Photovoltaik-anlagen - Technik, Eigenverbrauch und Speicherung - CARMEN eV
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Centrales Agrar-Rohstoff Marketing- und Energie-Netzwerk Photovoltaik- anlagen Technik, Eigenverbrauch und Speicherung
Photovoltaik-
anlagen
Technik, Eigenverbrauch und
Speicherung
Einleitung Bezugspreises für Haushaltsstrom Technische Grundlagen und
liegen. Damit gewinnen, vor allem Entwicklung
Mit über 1.500 Sonnenstunden pro bei Neuinvestitionen in Photovolta-
Jahr verfügt Deutschland über ein ikanlagen, die Steigerung des Ei- Das Kernstück einer Photovol-
hohes Potenzial für die Stromerzeu- genverbrauchs und der Einsatz von taikanlage stellt die Solarzelle dar.
gung durch Photovoltaik (PV). Die Batteriespeichern an Bedeutung. Dort wird die Strahlungsenergie
Technologie deckt mit ca. 46 Ter- der Sonne durch Nutzung des so-
rawattstunden bisher über das Jahr genannten Photoeffektes in elektri-
hinweg betrachtet bereits über 10 sche Energie umgewandelt. Meh-
Prozent des gesamten Strombedarfs rere Solarzellen werden zu einem
in Deutschland – mit deutlichen
Ausbaumöglichkeiten. An sonnigen
Tagen erhöht sich dieser Anteil zeit- Der Photoeffekt
weise auf 50 Prozent des momen-
tanen Stromverbrauchs (Fraunhofer Der Photoeffekt beschreibt
ISE 2020). einen Prozess der Wechsel-
wirkung von Photonen mit
Maßgeblich für den steigenden An- Materie. Bei diesem Prozess
teil sind neben der Einspeisevergü- wird ein Photon von einem
tung nach dem Erneuerbaren-Ener- Elektron absorbiert und das
gien-Gesetz (EEG) im Wesentlichen Elektron so aus der beste-
die stark gesunkenen Investitions- henden Bindung gelöst.
kosten für PV-Anlagen. Inzwischen Durch den Aufbau der Zel-
ist der spezifische Anlagenpreis so le wird das freie Elektron in
niedrig, dass die Erzeugungskos- Bewegung versetzt. Dadurch
ten für Solarstrom kleiner Haus- entsteht ein Stromfluss.
anlagen deutlich unterhalb des
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PV-Modul zusammen geschaltet.
Durch technologische Fortschritte
sind die Module widerstandsfähiger
geworden und weisen einen lang-
sameren Alterungsprozess als noch
vor einigen Jahren auf. In der Regel
wird ein Zeitraum von 20 Jahren
als übliche Nutzungsdauer für PV-
Anlagen angenommen, aber die
Module können weit darüber hin-
aus für die Stromproduktion genutzt
werden. Marktüblich für PV-Module Modul
sind Produkt- und lineare Leistungs- Wechselrichter
garantien von 20 bis zu 30 Jahren.
Ertragszähler
Eine Photovoltaikanlage kann auf
verschiedene Arten realisiert wer- Verbrauchszähler
den. Dabei stellen Freiflächenanla- Netzanschluss
gen und Dachanlagen die am wei-
test verbreiteten Anwendungen dar:
• Freiflächenanlagen
• Feste Aufständerung
• Nachführung mit automa-
tisierter Ausrichtung an den Abb. 1: Konventionelle netzgekoppelte PV-Dachanlage
Tagesverlauf der Sonne
Ausnahmen oder speziellen Einsatz- Stromspeicher im Heimbe-
• Dachanlagen bereichen, wie etwa in Berghütten, reich
• Aufdachmontage findet man auch sogenannte Insel-
• Flachdachaufständerung anlagen. Diese sind nicht an das öf- Die Stromerzeugung durch PV-An-
fentliche Stromnetz angeschlossen lagen unterliegt, wie auch diejenige
Daneben existiert noch eine Vielzahl und oft mit Energiespeichern oder anderer Erneuerbarer-Energie-An-
an Varianten und Sonderformen: weiteren Energieerzeugern kombi- lagen, witterungsbedingten, tages-
• Montage an Gebäudefassaden niert. und jahreszeitlichen Schwankun-
oder Schallschutzwänden gen. Strom kann also nicht immer
• In-Putz-PV: die Integration von Eine netzgekoppelte PV-Anlage genau dann produziert werden,
PV-Zellen direkt in die Wärme- (Abbildung 1) besteht grundsätz- wenn er im Haushalt gebraucht
dämmung eines Gebäudes lich aus dem Solargenerator (Zu- wird. Umgekehrt kann es zu einem
sammenschluss der PV-Module), erhöhten Stromangebot bei gleich-
• In-Dach-PV: die Nutzung von mindestens einem Wechselrichter, zeitig geringer Nachfrage kom-
PV-Modulen oder PV-Zie-
geln anstelle herkömmlicher einem Haus- und Netzanschluss men. Hier können Stromspeicher
Dachabdeckung sowie einem passenden Mess- und einen Ausgleich schaffen, indem sie
Zählersystem. Optional kann die Stromüberschüsse aufnehmen und
• Bifaziale Module: das einfallen- Anlage mit einem Monitoringsystem diese bedarfsorientiert wieder ab-
de Licht kann über die Vorder- zur Ertragsüberwachung, einem geben.
