photodiode, übertragen. Die angeregten Elektronen bilden dabei ein Potential, aus dem ein Stromfluss erzeugt wird. Technisch entsteht dabei zunächst Gleichstrom, den ein Wechselrichter in gebräuchlichen Wechselstrom umwandelt. Dieser wird über eine Verkabelung in das Stromnetz gespeist und steht damit allen zur Verfügung.

Erfahren Sie mehr zum Thema Photovoltaik im folgenden Ratgeber:

Die Kosten für eine Photovoltaikanlage werden von folgenden grundlegenden Faktoren beeinflusst:

  1. Größe der Anlage
  2. Anzahl/Art der Module
  3. Art des Wechselrichters

Hinzu kommen die Kosten für den laufenden Betrieb der Anlage. Mindestens eine entsprechende Versicherung und die Kosten für die regelmäßige Wartung und Reinigung sollten hierbei beachtet werden.

Durchschnittliche Anschaffungskosten für Photovoltaik 2017

In den letzten Jahren sind die Anschaffungskosten für Photovoltaikanlagen kontinuierlich gesunken. Gründe dafür sind im harten Konkurrenzkampf der Anbieter und der stetig sinkenden Einspeisevergütung zu sehen. Im Durchschnitt müssen Anlagenbetreiber mit folgenden Grundkosten rechnen:

Kristalline Solarmodule600 bis 1000 Euro / kWp
Dünnschichtmodule750 bis 950 Euro / kWp
Wechselrichter200 bis 300 Euro / kW
Montagesysteme130 Euro / kWp
Netzanschluss der Anlage500 bis 1.000 Euro
Verkabelung1 bis 5 Euro / m

Legen wir diese Zahlen zugrunde und gehen von folgenden Daten aus, ergibt sich die nachfolgende Beispielrechnung:

Anlagenleistung    5 kWp
Leistung Wechselrichter    5,0 kW
Verkabelung    15 Meter

Insgesamt ergibt sich daraus folgende Rechnung:

a) Verwendung von kristallinen Solarmodulen:

800 Euro * 5 kWp     =    4.000 Euro
+    250 Euro x 5,0 kW    =    1250 Euro
+    130 Euro x 5 kWp    =    650 Euro
+    750 Euro    =    750 Euro
+    3 Euro x 15 Meter  =  45 Euro
Gesamtkosten    =    6.695 Euro

b) Verwendung von Dünnschichtmodulen:

850 Euro * 5 kWp     =    4.250 Euro
+    250 Euro x 5,0 kW    =    1250 Euro
+    130 Euro x 5 kWp    =    650 Euro
+    750 Euro    =    750 Euro
+    3 Euro x 15 Meter  =  45 Euro
Gesamtkosten    =    6.945 Euro

Netzanschluss – Kauf oder Miete?

Im Beispiel sind wir vom einmaligen Kauf des Einspeisezählers inklusive Komplettanschluss der Anlage ausgegangen. Die Miete des Einspeisezählers würde dagegen mit monatlich ca. 30 Euro zu Buche schlagen. Experten raten zur Miete, da diese auf 20 Jahre gerechnet günstiger ausfallen dürfte als der Kauf. Allerdings handelt es sich dabei um reine Prognosen, genaue Vorhersagen kann hier niemand treffen.

Betriebskosten der PV-Anlage

Neben den reinen Anschaffungskosten sind auch die laufenden Betriebskosten der PV-Anlage zu berücksichtigen. Die wichtigsten sind die Neuanschaffung von Ersatzteilen oder der Austausch des Wechselrichters sowie die Reinigungskosten und die Kosten der Versicherung. Im Schnitt sollten etwa ein Prozent der Anschaffungskosten pro Jahr für die laufenden Betriebskosten eingerechnet werden. Wer sich diesen Betrag jährlich zurücklegt, wird auch von einem Austausch des Wechselrichters finanziell nicht so stark betroffen sein.

Die aktuelle Einspeisevergütung für PV-Anlagen liegt seit Juni 2017 bei 12,21 Cent je Kilowattstunde (kWh). Sie gilt ausschließlich für Anlagen bis 10 kWp Leistung, die auf Wohngebäuden und Lärmschutzwänden angebracht sind. Größere Anlagen erhalten eine entsprechend geringere Einspeisevergütung:

  • PV-Anlagen größer 10 bis 40 kWp = 11,87 Cent/kWh Einspeisevergütung
  • PV-Anlagen größer 40 bis 100 kWp = 10,60 Cent/kWh Einspeisevergütung

Anlagen, die auf der Freifläche errichtet wurden oder nicht auf Wohngebäuden und Lärmschutzwänden installiert sind, werden mit 8,45 Cent/kWh Einspeisevergütung gefördert, sofern die Anlagenleistung 100 kWp nicht überschreitet.

PV-Anlagen, die mehr als 100 kWp Leistung bringen, erhalten eine „Marktprämie“ als Förderung. Sie müssen allerdings einen Direktvermarkter mit der Vermarktung des eingespeisten Stroms beauftragen.

Keine Förderung für Eigenverbrauch

Keine Förderung gibt es dagegen mehr für den Eigenverbrauch von Solarstrom. Stattdessen müssen Anlagenbetreiber mit einer Anlagenleistung über 10 kWp eine Abgabe von 2,75 Cent je Kilowattstunde für den selbst verbrauchten Strom zahlen. Dieser Wert errechnet sich aus der EEG-Umlage, die derzeit bei 6,88 Cent/kWh liegt. Ausgenommen von dieser Abgabe sind Bestandsanlagen, die bereits vor dem 01.08.2014 in Betrieb genommen wurden, Inselanlagen und Neuanlagen, deren Nennleistung unter 10 kWp liegt.

