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Die richtige Dimensionierung der PV-Anlage

Die richtige Dimensionierung ist ein wichtiger Teil bei der Planung der PV-Anlage.

Vor der Anschaffung der PV-Anlage steht die Frage nach der richtigen Dimensionierung. Dabei geht es zunächst um folgende grundlegende Fragen:

  1. Wofür soll die PV-Anlage genutzt werden? (Eigenverbrauch vs. Einspeisung ins öffentliche Netz)
  2. Wie hoch ist der persönliche Strombedarf?
  3. Wo liegt der Standort der PV-Anlage?
  4. Wie ist die PV-Anlage ausgerichtet?
  5. Welche Fläche steht zur Verfügung und wie sollen Solarmodule ausgelegt werden?
  6. Welche Solarmodule sind zu wählen?

Wofür soll die PV-Anlage genutzt werden?

Die Nutzung der PV-Anlage entscheidet über die Dimensionierung. Eine Eigenverbrauchsanlage sollte anders dimensioniert werden als ein reines Renditeobjekt. Allerdings lohnen sich Anlagen, die den erzeugten Strom komplett ins öffentliche Netz einspeisen, heute nicht mehr. Die Netzparität ist erreicht und selbst erzeugter Strom oft günstiger als zugekaufter Strom bzw. die Nutzung der Einspeisevergütung. Durch den Eigenverbrauch ergeben sich zusätzliche Vorteile:

  • Strom wird dort verbraucht, wo er erzeugt wird
  • Geringere Umweltbelastung
  • Kurze Transportwege und Entlastung der Stromnetze
  • Unabhängigkeit von Preissteigerungen durch Energieversorger

Weitere Möglichkeiten zur Nutzung der PV-Anlage sind:

  • Mieterstrom – erzeugter Strom wird an Mieter verkauft – es besteht jedoch keine Abnahmepflicht der Mieter und keine Versorgungspflicht der Vermieter
  • Verkauf des erzeugten Stroms an der Strombörse – Ausgleich der geringeren Einnahmen durch die Marktprämie (vgl. EEG 2012)

Wie hoch ist der persönliche Strombedarf?

Die zweite wichtige Frage zur korrekten Dimensionierung der PV-Anlage ist der individuelle Strombedarf. Hierbei gibt es zur Ermittlung verschiedene Möglichkeiten:

Steht vielleicht die Anschaffung eines Elektroautos in der Zukunft an?
  1. Ermittlung aufgrund des Stromverbrauchs der vergangenen Jahre (falls ein bestehendes Haus mit Photovoltaik ausgestattet werden soll)
  2. Ermittlung auf Basis von Planwerten (Statistiken)

Im Schnitt wird eine vierköpfige Familie einen Jahresstromverbrauch von ca. 4.700 Kilowattstunden haben. Allerdings sind in diesen statistischen Werten keine besonderen Installationen, wie Solarien, die Warmwasseraufbereitung mittels Strom oder ähnliches enthalten. Daher sollten die persönlichen Stromverbraucher detailliert aufgelistet werden, um einen möglichst korrekten Wert für den Stromverbrauch zu ermitteln.

Wo liegt der Standort der PV-Anlage?

Für die Dimensionierung der PV-Anlage kommt es ebenfalls auf deren Standort an. Die eingestrahlte mittlere Energiedichte unterscheidet sich je nach geografischer Lage sehr deutlich. In Deutschland kann sie Werte zwischen 1.200 und 1.600 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr erreichen. Üblicherweise ist die mittlere eingestrahlte Energiedichte im Süden höher als im Norden. Entsprechende Karten über die örtliche Sonneneinstrahlung gibt es unter anderem beim Institute for Energy und Transport (ITE).

Globalstrahlung in der Bundesrepublik Deutschland @ Deutscher Wetterdienst

Im Schnitt ist bei einer hierzulande üblichen mittleren eingestrahlten Energiedichte von 1.200 bis 1.600 Kilowattstunden pro Jahr davon auszugehen, dass eine PV-Anlage mit einer Leistung von einem kWp jährlich etwa 850 bis 1.200 Kilowattstunden Strom erzeugt. Moderne Anlagen umfassen für das Einfamilienhaus jedoch im Schnitt fünf bis zehn kWp Leistung.

Wie ist die PV-Anlage ausgerichtet?

Ebenso wichtig für die richtige Dimensionierung der PV-Anlage ist deren Ausrichtung. Damit ist die Lage des Dachs gemeint. Ideal für eine PV-Anlage sind in unseren Breitengraden Dächer, die

  • nach Süden ausgerichtet sind und auf denen
  • die PV-Module mit einer Neigung von etwa 30° angebracht werden können.

Allerdings sind die meisten Dächer nicht zu 100 Prozent nach Süden, sondern häufig nach Südosten oder Südwesten hin ausgerichtet. Dadurch kommt es zu Ertragsverlusten, die durch eine größere Fläche ausgeglichen werden sollten. Auch nicht ganz optimale Neigungen zwischen 10 und 50 Grad sind häufig anzutreffen. Im Laufe der Jahre hat sich allerdings die Effektivität der PV-Module massiv verbessert, so dass auch nicht ganz optimal ausgerichtete Anlagen noch 95 Prozent der Leistung erbringen können.