und Rückseite genutzt werden Batteriespeicheranschluss oder ei-
• Floating-PV: die schwimmende ner Elektroauto-Ladestation ausge- Die kleinste Einheit eines Batterie-
Installation auf stehenden Ge- stattet werden. speichersystems bildet die soge-
wässern nannte galvanische Zelle (vgl. Ab-
• Agri-PV: die kombinierte Flä-
chennutzung von Photovoltaik Smarte Messtechnik
und Landwirtschaft
Im Zuge des sogenannten „Smart-Meter-Rollouts“ sollen alle konventionellen
In aller Regel sind PV-Anlagen netz- Stromzähler bis spätestens zum Jahr 2032 entweder durch digitale („moder-
gekoppelt. Sie können entweder ne Messeinrichtung“) oder durch intelligente Stromzähler („intelligentes Mess-
den gesamten erzeugten Strom in system“) ersetzt werden. Moderne Messeinrichtungen speichern tagesgenaue
das öffentliche Stromnetz einspei- Stromverbrauchsdaten der vergangenen zwei Jahre. Intelligente Messsysteme
sen („Volleinspeiseanlagen“) oder hingegen erfassen die momentane Strombilanz im 15-Minuten-Takt und leiten
einen Teil des Stromes über die diese an den Messstellenbetreiber weiter. Mit diesen Daten wollen die Netzbe-
eigenen Leitungen nutzen und nur treiber langfristig Einfluss auf die Netzstabilität nehmen und für die Stromabneh-
den Überschuss ins Netz einspeisen mer werden variable Stromtarife ermöglicht.
(„Überschusseinspeiseanlagen“). In
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Abb. 2: Galvanische Zelle Abb. 3: Der Unterschied zwischen Nenn- und Netto-
kapazität eines Batteriespeichers
bildung 2). Diese besteht aus zwei Wirtschaftlichkeit und Nut- Wirtschaftlichkeit Photovoltaik
leitenden Elektroden (Kathode und zung des erzeugten Stroms
Anode) und einem Elektrolyten, in Während die Einspeisevergütung
dem sich Ionen frei bewegen kön- Für in das öffentliche Netz einge- vor etwa 10 Jahren bei über
nen. Die Elektroden sind durch speisten Strom aus PV-Anlagen an, 40 Cent pro eingespeiste Kilowatt-
einen Separator (Membran) von- auf oder in baulichen Anlagen so- stunde (ct/kWh) lag, liegt sie heute
einander getrennt, der für Ionen wie auf anderen geeigneten Flä- bei bis zu etwa 8 ct/kWh mit sinken-
durchlässig ist. In einer solchen Zel- chenkulissen erhalten Betreibende der Tendenz.
le finden elektrochemische Reaktio- nach dem EEG über einen Zeit-
nen statt, durch die Elektronen (e-) raum von 20 Jahren (zuzüglich des Trotzdem können PV-Anlagen auch
freigesetzt werden, die wiederum ei- restlichen Inbetriebnahmejahres) weiterhin eine Investition mit guter
nen Stromfluss erzeugen. Sind diese eine feste Vergütung. Die Art und Rendite sein, da die Installationskos-
Reaktionen umkehrbar (reversibel), Höhe der Vergütung ist abhängig ten in den letzten 15 Jahren um etwa
kann der Speicher sowohl be- als von der installierten Leistung, siehe 75 Prozent gesunken sind. Abbil-
auch entladen werden. auch §21 EEG 2021 und §48 EEG dung 4 stellt die Kostenentwicklung
2021: für schlüsselfertige Photovoltaik-
Die Nutz- oder Nettokapazität Dachanlagen bis zu 10 kWp im
eines Batteriespeichers wird in Kilo- • Bis 100 kWp: Verlauf der letzten Jahre dar.
wattstunden (kWh) angegeben. Sie feste Einspeisevergütung
beschreibt, welches Speicherver- Der PV-Stromertrag hängt maßgeb-
mögen tatsächlich genutzt werden • Ab 100 bis 300 kWp: ver- lich von der geographischen Lage
kann, wenn die zulässige Entlade- pflichtende geförderte Direktver- und den örtlichen Gegebenheiten
tiefe und die Beladungsgrenze (in marktung für die gesamte einge- ab. Die durchschnittlichen Erträge
Abbildung 3 rot dargestellt) einge- speiste Strommenge pro Jahr liegen zwischen 900 Kilo-
halten werden. wattstunden Strom pro Kilowatt ins-
• Ab 300 bis 750 kWp: (An- tallierter PV-Leistung (kWh/kWp) in
Die Nennkapazität (Gesamtkapazi- lagen, die auf bestehenden Dach- Norddeutschland und 1.250 kWh/
tät) beschreibt den maximal mögli- flächen, auf neuen Wohngebäuden kWp in Süddeutschland. In der Re-
chen Energieinhalt des Speichers. und landwirtschaftlichen Bauten, gel wurden Anlagen bisher für ei-
auf Lärmschutzwänden und sons- nen möglichst hohen Ertrag nach
Gängige Batterietechnologien für tigen baulichen Anlagen installiert Süden ausgerichtet. Zur verstärk-
den Einsatz in Verbindung mit einer werden) verpflichtende geförderte ten Deckung des Eigenverbrauchs
Photovoltaikanlage im Eigenheim- Direktvermarktung für 50 % der ein- hingegen kann eine Ost-/West-
bereich basieren derzeit auf Blei, Li- gespeisten Strommenge Ausrichtung sinnvoll sein. Damit
thium, Redox-Flow und Salzwasser. sinken zwar die Erträge insgesamt
Welche Technologie für den kon- • Bis 750 kWp: (geeignete und insbesondere um die Mittags-
kreten Einsatz geeignet ist, sollte im Freiflächenanlagen) verpflichtende zeit, erhöhen sich aber in den Mor-
Einzelfall betrachtet werden. geförderte Direktvermarktung für gen- und Abendstunden, in denen
die gesamte eingespeiste Strom- der Stromverbrauch in Haushalten
menge meist vergleichsweise hoch ist. Eine
Ost-West-Ausrichtung kann nicht
nur den Eigenverbrauchsanteil er-
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Abb. 4: Installationskosten für schlüsselfertige PV-Anlagen unter 10 kWp seit 2006 (eigene Abbildung nach
eigenen Daten sowie Bundesverband Solarwirtschaft e.V. 2016; Fraunhofer ISE 2020; scon-marketing GmbH
2020 & ub.de Fachwissen GmbH o.J.)