Förderung der KfW für PV-Anlagen

Förderungen gibt es außerdem von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) für den Kauf neuer PV-Anlagen. Hier sind die beiden KfW-Programme 270 und 275 von Bedeutung. Das KfW-Programm 270 bietet ein zinsgünstiges Darlehen ab 1,05 Prozent effektivem Jahreszins für den Neukauf einer PV-Anlage. Die Zinsbindung kann bis zu 20 Jahre gewählt werden. Gefördert werden Unternehmen jeder Größenordnung.

Das KfW-Programm 275 bietet den gleichen günstigen effektiven Jahreszins für den PV-Kredit, ist aber auch für Privatpersonen, Freiberufler und gemeinnützige Organisationen erhältlich. Zudem wird der zinsgünstige Kredit nur dann gewährt, wenn die PV-Anlage in Verbindung mit einem Batteriespeicher gekauft wird bzw. eine Nachrüstung mit dem Batteriespeicher erfolgt. Dafür gibt es in diesem Programm attraktive Tilgungszuschüsse.

Weitere Förderungen für die Photovoltaik

Darüber hinaus bieten viele Bundesländer, aber auch Kommunen spezielle Förderprogramme für die Photovoltaik an. Diese sind hier natürlich nicht in aller Vollständigkeit aufzählbar, beispielhaft seien aber folgende Förderungen genannt:

  • „Markteinführung“ in Nordrhein-Westfalen
  • SWK Bank Solarkredit – bundesweit
  • LBS-Energiekredit für Solarstrom

Jede dieser Förderungen stellt eigene Ansprüche an die PV-Anlagenbetreiber. Daher ist die Förderung im Einzelnen konkret zu überprüfen, bevor die endgültige Entscheidung getroffen wird. Ratsam ist es außerdem, bei der eigenen Gemeinde noch einmal gezielt nach Förderungen zu fragen. Viele Kommunen haben selbst Förderungen aufgelegt, die in ihrer Vielzahl aber kaum irgendwo vermerkt werden können.

Außerdem steht der Solarkredit der Umweltbank zur Verfügung. Dieser wird jedoch nur noch für Anlagen mit einer Investitionssumme von mehr als 100.000 Euro angeboten.

Die Photovoltaik Amortisation lässt sich in zwei Formen unterscheiden:

  1. Monetäre Amortisation
  2. Energetische Amortisation

Die erste Variante spielt vor allem bei der Betrachtung der Wirtschaftlichkeit eine entscheidende Rolle, letztere Form ist für den Umweltgedanken besonders wichtig.

Was sagt die monetäre Amortisation der PV-Anlage aus?

Die monetäre Amortisation einer PV-Anlage gibt an, nach welchem Zeitraum die Investitionskosten für die Anlage durch die mit ihr erzielten Erträge wieder eingespielt wurden.

Die monetäre oder auch finanzielle Amortisation wird von folgenden Punkten beeinflusst:

  • Einspeisevergütung des Stromversorgers
  • Laufzeit der PV-Anlage
  • Investitionskosten der PV-Anlage
  • Sonnenstunden pro Jahr
  • Eigenverbrauch/Volleinspeisung
Wie berechne ich die finanzielle Amortisation der PV-Anlage?

Für die Berechnung der Amortisation einer PV-Anlage sollten einige Faktoren bekannt sein:

Investitionskosten z. B. 1.450 Euro / kWp Leistung
Größe der Anlage z. B. 5 kWp
Reduktion der Leistung der PV-Anlage/Jahr z. B. 0,5 Prozent
Ertrag im 1. Jahr 950 kWh/kWp
Energieverbrauch/Jahr z. B. 4.000 kWh
Strompreis/kWh z. B. 0,30 Euro
Erhöhung der Strompreise um jährlich 2 %
Einspeisevergütung/kWh z. B. 0,123 Euro
Laufende Kosten der PV-Anlage z. B. 150 Euro

Fall 1: Kompletteinspeisung des erzeugten Stroms
Gesamtkosten der Anlage: 1.450 Euro x 5 kWp = 7.250 Euro

Jahr Ertrag durch Einspeisevergütung (Anzahl eingespeister kWh * Einspeisevergütung/kWh) Gesamtertrag summiert
1 584,25 € 584,25 €
3 546,88 € 3.346,28 €
10 533,35 € 6.039,96 €
15 520,15 € 8.666,96 €
20 507,27 € 11.228,93 €

Deutlich wird im Beispiel: Der jährliche Ertrag durch die Einspeisevergütung sinkt, da die Leistung der PV-Module ebenfalls nachlässt. Die finanzielle Amortisation der Anlage ist, auf die reinen Investitionskosten bezogen, bereits nach ca. 12,5 Jahren erfolgt. Werden die laufenden Betriebskosten hinzuaddiert, ist die finanzielle Amortisation der PV-Anlage erst etwas später erfolgt. In der Regel ist von einer Lebensdauer von 30 Jahren für die PV-Anlage auszugehen, so dass sich eine Anlage, die den erzeugten Strom komplett ins öffentliche Netz einspeist, schon durchaus rechnet. Zu beachten ist dabei aber, dass die Wartungskosten im Laufe von mehr als zwei Jahrzehnten noch ansteigen können, so dass sich die finanzielle Amortisation weiter nach hinten verschieben kann.

