Фотовольтаика

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Aktualisiert – Сентябрь 5, 2023

Rechtslage zum 01.01.2021

Seit dem 01.01.2021 ist das neue EEG (Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien) in Kraft getreten, so auch für Anlagen der Photovoltaik.

Demnach ist der Eigenverbrauch aus alten und neuen Photovoltaik Anlagen bis einschließlich 30 kWp von der EEG-Umlage befreit. Für einen Eigenverbrauch bis 7 kWp brauchen keine SmartMeter zur Datenerfassung installiert werden.

Vergütung für eingespeisten Strom

Die Einspeisevergütung sinkt mit zunehmender Leistung und zunehmendem Datum der Erstinbetriebnahme. D.h. je mehr die Anlage liefert und je später sie installiert wird, desto geringer ist die Vergütung.

Am 01.09.2021 in Betrieb genommene Anlagen werden mit 0,0725 Euro bei bis zu 10 kWp vergütet. Bei 0,30 .. 0,35 Euro je kWh für bezogenen Strom repräsentiert die Vergütung etwa 20% des für Strombezug zu zahlenden Preises. Ob sich eine Einspeisung lohnt, mag jeder für sich entscheiden.

Sinnvoller dürfte der vollständige Eigenverbrauch sein.

Auswahl der PV-Module

Während früher PV-Module x-fach teurer und weit weniger leistungsfähig waren, ist die Vielfalt der heute verfügbaren Bauformen, Leistungen, Wirkungsgrade, etc. riesig.

Den Goldenen Mittelweg zu finden ist nicht leicht, aber realisierbar.

Man wähle einen renommierten Hersteller, eine Bauform, die mit wenigen Modulen auskommt, einen möglichst hohen Wirkungsgrad bietet und der Wunschleistung möglichst nahe kommt.

Die Bauform ist i.d.R. rechteckig, unterscheidet sich aber in Breite und Länge der Module. Die verfügbare Fläche ist also der limitierende Faktor bei der Wahl der Modulgröße. Baut man mehrere Reihen, muss man die Verschattung der hinter der ersten Reihe liegenden Module berücksichtigen. Man muss entsprechend Abstand zwischen den Modulreihen einplanen, damit bei tieferem Sonnenstand kein Schattenwurf auf die Folgereihe entsteht. Das minimiert die nutzbare Fläche.

Die Ermittlung der erforderlichen Abstände lässt sich mittels Software, einfacher per Zeichnung umsetzen.

Die dafür nötigen Daten sind:

• geogr. Länge / Breite des Installationsortes
• Azimut der Sonne zur WInter-Sonnenwende 12:00 Uhr
• Aufständerungshöhe der Moduloberkante
• Aufständerungswinkel (i.d.R. 30°)

Eine gute Dokumentation hierzu bietet diese Arbeit von Dr.-Ing. Volker Quaschning und Prof. Dr.-Ing. habil. Rolf Hanitsch. Wie meist, so ist ein optimales Ergebnis stets mit Mühe verbunden, sei es nur in Bezug auf die Einarbeitung in die theoretischen Betrachtungen, die die Grundlage hierfür bilden.

Stehen die gegebenen Parameter fest, gilt es jetzt die passenden Module ausfindig zu machen. Bei maximal 7 kW bieten sich 20 Module zu je 350W an, die in 2 Strings zu je 10 Modulen verschaltet werden können.
Ein String bezeichnet eine Reihenschaltung von Modulen. Bei einer beispielhaften Modul-MPP (Maximum Power Point)-Spannung von 35 V ergibt sich eine Wechselrichter-Eingangsspannung von 350 V DC.

Die Anzahl möglicher Strings ergibt sich aus der Wahl des Wechselrichters. Kleine Wechselrichter verfügen nur über einen MPP Tracker und ermöglichen damit den Anschluss auch nur eines einzelnen Strings.

Kleines Wechselrichter 1×1

Zu unterscheiden sind grundsätzlich drei Typen von Wechselrichtern, solche, die netzgeführt oder netzunabhängig laufen, bzw. eine Kombination aus beiden Betriebsarten.

Netzgeführte Wechselrichter synchronisieren sich mit der 50 Hz Netzfrequenz. Fällt diese bei Stromausfall aus, stellen diese ihren Dienst für die Dauer des Netzausfalls ein.

Netzunabhängige Wechselrichter werden in sog. Inselanlagen, also eigenständigen PV-Anlagen eingesetzt, die nicht an das öffentliche Netz angeschlossen sind.