höhen, sondern durch die Vermin- Beispiel tungszeit erwirtschaften. Der Ei-
derung von hohen Einspeisespitzen genverbrauchsanteil kann durch
zu Mittagszeiten auch zur Stabilität In Abbildung 5 wird eine stark verschiedene Maßnahmen, wie den
des Stromnetzes beitragen. vereinfachte statische Amortisati- Einsatz eines Stromspeichers, zu-
onsrechnung dargestellt (Installati- sätzlich erhöht werden.
Um die Kosten einer PV-Anlage ein- on der fiktiven Anlage im Februar
schätzen zu können, stellt der Anla- 2021). Nicht berücksichtigt sind
genkomplettpreis (inklusive Module, dabei beispielsweise die Alterung
Anschlusskästen, Unterkonstruktion, der Module, die steuerliche Be- Stromspeicher
Wechselrichter, Verkabelung, An- handlung oder die Steigerung des
schluss, Transport, Gerüst, Montage, Strompreises über die Jahre. Die Um einen Batteriespeicher im Sinne
Inbetriebnahme und Einweisung) die Zahlen beruhen auf Durchschnitts- einer Wirtschaftlichkeit eigenver-
ausschlaggebende Größe dar. Ver- werten. brauchsoptimiert auszulegen, kann
gleichbar werden unterschiedliche folgende Faustformel angewendet
Solarmodule und Komplettanlagen Die beispielhaft dargestell- werden: Pro 1.000 kWh Jahres-
anhand der spezifischen Kosten in te Anlage wäre etwa nach stromverbrauch sollte der Batte-
Dachanlage Photovoltaik – Wirtschaftlichkeit
Euro (netto) pro Kilowattpeak instal-
lierter PV-Leistung (€/kWp).
13 Jahren amortisiert und könnte
etwa 1.000 Euro Einnahmen pro
riespeicher 1 kWh Nutzkapazität
aufweisen, wenn für jede kWh an
stark vereinfachtes Beispiel Jahr während der weiteren Vergü- Nutzkapazität mindestens 1 kWp
1
Stromerzeugung
ca. 10.500 kWh/a
Investitionskosten
10 kWp á 1.100 €/kWp Einspeisevergütung
9.000 kWh/a á 8,04 ct/kWh
ca. 11.000 €
ca. 724 €/a
Betriebskosten Summe
1 % pro Jahr,
Einsparung ca. 1.054 €/a
Eigenverbrauch: 1.500 kWh/a
ca. 110 €/a Einsparung: (30 – 8,04) ct/kWh
Befreiung EEG-Umlagepflicht
Zählerkosten ca. 330 €/a
ca. 100 €/a
11.000 €
Amortisationszeit = ≈ 13 a
1.054 €/a −110 €/a − 100 €/a
Abb. 5: Wirtschaftlichkeitsberechnung einer PV-Dachanlage – stark vereinfachtes Beispiel
Grundlagen Photovoltaik-Dachanlagen – Tabea Falter Bildquelle: C.A.R.M.E.N. e.V. 1
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Durch Stromspeicher-Investition zum Wegbereiter der Energiewende werden
• Wer für den Stromspeicher eine „netzdienliche Betriebsweise“ wählt, trägt zur Stabilität des Stromnetzes bei
– ein immer wichtiger werdendes Thema der Energiewende. Bei der netzdienlichen Betriebsweise wird zu Zeiten
der maximalen Einspeiseleistung der PV-Anlage, und somit auch zu Zeiten hoher Auslastung des Stromnetzes,
Strom in den Speicher eingespeichert. Somit kann die sogenannte „PV-Spitze“ zu Mittagszeiten erheblich abge-
senkt werden, was wiederum zur langfristigen Sicherung der Aufnahmefähigkeit des Netzes für PV-Strom beiträgt.
• Der Stromspeicher kann außerdem auf eine weitere Art und Weise zur Stabilität des Stromnetzes beitragen: Durch
die unbeständige Einspeisung der erneuerbaren Energieträger Wind und Sonne nehmen Schwankungen im Strom-
netz zu. Um das Netz und die 50 Hertz Netzfrequenz trotz dieser Bedingungen stabil zu halten, benötigen die
Netzbetreiber kurzfristig verfügbare Kapazitäten, die sogenannte Regelleistung. Stromspeicher sind sehr reakti-
onsschnell und können innerhalb von Sekunden auf Netzschwankungen reagieren. Sie können sowohl Strom in
das Netz abgeben als auch aufnehmen. Da kleine Stromspeicher einzeln jedoch nicht die erforderliche Mindest-
menge erbringen, gibt es verschiedene Anbieter, die dezentrale Speicher zu einem virtuellen Kraftwerk vernetzen
und steuern, um deren Leistung gebündelt zu vermarkten. Dadurch können Einnahmen mit dem Batteriespeicher
erwirtschaftet werden.