Fall 2: Eigenverbrauch = 42 %, überschüssiger Strom wird ins öffentliche Netz eingespeist

Jahr Ertrag durch Eigenverbrauch (Anzahl kWh * Strompreis/kWh) Ertrag durch Einspeisevergütung (Anzahl eingespeister kWh * Einspeisevergütung/kWh) Gesamtertrag summiert
1 598,50 € 338,87 € 937,37 €
5 618,53 € 317,19 € 5.542,51 €
10 666,00 € 309,34 € 10.338,51 €
15 717,12 € 301,68 € 15.344,03 €
20 772,16 € 294,22 € 20.579,09 €

Im Beispiel zeigt sich, dass die Erträge aus der Einspeisevergütung sinken. Gründe dafür sind, dass sich die Einspeisevergütung nicht verändert und die Leistung der Anlage im Laufe der Jahre nachlässt. Demnach kann bei 42 Prozent Eigenverbrauch zwar ebenfalls weniger Strom selbst verbraucht werden, allerdings sind wir von einer Steigerung der Stromkosten ausgegangen, so dass sich der Ertrag durch den Eigenverbrauch erhöht. In diesem Fall wird die finanzielle Amortisation der Anlage schon nach ungefähr sieben Jahren erreicht, bezogen auf die reinen Investitionskosten. Nach acht Jahren haben sich auch die Investitionen für die Wartungskosten amortisiert. Insgesamt sind nach acht Jahren folgende Kosten für die Anlage angefallen:

7.250 Euro Kaufpreis * (8 Jahre * 150 Euro Wartungskosten) = 8.450 Euro

Das heißt, dass die Kombination aus Eigenverbrauch und Einspeisevergütung die besten Chancen für eine wirtschaftliche Anlage mit sich bringt.

Die energetische Amortisation einer PV-Anlage

Die energetische Amortisation einer PV-Anlage lässt sich ungleich schwieriger bestimmen. Sie gibt an, wann mehr Energie mit der Anlage erzeugt wurde, als für die Herstellung und den Transport der einzelnen Komponenten und die Installation der Gesamtanlage verbraucht wurde. Aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher Module, lässt sich daher nur schwer eine Aussage treffen. Grobe Richtlinien gibt es aber, die folgende Aussagen treffen:

  • Dünnschichtmodule – energetische Amortisation nach ca. 1,5 Jahren
  • Polykristalline Solarmodule – energetische Amortisation nach ca. 2,5 Jahren
  • Monokristalline Solarmodule – energetische Amortisation nach ca. 5 Jahren

Wegen des hohen Anschaffungspreises der Photovoltaikanlage ist meistens eine Finanzierung notwendig oder zumindest empfehlenswert. Grundlegend lassen sich mit der Finanzierung durch die KfW, dem Solarkredit sowie dem Solarleasing drei Finanzierungsformen voneinander differenzieren, die unterschiedliche Vor- und Nachteile bieten. Interessenten sollten Konditionen vergleichen und typische Schwierigkeiten am besten gleich im Vorfeld umschiffen.

Wie funktioniert die Finanzierung durch die KfW?

Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) finanziert im staatlichen Auftrag sowohl private als auch gewerbliche Photovoltaik-Anlagen. Als nationale Förderbank bietet sie berechtigten Antragstellern nicht nur einen klassischen Kredit, sondern darüber hinaus auch einen Tilgungszuschuss für Batteriespeichersysteme. Diesen stellt das deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Energie zur Verfügung.

Was ist ein Solarkredit?

Ein Solarkredit unterscheidet sich grundsätzlich kaum von einem klassischen Darlehen, das Kreditnehmer bei ihrer Bank aufnehmen. Allerdings ist der Kreditzweck durch die Finanzierung einer Photovoltaik-Anlage klar fixiert. Weil der Kreditgeber durch die garantierte Einspeisevergütung bzw. Stromkostenersparnisse des Kreditnehmers eine gewisse Sicherheit erhält, sind die Zinsen häufig vergleichsweise niedrig.

Was kennzeichnet das Solarleasing?

Im Zentrum des Solarleasings steht der Verkauf und die anschließende Vermietung einer Solaranlage. Die Leasinggesellschaft kauft die Fotovoltai-Aanlage und bezahlt für die Nutzung des Dachs oder einer anderen Fläche anschließend eine laufende Gebühr. Leasingnehmer und -geber gestalten dieses Geschäft in der Regel als Mietkauf aus, bei dem das Eigentum der Solaranlage am Laufzeitende meistens zurückfällt. Wie beim klassischen Leasing lassen sich verschiedene Formen wie Teil- und Vollamortisations- sowie Full-Service-Leasing unterscheiden.

Wann ist welche Finanzierungsform empfehlenswert?

Wer eine Solaranlage finanzieren möchte, sollte am besten immer zunächst die Angebote der KfW prüfen. Weil die Bank im staatlichen Auftrag und nicht primär wegen der Gewinnerzielung Kredite vergibt, sind die Zinsen häufig recht niedrig. Zudem können sich Anspruchsberechtigte noch zusätzlich einen Tilgungszuschuss sichern. Die Finanzierung durch die KfW lässt sich mit weiteren Förderungen und anderen Krediten wie dem Solarkredit kombinieren. Viele Banken verlangen bei diesem neben der Einspeisevergütung noch weitere Sicherheiten. Wer diese nicht geben kann oder möchte, sollte deshalb ein Solarleasing erwägen.