Anders sieht es bei Solarmodulen aus, die in die Fassade integriert werden sollen. Hier müssen Anlagenbetreiber mit Einbußen bei der Leistung zwischen 30 und 40 Prozent rechnen. Daher lohnt sich eine solche Anlage nur, wenn die Fläche entsprechend groß ist.

Welche Fläche steht zur Verfügung?

Wurden alle bereits genannten Faktoren berücksichtigt, können PV-Anlagenbetreiber die notwendige Fläche für die Anlage ermitteln. Hierbei gilt folgende Faustregel: Sprechen alle vorhergehenden Faktoren für einen optimalen Ertrag, kann die Anlagengröße kleiner ausfallen, sind die Bedingungen dagegen suboptimal, sollte die Anlage besser etwas größer dimensioniert werden. Generell ist eine größere Dimensionierung auch deshalb sinnvoll, weil durch einen zusätzlichen Energiespeicher überschüssige Energie aus dem Sommer im Winter verbraucht werden kann.

Solarmodule richtig auslegen

Im Schnitt sollten acht bis zehn Quadratmeter Dachfläche für je kWp Leistung eingerechnet werden. Je nachdem ob die Module längs oder quer ausgelegt werden, kann mehr bzw. weniger Leistung pro Quadratmeter Dachfläche dimensioniert werden.

An einem Beispiel lässt sich dies am abesten erläutern:

1. Zuerst die Maße und Dachfläche ermitteln:

Länge = 10 Meter
Breite = 6 Meter
Randbereich (Sicherheitsabstand) = 0,20 Meter
Verfügbare Fläche = (10 Meter – 0,2 Meter) * (6 Meter – 0,2 Meter) = 56,84 Quadratmeter

2. Anschließend sind die PV-Module der Wahl zu beachten

Gehen wir von folgenden Maßen eines Moduls aus:

Länge = 1,60 Meter
Breite = 0,80 Meter
Abstand der Module zueinander = 0,02 Meter

3. Benötigte Fläche pro Modul ermitteln

1,60 Meter + 0,02 Meter = 1,62 Meter
0,80 Meter + 0,02 Meter = 0,82 Meter
1,62 Meter * 0,82 Meter = 1,3284 Quadratmeter
Überschlagsberechnung

Die vorhandene Dachfläche wird durch die Modulfläche pro Modul geteilt, um zu ermitteln, wie viele Module auf das Dach passen:

56,84 Quadratmeter / 1,3284 Quadratmeter = 42,79 Module

Insgesamt können also maximal 42 Einzelmodule auf dem Dach verlegt werden. Wenn jedes Modul eine Leistung von 180 Watt erbringt, ergibt sich daraus folgende Gesamtanlagengröße:

180 Watt * 42 Module = 7.560 Watt bzw. 7,56 kWp

Allerdings muss noch überprüft werden, ob die rein rechnerisch passenden Module auch tatsächlich auf das Dach passen. Dafür kommt es in erster Linie auf die Montagerichtung (längs, quer) an. Diese Berechnung ergibt sich wie folgt:

Solarmodule hochkant verlegen

Dachlänge / Modulbreite
Dachbreite / Modullänge

9,8 Meter / 0,82 Meter = 11,95
5,8 Meter / 1,62 Meter = 3,58

Es können also elf Module nebeneinander und maximal drei Module übereinander montiert werden. Damit wird eine tatsächlich realisierbare Modulzahl erreicht:

11 * 3 = 33 Module

Insgesamt kann die PV-Anlage somit 33 x 180 Watt = 5.940 Watt oder 5,94 kWp groß dimensioniert werden.

Solarmodule quer verlegen

Dachlänge / Modullänge
Dachbreite / Modulbreite

9,8 Meter / 1,62 Meter = 6,05
5,8 Meter / 0,82 Meter = 7,07

Somit können sechs Reihen übereinander mit je sieben Modulen verlegt werden. Das sind insgesamt 42 Module. Diese ergeben eine Gesamtleistung von 7,560 kWp. Das Verlegen der Module in Querrichtung bietet in diesem Fall also eine deutlich höhere Leistung der PV-Anlage und sollte genutzt werden, wenn ein entsprechender Eigenverbrauch zu erwarten ist.

Welche Solarmodule auswählen?

Zusätzlich ist bei der Dimensionierung der PV-Anlage auf die Auswahl der passenden Solarmodule zu achten. Hier ergeben sich sehr große Unterschiede. Folgende Tabelle gibt eine grobe Aufstellung der bekanntesten Solarmodule und für welche Einsatzgebiete sie sich am besten eignen:

Art des Moduls Vor-/Nachteile Einsatzgebiet
Monokristalline Module + hoher Wirkungsgrad
- aufwändige Herstellung/hohe Kosten
Ideal für kleine Dachflächen durch hohe Leistung
Polykristalline Module - geringerer Wirkungsgrad
+ günstigerer Preis
Für private PV-Anlagen ausreichend
Dünnschicht-Module + günstiger Preis
- geringer Wirkungsgrad
Gut geeignet für sehr großflächige Anlagen
CIS-Solarmodule + hoher Wirkungsgrad
- sehr hoher Preis
Ungeeignet für private Anlagenbetreiber, da Preise zu hoch