PV-Leistung installiert ist. Je nach Exkurs Je genauer das Lastprofil des Strom-
Ausrichtung der Photovoltaikanla- verbrauchs bekannt und prognosti-
ge, des Stromverbrauchs über den Ein positiver Einfluss auf die Wirt- zierbar ist, desto besser kann das
Tag hinweg oder der Art der Strom- schaftlichkeitsberechnung eines System ausgelegt werden. Da der
verbraucher kann sich das Verhält- Stromspeichers im industriellen Leistungspreis durch Peak Shaving
nis ändern. oder gewerblichen Einsatz ist ge- deutlich reduziert werden kann, ist
geben, wenn neben dem Preis für im Idealfall eine Amortisation be-
Die Kosten von Batteriespeicher- die bezogenen Kilowattstunden reits in wenigen Jahren möglich.
systemen können vergleichbar ge- (Arbeitspreis) ein sogenannter Leis-
macht werden, indem die Investi- tungspreis bezahlt werden muss. Für
tionskosten auf die Nutzkapazität dessen Berechnung in Euro je Kilo-
bezogen werden. Der Preis variiert watt (€/kW) wird die Spitze des Leis- Eigenverbrauchsoptimimerung
je nach eingesetzter Technologie tungsbedarfs, auch Peak genannt,
und den individuellen Eigenschaf- herangezogen. Je nach Preismodell Neben dem Be- und Entladen von
ten des Systems. wird dabei die höchste bezogene Batteriespeichern gibt es im Heim-
Leistung des Jahres oder die eines bereich weitere Möglichkeiten, um
Um die Wirtschaftlichkeit des Ein- Monats verwendet. Ein Stromspei- eine Erhöhung des Eigenver-
satzes eines Batteriespeichers zu cher kann dann zum sogenannten brauchs des erzeugten PV-Stroms
beurteilen, müssen sehr viele ver- „Peak Shaving“ genutzt werden, zu erreichen:
schiedene Faktoren berücksichtigt womit das Kappen von Leistungs-
werden, wie etwa die voraussicht- spitzen bezeichnet wird. Bei hohem Durch den Einsatz von Energiema-
liche Lebensdauer des Speichers, Leistungsbedarf, also zu „Peak-Zei- nagementsystemen (EMS) kön-
die Betriebskosten, der Systemwir- ten“ wird die gespeicherte Sonnen- nen die Einschaltzeiten von elektri-
kungsgrad, die Entladetiefe, die An- energie aus dem Batteriespeicher schen Geräten mit der Produktion
zahl der Vollzyklen pro Jahr sowie entnommen, statt den Strom aus von Solarstrom zusammengebracht
der Strombezugspreis. dem Netz zu beziehen. Dabei ist die werden. EMS erfassen die Strom-
richtige Dimensionierung des Spei- erzeugung der PV-Anlage sowie
Manche Aspekte eines Batteriespei- chers von wesentlicher Bedeutung. den Stromverbrauch im Haushalt
chers lassen sich schwer in eine
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ein- Anschaffung eines Batteriespeichersystems
beziehen. So kann beispielsweise
im Falle eines Stromausfalles ein Die Überlegung ob ein Batteriespeichersystem angeschafft wird, sollte auf
Batteriespeicher mit Notstromfunk- Grundlage von mehreren Kostenvoranschlägen getroffen werden. Ebenso
tion die elektrische Versorgung im gilt es die Finanzierung und mögliche Fördermittel vorab zu klären. Bei ei-
Haus aufrechterhalten. Bei PV-An- ner Inanspruchnahme von Fördermöglichkeiten muss in der Regel vor einer
lagen, die wie oben beschrieben Auftragserteilung auf den Bewilligungsbescheid oder eine Zustimmung zum
als Inselsysteme ausgeführt sind, Maßnahmenbeginn gewartet werden.
verhelfen Batteriespeicher zu einer
deutlichen Erweiterung der Zeit, in Ausführliche Informationen zu den Kenngrößen von Speichersystemen fin-
der Strom zur Verfügung steht. den Interessierte in der C.A.R.M.E.N.-Marktübersicht Batteriespeicher
auf der C.A.R.M.E.N.-Homepage.
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(z. B. der Waschmaschine) und PV-
Anlagenbetreibende können über
PC, Tablet oder Smartphone eine
Visualisierung erhalten sowie erken-
nen, wann wie viel Eigenstrom ge-
nutzt wird oder verloren geht. Eine
Anpassung der Einsatzzeit zur Stei-
gerung des Eigenverbrauchs kann
dann entweder direkt über das EMS
oder über Zeiteinstellungen an den
Geräten vorgenommen werden.
Darüber hinaus existieren mitt-
lerweile Smart-Home-Lösungen,
die Geräte je nach Verhältnis von
Stromverbrauch und -erzeugung
vollautomatisch regeln.
Um Elektrogeräte steuerbar zu
machen, müssen diese ebenfalls Abb. 6: Reinigung einer PV-Anlage mit einer Bürstenwalze
„smart“ oder mit entsprechenden
Funkempfängern ausgestattet sein. Wenn neben einer PV-Anlage auch und nach Bedarf Reinigungen und
ein Elektrofahrzeug im Haushalt Instandhaltungsmaßnahmen durch-
Aus wirtschaftlichen Gründen kann vorhanden ist, kann PV-Strom direkt geführt werden.
es interessant sein, selbst produ- in den Speicher des E-Mobils flie-
zierten Photovoltaikstrom für die ßen, anstatt in das öffentliche Netz
Erzeugung von Wärme einzusetzen. eingespeist zu werden. Je nachdem,
Dieser Prozess wird als Power-to- wann das Fahrzeug mit der PV-An- Reinigung
Heat (PtH) bezeichnet und die da- lage verbunden werden kann und
mit einhergehende Verbindung von wie hoch die Fahrleistung ist, rei- Verschmutzungen auf Photovoltaik-
Strom- und Wärmerzeugung als chen die im E-Mobil gespeicherten anlagen entstehen durch:
Sektorenkopplung. Solarstrommengen für den Alltags-
betrieb komplett aus. • Blätter, Baumnadeln oder Blü-
• Eine einfache Möglichkeit be- tenpollen,
steht darin, einen Heizstab in Gegebenenfalls kann das Laden • Schmutzpartikel aus der Luft,
den bestehenden Warmwasser- des Fahrzeugs auch zum Wochen- • Vogelkot, der außerdem die
Pufferspeicher einzuschrauben ende hin verschoben werden. Für Moduloberfläche angreifen
(entsprechende Muffen sind eine jährliche Fahrleistung von kann, sowie
häufig vorhanden). Ein regelba- 10.000 km wird eine Energiemen-
rer Heizstab ermöglicht es, die ge von 1.500 bis 2.000 kWh benö- • Moose oder Flechten.