Was sind typische Konditionen bei der Photovoltaik-Finanzierung?

Die Finanzierungsbedingungen der einzelnen Banken sind teilweise sehr unterschiedlich und auch immer wieder Änderungen unterworfen. Deshalb handelt es sich bei den folgenden Angaben nur um ungefähre Richtwerte. Da es meistens um hohe Beträge geht, ist ein Vergleich der Konditionen im Vorfeld empfehlenswert. Im Zentrum stehen hier neben der Laufzeit vor allem Finanzierungsvolumen, Finanzierungszins, Zinsbindung, Sicherheiten und Sondertilgungsmöglichkeiten.

Finanzierungsvolumen

Das Finanzierungsvolumen, das Banken gewähren, ist je nach Anbieter höchst unterschiedlich. Wer nur eine Photovoltaik-Anlage für sein Haus finanzieren möchte, sollte hier allerdings kein Problem haben. Denn Photovoltaik-Kredite in der dafür typischen Größenordnung finanziert praktisch jeder Anbieter – entsprechende Sicherheiten vorausgesetzt. Ausgewählte Anbieter wie die SKW Bank oder die Umweltbank gewähren Solarkredite sogar bis 100.000 Euro. Bei der Ethikbank ist sogar ein Finanzierungsvolumen von bis zu einer halben Million Euro möglich.

Finanzierungszins

Der Finanzierungszins spielt oft eine große Rolle, weil er neben der Tilgung die laufende Belastung für den Kreditnehmer ausmacht. Bei erstklassiger Bonität sind derzeit Zinsen von gut einem Prozent bei der KfW möglich. Klassische Banken verlangen in der Regel einen Zinssatz, der mindestens doppelt so hoch ist.

Zinsbindung

Einige Banken bieten bei Krediten eine sogenannte Zinsbindung an. Hier ist der Zins über die gesamte Laufzeit fix. Eine Zinsbindung erleichtert nicht nur die Kalkulation im Vorfeld, sondern lohnt sich für Kreditnehmer vor allem dann, wenn steigende Zinsen zu erwarten sind. Das Zinsniveau ist bei Krediten mit Zinsbindung allerdings oft etwas höher.

Sicherheiten

Bei Solarkrediten verlangen Kreditgeber in der Regel Sicherheiten vom Kreditnehmer. Diese gehen allerdings meistens über die Einspeisevergütung hinaus. Teilweise verlangen Banken als Sicherheit etwa einen Grundbucheintrag.

Sondertilgungsmöglichkeiten

Bietet ein Darlehen Sondertilgungsmöglichkeiten, lässt sich der Kredit auch außerhalb der Reihe ganz oder teilweise tilgen und so die Kreditlast mindern. Die Option ist besonders für Kreditnehmer interessant, deren Einnahmen variabel sind.

Welche typischen Fallstricke drohen bei der Photovoltaik-Finanzierung?

Wer seine Photovoltaik-Anlage finanzieren lässt, sollte im Vorfeld unbedingt die damit verbundenen Bedingungen berücksichtigen. So fördert etwa die KfW generell keine gebrauchten Solaranlagen und nur Systeme mit einer bestimmten Höchstleistung. Bei Solarkrediten ist es hingegen oft nötig, zusätzliche Sicherheiten zu stellen. Enthält der Kreditvertrag keine Zinsbindungsklausel, droht bei steigenden Marktzinsen eine Finanzierungslücke.

Die Nutzung einer PV-Anlage macht heute nur noch Sinn, wenn möglichst viel des erzeugten Solarstroms selbst verbraucht wird. Mit Hilfe moderner Stromspeicher lässt sich der Eigenverbrauch mittlerweile nahezu verdoppeln. Seit kurzem gibt es dafür passende Stromspeicher, die auch preislich für Privathaushalte interessant sein können. Allerdings sollte die Wahl für den Stromspeicher immer den individuellen Anforderungen angepasst werden.

Welcher Stromspeicher ist der Richtige?

Bei den Stromspeichern für Solarstrom lässt sich grundsätzlich zwischen Blei- und Lithium-Ionen-Akkus unterscheiden. Wo die konkreten Vor- und Nachteile der Systeme liegen, zeigt nachfolgende Tabelle:

Blei-Batterie Lithium-Ionen-Batterie
Lebensdauer ca. 5 bis 10 Jahre Lebensdauer ca. 15 Jahre
Unterbringung in einem belüfteten Raum erforderlich, da die Batterien ausgasen Keine Ausgasung der Batterien, daher keine Unterbringung im belüfteten Raum notwendig
Entladetiefe ca. 50 Prozent, andernfalls negative Auswirkungen auf die Lebensdauer Entladetiefe bis zu 100 Prozent
Systemwirkungsgrad ca. 70 Prozent -> höhere Dimensionierung der PV-Anlage nötig Systemwirkungsgrad ca. 90 Prozent -> niedrigere Dimensionierung der PV-Anlage möglich

Insgesamt überwiegen die Vorteile der Lithium-Ionen-Akkus als Stromspeicher für die PV-Anlage, weshalb diese sich am Markt immer weiter durchsetzen. Blei-Batterien, die auf Blei-Säure- oder Blei-Gel-Basis arbeiten, sind deutlich weniger effektiv.