Wechselrichter, die beide Betriebsarten in sich vereinen werden als Hybrid-Wechselrichter bezeichnet. sie sind einerseits am öffentlichen Netz angeschlossen, aber auch, über sog. MPPT-Regler, an Batterien, die seitens der gleichfalls angeschlossenen PV-Module bei Sonneneinstralung geladen werden. Bei einem Netzausfall schaltet der Hybrid-Wechselrichter einfach auf Batteriebetrieb um und hält damit die Stromversorgung im Rahmen seiner Lastgrenzen aufrecht. Ist das öffentliche Netz wieder verfügbar, schaltet er auf Batterie-Ladung um.

Technische Wechselrichter-Details

Als Wechselrichter kann ein dreiphasiges Gerät gewählt werden, z.B. ein Kostal Piko IQ 8.5 zu knapp 2.000 Euro. Einphasige Geräte sind nur bis 5 kW verfügbar, wie z.B. der Kostal Piko MP plus 5.0-2 zu etwa 1.200 Euro.

Beide Geräte verfügen über je zwei MPP Tracker (Anschluss von zwei Strings).

Welche Daten sind für die Wahl eines Wechselrichters relevant?

Eingangsphasen

Kleinere Wechselrichter bis ca. 5 kW bieten i.d.R. eine Phase, größere drei Phasen. Für den netzseitigen Anschluss benötigt man bei einem einphasigen Anschluss ein dreiadriges, bei dreiphasigem Anschluss ein fünfadriges Kabel.

AC Nennleistung

Die AC Nennleitung bezeichnet die maximale Leistung des Wechselrichters und damit auch die höchste installierbare PV-Leistung. Es dürfen also nicht mehr PV-Module an einen Wechselrichter angeschlossen werden, als dessen AC Nennleistung ausweist.

Anzahl MPP Tracker

Die Anzahl der verfügbaren MPP Tracker eines Wechselrichters bestimmt die Zahl der anschließbaren Strings. Kleinere Wechselrichter verfügen meist nur über einen MPP Tracker, größere über zwei oder mehr. Je mehr MPP Tracker installiert sind, desto teurer sind die Wechselrichter.

MPP Bereich

Der hier angegebene DC Spannungsbereich definiert die maximal mögliche DC Eingangsspannung am MPP Tracker. Die addierten DC Spannung aller in einem String in Serie zusammengefassten Module darf die Obergrenze nicht überschreiten. Ist der Bereich z.B. mit 360 .. 600 V angegeben, ist beim PV-Modul die MPP Spannung mit 35V beschrieben, ergibt 600 / 35 = 17,14, sind also maximal 17 Module in Serie als ein String möglich.

Eingangsstrom

Der Eingangsstrom gibt die Summe aller Stringströme an, die sich aus Addition der MPP Ströme eines Moduls eines jeden Stranges ergibt. Hat ein PV-Modul einen MPP Strom von 9,92 A und werden zwei Stränge installiert, ergibt sich aus 9,92 + 9,92 ein Eingangsstrom von 19,84 A.
Angenommen der Wechselrichter verträgt nur maximal 16 A, dann müssen in dem zweiten Strang Module mit einem MPP Strom von maximal 16 – 9,92 = 6,08 A verbaut werden.

Leerlaufspannung

Die Leerlaufspannung von PV Modulen liegt immer über der MPP Spannung. Bei niedrigen Außentemperaturen ist sie höher, bei hohen Temperaturen niedriger. Weist der Wechselrichter eine maximale Leerlaufspannung von z.B. 750 V aus, darf die Modul Leerlaufspannung bei 17 verbauten Modulen 750 / 17 = 44 V nicht überschreiten.

Эффективность

Der Wirkungsgrad beschreibt die Effizienz, mit der ein Wechselrichter die eingehende Gleichspannung in ausgehende Wechselspannung umwandelt. Da jedoch mit schwankender Sonnenintensität auch der Wirkungsgrad variiert, ist für eine korrekte Auslegung die Kenntnis der Spannungsabhängigkeit von Bedeutung. In der Regel geht eine geringere Spannung mit einem höheren Wirkungsgrad einher.
In diesem Zusammenhang ist also das Ausreizen der oberen Grenzspannung des MPP-Bereichs weniger effizient. Besser ist daher die Konfiguration mit mehreren Strings, was allerdings einen höheren finanziellen Aufwand bei der Anschaffung des Wechselrichters bedeutet.