Leistungsaufnahme abhängig tigt. In Zukunft soll es auch möglich Grundsätzlich tritt bei ausreichend
von der Stromlieferung durch sein, die Batterie von Elektroautos geneigten Modulen durch die Witte-
die PV-Anlage zu variieren. mittels sogenannter bidirektionaler rung ein gewisser Selbstreinigungs-
Anbindung als Stromspeicher für effekt ein. Leichte Verschmutzungen
• Eine weitaus effizientere Vari- die Stromversorgung des Hauses zu werden durch Regen und Schnee
ante der PtH-Anwendung im Ei- nutzen. von den Solarmodulen weggespült.
genheim stellt die Kombination Sollte die Selbstreinigung allerdings
einer PV-Anlage mit einer Wär- nicht wie gewünscht eintreten, müs-
mepumpe dar. Dadurch kann sen die Verschmutzungen durch
hochwertige elektrische Energie Betrieb der Photovoltaikan- eine manuelle Reinigung entfernt
genutzt werden, um ein Mehrfa- lage werden. Der Reinigungsaufwand
ches an Umweltwärme aus Luft, sollte dabei gegen die beobach-
Erde oder Grundwasser bereit- Während die Anlage und deren In- tete Ertragsminderung abgewogen
zustellen. stallation einen erheblichen Investi- werden.
tionsaufwand darstellen, verursacht
• Um die Kommunikation zwi- der laufende Betrieb einen relativ Eine sachgerechte Reinigung sollte
schen der PV-Anlage und der geringen Aufwand. Allerdings kön- mit entkalktem, temperiertem Was-
Wärmepumpenheizung zu er- nen Verschattungen, Verschmut- ser, einer weichen Bürste und am
möglichen, statten viele Herstel- zungen und Defekte der Anlage zu besten ohne den Einsatz von Rei-
ler die Wärmepumpen mit einer erheblichen Stromertragseinbußen nigungsmittel erfolgen. Generell
Smart-Grid-Ready-Funktionali- führen. Nach Möglichkeit sollten empfiehlt es sich, für die Solarmo-
tät („SG-ready“) aus. deshalb regelmäßig Wartungen dulreinigung einen Fachbetrieb zu
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Zeitraum Maßnahme
Täglich Kontrolle der Betriebsanzeigen auf Fehlermeldungen
Erfassung der Zählerstände und Vergleich der Erträge zum Vormonat bzw.
Monatlich zum Vorjahreswert zur frühzeitigen Erkennung von aufgetretenen Fehlern
Monatlich/ mehrmals Sichtkontrolle aller Anlagenkomponenten auf offensichtliche Mängel wie lose
im Jahr/ nach starken Kabel, Schäden an der Kabelisolierung, Glasbruch oder Rahmenschäden am
Wetterereignissen Modul
Überprüfung der Gesamtanlage, z. B. über Isolationsprüfung, Strangprüfung,
Spätestens alle 4 Jahre Kennlinienmessung und Thermografie
Tab. 1: Welche Wartungsarbeiten sind wann erforderlich?
Rate zu ziehen. So verhindert man Wartung und Instandhaltung kön- Ü20- oder Post-EEG- genannten
potenzielle Modulbeschädigungen nen ebenfalls mit einem Fachbe- ausgeförderten Anlagen, weiter um
und mindert die Unfallgefahr bei trieb vertraglich für einen längeren Anlagen im Sinne des EEGs mit ein-
der Reinigung. Zeitraum vereinbart werden. hergehenden Rechten und Pflichten.
Nach aktueller Gesetzeslage (EEG
2021) existiert eine Anschlussrege-
lung für ausgeförderte Anlagen bis
Wartung und Instandhaltung Ausgeförderte Anlagen: Wei- zu 100 kWp. Für den Weiterbetrieb
terbetrieb, Rückbau und Re- einer ausgeförderten Anlage emp-
Um über die lange Lebensdauer der cycling fiehlt es sich, den Zustand der PV-
PV-Module den bestmöglichen Stro- Anlage dahingehend zu erfassen
mertrag zu erzielen, aber auch, um Das Erneuerbare-Energien-Gesetz und zu bewerten, ob die Anlage aus
die Betriebssicherheit der gesamten (EEG) räumt Strom aus regenerati- technischer Sicht noch für mehrere
Anlage zu gewährleisten und den ven Energiequellen und somit auch Jahre sinnvoll weiter betrieben wer-
Versicherungsschutz nicht zu riskie- aus PV-Anlagen einen Vorrang bei den kann. Unverhältnismäßig teure
ren, sind darüber hinaus Wartun- der Einspeisung in das öffentliche Reparaturen lassen einen weiteren
gen und Instandhaltungen unerläss- Stromnetz gegenüber konventionel- wirtschaftlichen Betrieb nicht zu.
lich. Während kleinere Kontrollen lem Strom ein. Außerdem erhalten Betriebskosten wie etwa Versiche-
auch von den Anlagenbetreibenden PV-Anlagen über einen Zeitraum rungskonditionen, Zählergebühr
selbst durchgeführt werden können, von 20 Jahren (zuzüglich des rest- und mögliche Umrüstkosten sind
muss für die Prüfung der Gesamt- lichen Inbetriebnahmejahres) für ebenfalls in diese Überlegungen
anlage und Behebung elektrischer den eingespeisten Strom eine feste miteinzubeziehen.