Stromspeicher – auf die Speicherkapazität kommt es an

Entscheidend bei der Wahl des geeigneten Stromspeichers zur Erhöhung des Eigenverbrauchs ist die Speicherkapazität. Diese muss an den individuellen Bedarf angepasst sein. Das heißt, der im Stromspeicher gespeicherte Strom muss ausreichen, um den Haushalt wenigstens vom Abend bis zum nächsten Morgen mit Solarstrom versorgen zu können. Gehen wir von einem durchschnittlichen Vier-Personen-Haushalt mit einem Jahresstromverbrauch von etwa 4.500 Kilowattstunden aus, sollte der Stromspeicher vier bis sechs Kilowattstunden Speicherkapazität aufweisen.

Bei zu großer oder zu kleiner Dimensionierung des Stromspeichers können dagegen erhebliche Probleme auftreten:

  • Zu gering dimensionierter Stromspeicher: gespeicherter Strom deckt den Bedarf nicht, teurer Zukauf von Netzstrom wird nötig
  • Zu groß dimensionierter Stromspeicher: nicht benötigter Solarstrom wird dauerhaft gespeichert. Dadurch entfallen die Vergütungen für die Netzeinspeisung.

Was der Wirkungsgrad des Stromspeichers aussagt

Ebenfalls von großer Bedeutung ist der Wirkungsgrad des Stromspeichers. Beim Speichern von Solarstrom werden Umwandlungsverluste erzielt. Ein Teil der Energie wird also nicht komplett gespeichert, sondern etwa in Wärme umgewandelt. Bei Lithium-Ionen-Akkus liegen diese Verluste bei etwa fünf bis zehn Prozent, bei Blei-Akkus bei bis zu 30 Prozent. Daher sollte stets ein Stromspeicher mit Wirkungsgraden über 90 Prozent gekauft werden.

Ebenso sollte die Lebensdauer beachtet werden. Empfehlenswert sind hier Stromspeicher, die herstellerseitig eine Garantie von zehn Jahren mitbringen. So lassen sich früher auftretende systemseitige Defekte über die Garantieansprüche kostengünstig beheben.

Egal, ob eine bereits bestehende PV-Anlage mit einem Stromspeicher nachgerüstet oder eine neu geplante Anlage von vornherein mit dem Stromspeicher ausgestattet werden soll, die Ausgaben dafür können gefördert werden. Erster Ansprechpartner ist dabei die KfW, die mit dem Programm 275 – Erneuerbare Energien – Speicher ein entsprechendes Förderprogramm aufgelegt hat. Im vergangenen Jahr musste es bereits nach wenigen Monaten wieder eingefroren werden, weil das Fördervolumen von immerhin zehn Millionen Euro bereits aufgebraucht war. Seit Anfang 2017 steht es jedoch mit einem neuerlichen Fördervolumen von zehn Millionen Euro wieder zur Verfügung.

Wie hoch fallen die Förderungen für Stromspeicher durch die KfW aus?

Die KfW fördert Stromspeicher mit einem Mix aus Darlehen und Tilgungszuschuss. Der Tilgungszuschuss wird dabei in regelmäßigen Abständen nach unten korrigiert. Anfang 2017 lag er noch bei 19 Prozent, aktuell ist er bereits auf 16 Prozent gefallen – Tendenz weiter fallend:

  • Tilgungszuschuss für Anträge ab 01.10.2017 = 13 Prozent
  • Tilgungszuschuss für Anträge ab 01.01.2018 = 10 Prozent

Die Grundlagen zur Förderung für Stromspeicher durch die KfW

Die Kredite zur Förderung der Stromspeicher für PV-Anlagen werden bereits ab einem sehr günstigen effektiven Jahreszins von 1,05 Prozent angeboten. Sie gelten für alle nachgerüsteten Stromspeicher und neu errichtete PV-Anlagen mit Stromspeicher. Die Zinsbindung kann über maximal 20 Jahre vereinbart werden.

Gefördert werden ausschließlich stationäre Batteriespeichersysteme, die in Verbindung mit einer PV-Anlage stehen müssen. Der Tilgungszuschuss selbst kommt dabei aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi).

Bei der Nachrüstung bestehender Anlagen gelten folgende Voraussetzungen:

  • PV-Anlage muss nach dem 31.12.2012 in Betrieb genommen worden sein
  • Zwischen Nachrüstung des Stromspeichers und Inbetriebnahme der PV-Anlage müssen mindestens sechs Monate liegen

Generelle Anforderungen für die Förderung des Stromspeichers sind folgende:

  • PV-Anlage darf eine maximale Leistung von 30 kWp nicht überschreiten
  • Es gibt lediglich eine Förderung für ein Speichersystem pro PV-Anlage
  • Das Batteriespeichersystem muss in Deutschland aufgestellt und über einen Zeitraum von wenigstens fünf Jahren betrieben werden

Wer kann gefördert werden?

Die Förderung für Stromspeicher erhalten sowohl in- und ausländische Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft, als auch Unternehmen, an denen Kirchen, Gemeinden oder karitative Organisationen beteiligt sind. Ebenfalls können Freiberufler, Landwirte, gemeinnützige Antragsteller oder Privatpersonen die Förderung in Anspruch nehmen.