Mängel eine Fachkraft hinzugezo- Vergütung. Nach diesem Zeitraum
gen werden. Die Fernüberwachung, handelt es sich bei diesen, auch
Ende der EEG-Vergütung
Möglichkeit zur Stromnutzung mit „neuer
Durchführen eines Anlagen-Checks
EEG-Vergütung für ausgeförderte Anlagen“
Demontage durch einen
Volleinspeisung Überschusseinspeisung Direktlieferung/
Fachbetrieb
Direktvermarktung
Einspeisung der Umstellung auf
gesamten Eigenverbrauch; Restl. Belieferung eines Dritten
Strommenge in das Strommenge kann ohne/mit Nutzung des Zweitmarkt Recycling
öffentliche eingespeist oder öffentlichen Stromnetzes
Stromnetz anderweitig vermarktet
werden
Abb. 7: Überblick über Möglichkeiten für ausgeförderte Anlagen
8
Eine Möglichkeit für den Weiterbe- Vermarktungskosten zu beachten. Gut zu wissen!
trieb wäre, den gesamten erzeugten Eine weitere Möglichkeit zur Strom-
Strom weiterhin in das öffentliche nutzung ohne EEG-Vergütung ist Früher wurden häufig Cadmium-
Stromnetz einzuspeisen. Die Anla- die Direktlieferung an Dritte, bei Tellurid-Module (CdTe-Module)
genbetreibenden erhalten dafür die der ein individueller Strompreis eingesetzt, deren Bestandteile
sogenannte „Neue Einspeisever- ausgehandelt wird und der Strom als umweltschädlich gelten. Der
gütung für ausgeförderte Anlagen“ nur über eigene Leitungen geleitet Rückgewinnungserfolg beträgt für
i.d.H. des Jahresmarktwertes Solar wird. In diesem Fall müssen außer das Glas etwa 90 Prozent und für
(vgl. § 23b EEG 2021) abzüglich der EEG-Umlage und relevanten Cadmium und Tellurid etwa 95
einer Art Vermarktungsgebühr. Die Steuern keine Netzentgelte oder Prozent. Beim toxischen Cadmium
verbleibende Vergütungshöhe wird netznutzungsabhängige Umlagen sind eine hohe Rückgewinnung
dabei im niedrigen einstelligen gezahlt werden. Bei einer Anla- und ein möglichst geschlossener
Cent-Bereich pro kWh liegen. Die- ge mit einer Leistung von maximal Rohstoffkreislauf wesentlich, um
se Regelung gilt seit 01.01.2021 zwei Megawatt mit der Entnahme- negative Einflüsse auf die Umwelt
und vorerst bis 31.12.2027. Aus- stelle in einem Radius von maximal zu verhindern. Mittlerweile wurde
geförderte Anlagen gehen zum 4,5 Kilometern kann zudem die diese Modultechnologie allerdings
Jahreswechsel automatisch in diese Stromsteuer entfallen. PV-Anlagen- weitgehend durch Silizium-Modu-
Anschlussvariante über, sollten die betreibende werden bei der Direkt- le abgelöst.
Anlagenbetreibenden keine gegen- lieferung rechtlich zum Elektrizitäts-
teilige Meldung beim Netzbetreiber versorgungsunternehmen, was mit
einreichen. verschiedenen energierechtlichen
Pflichten eingehergeht (EEG 2021). entsorgt werden. Die Pflicht zu ei-
Eine weitere Möglichkeit, die sich ner sachgerechten Entsorgung von
durch die Regelungen des EEG Sollte ein Weiterbetrieb der PV- Modulen liegt laut der europäi-
2021 ergibt, ist es, die ausge- Anlage wirtschaftlich uninteressant schen Richtlinie zur Entsorgung von
förderte Volleinspeiseanlage auf oder aus technischen Gründen Elektro- und Elektronikgeräten, kurz
eine Überschusseinspeiseanlage nicht möglich sein, ist die Demon- WEEE (Waste Electrical and Electro-
umzurüsten. Dabei fällt für den tage durch einen Fachbetrieb eine nic Equipment), bei den Herstellern
eigenverbrauchten Strom aus An- Option. Die Anlage sollte dann und Importeuren. Vorgeschrieben
lagen bis zu 30 kWp in der Praxis entweder dem Recycling oder dem ist allerdings nicht die Abholung bei
keine anteilige EEG-Umlage an. Zweitmarkt zugeführt werden. Die den Endkunden, wodurch diese für
Für den Überschussstrom erhalten nun freigewordene Fläche kann die Demontage der Anlage und die
die Anlagenbetreibenden die An- (nach vorheriger Überprüfung des Anlieferung der Module an Sam-
schlussvergütung, analog zu einer Dachzustands) für eine neue PV- melstellen, z.B. an Werkstoffhöfen,
ausgeförderten Volleinspeiseanla- Anlage genutzt werden. Aufgrund zuständig sind. Die Entsorgung er-
ge. Zu beachten ist, dass bei der der technischen Weiterentwicklung folgt nach den Vorgaben des Elek-
Umstellung einer Volleinspeisean- ist es möglich, bei gleicher Dachflä- trogesetzes (Gesetz über das Inver-
lage auf Überschusseinspeisung che eine Anlage mit signifikant hö- kehrbringen, die Rücknahme und
Umrüstkosten zu erwarten sind. Ist herer Leistung zu deutlich geringe- die umweltverträgliche Entsorgung
die elektrische Anlage des Hauses ren Kosten zu realisieren. Mit einer von Elektro- und Elektronikgeräten).
schon älter, muss gegebenenfalls Neuanlage kann erneut eine EEG- Zu recycelnde PV-Module können
ein Überspannungsschutz einge- Einspeisevergütung in Anspruch ge- in haushaltsüblichen Mengen (zwi-
baut oder der Sicherungskasten nommen werden. schen 20 bis 50 Modulen) kosten-
getauscht werden. Hier sollten die frei an geeigneten Sammelstellen
Umrüstkosten mit den zu erwartba- Für Photovoltaik-Anlagen existieren abgegeben werden. Eine solche
ren Einsparungen durch vermiede- mittlerweile diverse Zweitmarkt- Sammelstelle kann über den Han-
ne Strombezugskosten wirtschaftlich Plattformen, über die noch funk- del oder den öffentlich-rechtlichen
abgeglichen werden. tionsfähige Anlagen, bzw. PV-Mo- Entsorgungsträger (örE) in Erfah-
dule unkompliziert verkauft werden rung gebracht werden. Alle PV-Mo-
Abbildung 7 gibt einen Überblick, können. Der Zweitmarkt bietet PV- dulhersteller müssen ihre Produkte
wie der Weiterbetrieb von ausgeför- Anlagenbetreibenden die Möglich- mittlerweile vor Inverkehrbringen
derten Anlagen umgesetzt werden keit, z. B. bei Defekten oder Dieb- bei der Stiftung „ear“ (Stiftung Elek-
kann. stahl ältere Modultypen oder nicht tro-Altgeräte Register) registrieren
mehr lieferbare Module zu ersetzen. und eine insolvenzsichere Garantie
Sollte von der neuen Einspeisever- für die Entsorgung leisten.
gütung nicht Gebrauch gemacht
werden können oder wollen, kann Durch Recycling von PV-Modu-
der Strom auch an ein Direktver- Recycling von PV-Modulen len können wertvolle Materialien
marktungsunternehmen verkauft zurückgewonnen werden, was zur
werden, welches den Strom an- Ist die Anlage nicht für einen Wei- Schonung der teils knappen Res-
schließend vermarktet. Hierbei sind terbetrieb oder den Zweitmarkt sourcen beiträgt.
dafür nötige Umrüst- und fällige geeignet, muss sie fachgerecht
9
Recycling von Batteriespeichern Quellen
• Blei: Für Blei-Batterien existieren bereits aus der Automobilindustrie Bundesministerium für Wirtschaft und
stammende ausgereifte Aufbereitungs- und Recyclingmöglichkeiten. Energie (BMWi) (2020): Häufig
• Lithium: Beim Recycling von Lithium-Batteriespeichern kommen ver- gestellte Fragen rund um Smart
schiedene physikalische und chemische Verfahren zum Einsatz. Dadurch Meter. Abrufbar unter: https://www.
können eingesetzte Wertmetalle wie Lithium, Mangan, Nickel, Cobalt bmwi.de/Redaktion/DE/FAQ/Smart-
oder Kupfer fast vollständig zurückgewonnen werden. Industrielle Pro- Meter/faq-smart-meter.html (letzter
zesse zur Wiederverwendung der Elektrolyte befinden sich aktuell in der Abruf 09.11.2020).
Grundlagenforschung.
• Redox-Flow: Die Elektrolyte von Redox-Flow-Batterien können vollstän- Bundesverband Solarwirtschaft e.V.
dig regeneriert werden, ohne Metallsalz-Verluste in Kauf nehmen zu (BSW-Solar) (2016): Photovoltaik-
müssen. Diese Recyclingprozesse befinden sich aber aktuell noch weit- Preismonitor Deutschland. Abrufbar
gehend in der Entwicklung. unter: https://www.solarwirtschaft.
• Salzwasser: Auch bei Stromspeichern auf Salzwasserbasis gibt es bereits de/presse/marktdaten/ (letzter
Recyclingansätze. Einzelne auf dem Markt befindliche Produkte weisen Abruf: 09.11.2020).
beispielsweise ein sogenanntes Cradle-to-Cradle-Zertifikat auf. Das
Ziel von Cradle-to-Cradle-Produkten ist eine durchgängige und konse- Deutscher Wetterdienst (o. J.):
quente Kreislaufwirtschaft. Globalstrahlungskarten, Monats-
und Jahressummen. Abrufbar unter:
https://www.dwd.de/DE/leistungen/
solarenergie/lstrahlungskarten_
Die Masse eines PV-Moduls wird sen, auch wenn es gelänge, den su.html (letzter Abruf: 09.11.2020).
maßgeblich durch das verwende- Energieverbrauch deutlich zu redu-
te Glas bestimmt. Je nach Modul- zieren. Erneuerbare-Energien-Gesetz - EEG
typ ergibt sich ein Glas-Anteil von 2021 (2014): Gesetz für den
65 bis 95 Prozent, ein Aluminium- Der Großteil des Zubaus von PV- Ausbau erneuerbarer Energien.
Anteil von 10 bis 12 Prozent, der Anlagen sollte auf Dächern er- Bundesministerium für Wirtschaft
Silizium-Anteil beträgt typischerwei- folgen, um Eingriffe in Natur und und Energie.
se 3 bis 4 Prozent und etwa 1 bis Landschaftsbild minimal zu halten.