Nicht gefördert werden können dagegen:

  • Hersteller von Batteriespeichern und deren Komponenten
  • Kommunen
  • Bund und Länder
  • Unternehmen in Schwierigkeiten (unter bestimmten Voraussetzungen)
  • In-sich-Geschäfte – etwa der Erwerb des Speichers vom Ehegatten

Die Mindestlaufzeit für die Förderung der Stromspeicher liegt bei zwei Jahren. Der Kreditbetrag wird zu 100 Prozent ausgezahlt und ist wahlweise in einer Summe oder in Teilbeträgen abrufbar. Ebenfalls sind tilgungsfreie Anlaufjahre möglich, die Ratenzahlungen erfolgen im Anschluss quartalsweise.

Die idealen Voraussetzungen für eine PV-Anlage sorgen dafür, dass sie möglichst viel Strom erzeugt. Entscheidend sind in diesem Zusammenhang:

  • Standort
  • Dachneigung
  • Dachausrichtung
  • Einstrahlungswinkel
  • Verschattung
  • Wirkungsgrad der Solarmodule

Standort genau betrachten

Der Standort der Anlage lässt sich zwar kaum beeinflussen, dennoch sollte mit Hilfe der globalen Sonnenstrahlungskarten überprüft werden, mit wie vielen Sonnenstunden zu rechnen ist. Dieser Faktor ist entscheidend für die Wirtschaftlichkeitsberechnung, die Ermittlung von zu erwartenden Erträgen und Renditen der Anlage.

Dachausrichtung und –neigung

Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage ist auch die Dachausrichtung. Ideal ist eine nach Süden ausgerichtete Dachfläche, wobei Abweichungen nach Osten oder Westen um 20 Grad ebenfalls noch als optimal betrachtet werden. Höhere Abweichungen von der südlichen Ausrichtung sind ebenfalls möglich, bringen jedoch Leistungseinbußen mit sich. Da die PV-Module heute allerdings sehr leistungsstark sind, sind die Leistungsverluste als eher gering zu betrachten.

Die Dachneigung ist ebenfalls entscheidend. Ideal für die PV-Anlage ist eine Neigung zwischen 10 und 50 Grad. Doch auch hier gilt, dass abweichende Dachneigungen immer noch hohe Erträge zulassen, wie folgende Tabelle zeigt:

Dachausrichtung
Süd Südost
Südwest
Ost
West
Nordost
Nordwest
Nord
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Dachneigung
87 87 87 87 87 87 87 87 87 87 87 87 87 87 87 87 87 87 87
10° 93 93 93 92 92 91 90 89 88 86 85 84 83 81 81 80 79 79 79
20° 97 97 97 96 95 93 91 89 87 85 82 80 77 75 73 71 70 70 70
30° 100 99 99 97 96 94 91 88 85 82 79 75 72 69 66 64 62 61 61
40° 100 99 99 97 95 93 90 86 83 79 75 71 67 63 59 56 54 52 52
50° 98 97 96 95 93 90 87 83 79 75 70 66 61 56 52 48 45 44 43
60° 94 93 92 91 88 85 82 78 74 70 65 60 55 50 46 41 38 36 35
70° 88 87 86 85 82 79 76 72 68 63 58 54 49 44 39 35 32 29 28
80° 80 79 78 77 75 72 68 65 61 56 51 47 42 37 33 29 26 24 23
90° 69 69 69 67 65 63 60 56 53 48 44 40 35 31 27 24 21 19 18

Aus Dachausrichtung und –neigung ergibt sich dann auch der Einstrahlungswinkel der Sonne.

Verschattung vermeiden

Verschattungen sind der Feind jeder Photovoltaikanlage. Sie führen nicht nur zu Leistungseinbußen, sondern können die Solarmodule sogar schädigen. Deshalb sollten Verschattungen weitestgehend vermieden werden. Sie entstehen üblicherweise durch

  • Bäume,
  • Nachbargebäude,
  • Sat-Schüsseln,
  • Antennen usw.

Allerdings wandern Verschattungen je nach Jahres- und Tageszeit. Im Winter können sehr lange Schatten durch die tiefstehende Sonne entstehen.

Wirkungsgrad der Solarmodule

Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage ist ebenfalls der Wirkungsgrad der Solarmodule. Als Faustregel gilt:

  • Monokristalline Solarmodule bieten den höchsten Wirkungsgrad.
  • Polykristalline Solarmodule bieten einen etwas verringerten Wirkungsgrad.
  • Dünnschichtmodule bieten geringsten Wirkungsgrad.

Weitere Module befinden sich derzeit noch in der Entwicklung und reichen hinsichtlich des Wirkungsgrades an die übrigen Module nicht einmal annähernd heran. Der höchste Wirkungsgrad bei monokristallinen Solarmodulen bietet aber nicht gleichzeitig die beste Wirtschaftlichkeit der Anlage, da die Investitionskosten für diese Module extrem hoch sind.

Die Photovoltaikanlage wandelt Sonnenlicht in elektrischen Strom um. Moderne Anlagen benötigen nicht zwingend direkte Sonneneinstrahlung, sondern können auch bei diffuser Sonneneinstrahlung arbeiten. Die PV-Anlage besteht aus den einzelnen Komponenten:

  • Solarmodule
  • Wechselrichter
  • Verkabelung.

Solarmodule und ihr Aufbau

Zum Einsatz kommen dotierte Siliziumscheiben. Das heißt, es wurden Fremdatome eingebracht, um die elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten. Die dotierten Siliziumscheiben werden als Zellen bezeichnet, von denen mehrere in Reihe oder parallel verschaltet, hinter einer gehärteten Glasscheibe montiert und in Kunststoff (Tedlar) eingegossen werden. Hierbei ist auch die Rede von der Einglastechnik. Die Doppelglastechnik verzichtet auf das Eingießen in Tedlar und setzt stattdessen auf die Abdeckung der Zellen mit einer zweiten Glasscheibe. Die Glasscheiben werden meist mit einem Aluminiumrahmen für die nötige Stabilität versehen.

Werden die einzelnen Komponenten zusammengesetzt, entsteht das eigentliche Solarmodul. Über eine Anschlussdose wird aus jedem Solarmodul ein Plus- oder Minuskabel mit Stecker oder Buchse herausgeführt. Die Module werden ebenfalls miteinander verschaltet, so dass ein Solargenerator entsteht.

Modulleistung berechnen

Die Gleichspannung eines Moduls wird in Volt angegeben und mit DC abgekürzt. Sie ermittelt sich aus der Anzahl und der Verschaltung der Solarzellen in einem Solarmodul. Aus diesen Werten ermittelt sich auch die Stromstärke, die in Ampere (A) angegeben wird. Werden Stromstärke und Spannung multipliziert, ergibt sich die Modulleistung. Diese wird in den Datenblättern der PV-Module unter Standardbedingungen in Watt oder Kilowatt angegeben.

Wie müssen die Module verschaltet werden?

Die Module können parallel oder in Reihe verschaltet werden. Die parallele Verschaltung erhöht die Stromstärke, die Reihenschaltung die Spannung. Entsteht die Gleichspannung im Modul durch auftreffendes Sonnenlicht, wird die elektrische Spannung mittels Metallkontakten abgegriffen und an den Wechselrichter über die Verkabelung weitergeleitet.

Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom – die Aufgabe des Wechselrichters

Nun ist der so abgegriffene Gleichstrom nicht nutzbar, um Elektrogeräte zu betreiben. Der Wechselrichter muss den erzeugten und gelieferten Strom also aufnehmen und in Wechselstrom umwandeln.

Der so erzeugte Wechselstrom kann nun

  • gegen Zahlung der Einspeisevergütung ins öffentliche Netz eingespeist werden,
  • für den Betrieb der persönlichen Elektrogeräte genutzt werden,
  • in den hauseigenen Batteriespeicher geleitet werden.

Auch eine Kombination aus allen drei Varianten ist denkbar und sinnvoll, da die Einspeisevergütung nur noch sehr gering ist, während die Strompreise steigen. Bei der Kombination wird der erzeugte Solarstrom zunächst für die Nutzung der eigenen Elektrogeräte verwendet, Überschüsse werden in den Batteriespeicher geleitet. Erst wenn dessen Kapazität erschöpft ist, wird der Strom ins öffentliche Netz eingespeist.

Die Bestandteile der Photovoltaikanlage richten sich nach deren Art. Die häufigste Variante ist die netzgekoppelte Anlage, weshalb wir auf diese im Folgenden näher eingehen wollen. Die wichtigsten Bestandteile dieser Anlagen sind:

  1. Solarmodule
  2. Generatoranschlusskasten
  3. Verkabelung
  4. Wechselrichter
  5. Stromzähler
  6. (Einspeisemanagement)
  7. (Stromspeicher)

Solarmodule als Grundlage für jede PV-Anlage

Die Solarmodule bieten die Basis für jede PV-Anlage. Sie werden zum Solargenerator zusammengeschaltet und bestehen aus vielen Solarzellen. Die Solarmodule lassen sich unterscheiden in die

  • Monokristallinen Solarmodule,
  • Polykristallinen Solarmodule und die
  • Dünnschichtmodule.

Zwar gibt es mittlerweile auch weitere Solarmodule, jedoch haben diese noch keine so große Bedeutung in der Praxis erhalten.

Der Generatoranschlusskasten

Der Generatoranschlusskasten sorgt für die Zusammenschaltung der Solarmodule. In ihm finden sich ebenfalls die Sicherungen für die Strings. Er sorgt dafür, dass die Solarmodule in ihrer Gesamtheit zusammenarbeiten und es nicht zum kompletten Stromausfall kommt, wenn ein Solarmodul nicht mehr richtig arbeitet.

Die Verkabelung

Entscheidend für eine funktionstüchtige Photovoltaikanlage ist außerdem die Verkabelung. Sie lässt sich nochmals in zwei Unterarten untergliedern:

  1. Verkabelung für den Gleichstrom
  2. Verkabelung für den Wechselstrom

Im ersten Fall geht es um die Verkabelung von den Modulen hin zum Wechselrichter. Die Verkabelung für den Wechselstrom erfolgt vom Wechselrichter bis zum Einspeisepunkt ins öffentliche Netz bzw. in den Batteriespeicher. Die Querschnitte der Verkabelung sind abhängig von der Leistung der Solarmodule, des Wechselrichters und der Kabellänge.

Der Wechselrichter

Eines der Kernstücke jeder PV-Anlage ist zudem der Wechselrichter. Seine Aufgabe ist es, den mittels der Solarmodule erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Der Gleichstrom selbst kann nämlich im Haushalt nicht genutzt werden. Der Wechselrichter bestimmt übrigens auch den Wirkungsgrad der gesamten Anlage mit.

Der Stromzähler

Ebenso wichtig ist der Stromzähler als Bestandteil der PV-Anlage. Dieser sorgt bei netzgekoppelten Anlagen für die korrekte Ermittlung des ins öffentliche Netz eingespeisten Stroms. Deshalb spricht man hier auch oft vom Einspeisezähler. Ein weiterer Stromzähler misst den erzeugten Strom. Sinnvoll ist dies beim Eigenverbrauch, so dass eine Kontrolle des Verhältnisses zwischen erzeugtem, selbst verbrauchtem und eingespeistem Strom möglich wird.