11 Prozent sind Kunststoffe. Zu etwa Dennoch stellen PV-Freiflächenan- Fraunhofer ISE (2020): Aktuelle Fakten
einem Prozent findet man noch wei- lagen durch Skaleneffekte und den zu Photovoltaik in Deutschland.
tere Materialien wie Gold, Blei, Sil- einfachen Bau die Realisierungs- Abrufbar unter: https://www.ise.
ber und Kupfer. form mit den geringsten spezifi- fraunhofer.de/content/dam/ise/de/
schen Kosten dar. Trotz der in sehr documents/publications/studies/
Der Recyclingprozess besteht im geringem Maße verursachten Flä- aktuelle-fakten-zur-photovoltaik-
Wesentlichen aus drei Schritten: chenversiegelung können sie einen in-deutschland.pdf (letzter Abruf:
• Schreddern und Brechen, positiven Einfluss auf die Biodiversi- 09.11.2020).
tät von Landschaften haben.
• Leichtstofftrennung sowie scon-marketing GmbH (2020):
• Metallsortierung. Der Beitrag von PV-Anlagen für un- Solaranlagen-Portal. So viel kostet
ser Energiesystem kann noch gestei- 2020 eine Photovoltaikanlage.
Kunststoffteile, Kabelisolierung und gert werden, wenn es gelingt, wirt- Abrufbar unter: https://www.
Folien werden thermisch verwertet. schaftlich sinnvoll und ökologisch solaranlagen-portal.de/
tragfähig Batteriespeicher zur Spei- photovoltaik/preis-solar-kosten.
Damit ein Recycling nicht nur tech- cherung des Stroms in großer Zahl html#! (letzter Abruf: 09.11.2020).
nisch möglich, sondern auch wirt- zu installieren. Mit einer PV-Anlage
schaftlich sinnvoll durchzuführen ist, auf dem eigenen Dach kann aber Sterner, M. (2014): Energiespeicher –
werden ausreichend hohe Rücklauf- auch jeder Haushalt nicht nur ef- Bedarf, Technologien, Integration.
mengen benötigt. Dies gilt nicht nur fektiv zur Energiewende beitragen, Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
für das Recycling von PV-Modulen, sondern nebenbei noch die Strom-
sondern auch für das von Batterie- rechnung reduzieren. ub.de Fachwissen GmbH (o.
speichern. J.): Preisentwicklung für
Photovoltaikanlagen. Abrufbar
unter: https://www.photovoltaik.
org/wirtschaftlichkeit/
Ausblick preisentwicklung (letzter Abruf:
09.11.2020).
Strom aus Photovoltaik wird aus
Klimaschutzgründen in der Zukunft
einen wesentlichen Teil zu unserer
Energieversorgung beitragen müs-
10Notizen
11Centrales Agrar-Rohstoff Marketing- und Energie-Netzwerk e.V.
C.A.R.M.E.N. e.V., das Centrale Agrar-Rohstoff Marketing- und Energie-
Netzwerk, wurde am 6. Juli 1992 in Rimpar bei Würzburg durch den
Freistaat Bayern gegründet. Anfang 2001 wurde der eingetragene Verein
Teil des Kompetenzzentrums für Nachwachsende Rohstoffe (KoNaRo) mit
Sitz in Straubing. Seit 2012 unterstützt C.A.R.M.E.N. e.V. zudem aktiv die
Umsetzung der Ziele der Energiewende.
Der von 75 Mitgliedern getragene Verein beschäftigt aktuell 40 Mitarbei-
tende. Diese befassen sich mit den Themen biogene Festbrennstoffe, Bio-
gas und übrige Erneuerbare Energien sowie Mobilität, Stoffliche Nutzung,
Bioökonomie, Energieeffizienz, Akzeptanz und Öffentlichkeitsarbeit.
Die Einbindung in das KoNaRo bietet günstige Voraussetzungen für die
Arbeit des Netzwerks. C.A.R.M.E.N. e.V. ist zwar zunächst eine bayeri-
sche Einrichtung, doch die Aktivitäten reichen längst über Landes- und
Bundesgrenzen hinaus.
Dienstleistungen
C.A.R.M.E.N. e.V. bietet unterschiedliche Dienstleistungen für land- und
forstwirtschaftlich Beschäftigte, Kommunen und die öffentliche Hand,
Forschung, Unternehmen sowie Privatpersonen an. Die Beschäftigten
tragen mit ihrem Fachwissen und ihren Erfahrungen zur Umsetzung und zum Gelingen verschiedenster Vorhaben
bei. Die Erstinformation ist eine kostenfreie Dienstleistung des Netzwerks. Auch für Veranstaltungen Dritter stehen
die Mitarbeitenden als Referenten und Kontakt u. a. rund um die Themen Bioenergie, Solarenergie, Windenergie,
Stromspeicherung, Energieeffizienz, Akzeptanzmanagement und stoffliche Nutzung zur Verfügung.
• Unabhängige Beratung und Projektbegleitung:
Einschätzungen zur Wirtschaftlichkeit, fachliche und methodische Unterstützung und
Optimierung von Projekten, z. B. bei der Realisierung von Energiekonzepten in Kommunen
• Umfangreiche Publikationen und Informationsangebote:
Broschüren, Pressemitteilungen, Fachartikel, Tagungsbände sowie
Internetpräsenz mit aktuellen Informationen, Branchenverzeichnissen,
Terminkalender u.v.a.
• Informationsveranstaltungen und Fachtagungen
• Messeauftritte und -beteiligungen, Ausstellungen, Führungen,
Exkursionen
Herausgeber: C.A.R.M.E.N. e.V.,
Centrales Agrar-Rohstoff Marke-
ting- und Energie-Netzwerk
Schulgasse 18 · 94315 Straubing
Tel.: 09421 960 300 · Fax -333
E-Mail: contact@carmen-ev.de
Internet: www.carmen-ev.de
V.i.S.d.P.: Edmund Langer
Text und Konzeption:
C.A.R.M.E.N. e.V.
Bildnachweis: C.A.R.M.E.N. e.V.
Stand: Februar 2021Sie können auch lesen