Das Einspeisemanagement

Moderne Einspeisemanagementanlagen bieten eine Fernüberwachungsmöglichkeit für den Stromnetzbetreiber. Dieser kann so anhand des Strombedarfs mehr oder weniger Strom von der einzelnen Anlage beziehen.

Der Stromspeicher

Der Stromspeicher ist nur dann notwendig, wenn nicht der gesamte erzeugte Strom ins öffentliche Netz eingespeist werden, sondern ein Teil des Solarstroms direkt vor Ort genutzt werden soll. Das macht aufgrund der immer weiter sinkenden Einspeisevergütung durchaus Sinn, denn diese alleine reicht für eine effiziente Nutzung der PV-Anlage nicht aus. Der Stromspeicher kann zu viel erzeugte Solarenergie zwischenspeichern und sie dann zur Verfügung stellen, wenn sie benötigt wird. Wichtig ist allerdings, dass der Stromspeicher dem eigenen Bedarf entsprechend dimensioniert wird. Auch die Entladeleistung und ähnliches müssen bei der Auswahl beachtet werden.

Die Leistung einer PV-Anlage wird üblicherweise in Kilowatt Peak angegeben. Hierbei handelt es sich jedoch um die Spitzenleistung der Anlage unter Testbedingungen. Sie dient also lediglich der Vergleichbarkeit der verschiedenen Photovoltaikanlagen. Die tatsächliche Leistung kann von der Leistung unter Testbedingungen deutlich abweichen. Gründe dafür sind:

  • Witterung
  • Verschattung
  • Jahreszeiten
  • Wirkungsgrade
  • Wechselrichterleistung
  • Leitungsverluste
  • Verschmutzung der Module

Die so entstehenden Leistungsverluste können bis zu 30 Prozent betragen. In den Testbedingungen, die zur Ermittlung der Leistungsangabe Kilowatt Peak (kWp) herangezogen werden, heißt es:

  • Solarstrahlung pro Quadratmeter = 1.000 Watt
  • Umgebungstemperatur konstant = 25 Grad Celsius
  • Strahlungsspektrum (Air Mass) = 1,5

Da die Testbedingungen in der Praxis kaum erreicht werden, eignet sich die Leistungsangabe in kWp nur zu Vergleichszwecken. Beispielhaft seien hier folgende Vergleiche genannt:

  • Spitzenleistung verschiedener Module vergleichen
  • Dachfläche vergleichen, die für die Installation von einem kWp benötigt wird
  • Gesamtkosten einer Anlage mit einer bestimmten kWp Leistung vergleichen

Wirkungsgrad einer PV-Anlage

Aussagekräftiger als die reine Spitzenleistung der PV-Anlage ist deren Wirkungsgrad. Dieser setzt sich zusammen aus den Wirkungsgraden der Solarmodule und des Wechselrichters. Der Wirkungsgrad der Solarmodule kann ermittelt werden, indem das Verhältnis zwischen eingestrahlter Solarenergie und tatsächlichem Energieertrag ermittelt wird. Dieser Wirkungsgrad gibt also an, wie viel der eingestrahlten Solarenergie tatsächlich in Strom umgewandelt werden kann.

Der Wirkungsgrad der Solarmodule ist stark davon abhängig, um welche Art der Module es sich handelt. Die besten Wirkungsgrade erzielen derzeit monokristalline Solarzellen und Dünnschichtzellen auf Galliumarsenid-Basis. Die folgende Tabelle gibt Auskunft über mögliche, durchschnittliche Wirkungsgrade von Solarzellen:

Solarzelle Wirkungsgrad
Dünnschichtzellen Galliumarsenid 20 bis 25 %
Monokristalline Solarzellen 18 bis 21 %
Polykristalline Solarzellen 13 bis 16 %
Dünnschichtzellen (CIS) 10 bis 12 %
Dünnschichtzellen Cadmiumtellurid 11 %
Tandemzellen 10 %
Amorphe Siliziumzellen 6 bis 7 %
Farbstoffzelle/Grätzelzelle 2 %

In der Forschung finden sich zwar immer wieder Berichte über deutlich höhere Wirkungsgrade bis zu 40 Prozent und mehr. Doch diese sind in der Praxis nicht erreichbar und sollten daher vom privaten PV-Anlagenbetreiber mit Vorsicht genossen werden.

Genauso wichtig, wenn nicht noch wichtiger, ist übrigens der Wirkungsgrad des Wechselrichters. Ist dieser nicht ausreichend, so kann er die besten Solarzellen mit hervorragenden Wirkungsgraden zunichtemachen.

Zu beachten ist außerdem, dass die theoretischen Wirkungsgrade bei maximal 32 bis 33 Prozent liegen können. Dies liegt an der Bandlücke der Halbleitermaterialien. Höhere Wirkungsgrade lassen sich erzielen, wenn verschiedene Wirkstoffe kombiniert werden, so wie es Forscher bei der Tandemzelle bereits vorgemacht haben. Hier könnten theoretische Wirkungsgrade von mehr als 70 Prozent bei Multibandzellen erreicht werden. Allerdings sind diese Solarzellen noch nicht entwickelt und ob die Wirkungsgrade in absehbarer Zukunft tatsächlich erreicht werden können, bleibt fraglich.

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