Grundlagen Solarstromgewinnung
Wieviel Energie liefert die Sonne?
Regionale Sonneneinstrahlung
Energieertrag einer Photovoltaik-Anlage
Der Deutsche Wetterdienst (DWS) stellt für Deutschland eine Karte mit der Globalstrahlung (direkte und diffuse Sonneneinstrahlung) zur Verfügung. Im Großraum Bremen beträgt die jährliche Sonneneinstrahlung im Mittel 1000kWh/qm. Die Einstrahlung verteilt sich entsprechend der nebenstehenden Grafik über das Jahr. (Ref.: Rechnerphotovoltaik.de)
Jahres Energieertrag PV- Anlage:
EPVA/a = 1000 kWh/qm * FSP[qm] * ηSP * ηAnl
PVA = PV- Anlage; SP = Solarpanel; FSP = effektive Fläche der SP
ηSP Wirkungsgrad SP; ηAnl Wirkungsgrad PVA (92%-97%)
Grundlagen Solarstromgewinnung
Regionale Sonneneinstrahlung
Sonnenstand vs. Jahresverlauf (Inklination)
Im Laufe des Jahres steht die Sonne im Süden unterschiedlich hoch über dem Horizont (Inklination). Die Inklination beträgt in Oyten zwischen 13,6° (Wintersonnenwende) und 60,4° (Sommersonnenwende), im Mittel also 37° (Ref.: sonnenverlauf.de)
Beispiel unten: 4,56kWp Module/Jahr
Regionale Sonneneinstrahlung
Dachausrichtung PV- Anlage
- Um einen möglichst hohen Energieertrag zu erhalten sollten die PV- Module nach Süden ausgerichtet werden.
- Eine Ausrichtung nach Osten, oder Westen führt zu einer Ertragsverringerung von 20% – 25%
- Bei Ost-West-Ausrichtung der PV-Module bringt eine geringe Dachneigung Ertragsvorteile.
Grundlagen Solarstromgewinnung
Regionale Sonneneinstrahlung
PV-Module Ost-West-Ausrichtung
Nachfolgend wird die zuvor betrachtete PV-Anlage mit 37° Neigung und Ausrichtung nach Westen betrachtet.
- Der Jahresertrag reduziert sich auf 78%
- Details siehe: https://www.rechnerphotovoltaik.de/
Regionale Sonneneinstrahlung
Abschattung der PV-Module
Problematisch können Abschattungen der Polarpanel sein. Diese können abhängig von der Tageszeit, oder bei niedrigen Sonnenstand im Winter zu einer merklichen Reduktion des Energieertrages führen. Da die einzelnen Solarzellen auf dem Solarpanel in Reihe geschaltet sind, reduziert sich die Leistung auch bei nur teilweiser Abschattung.
Bei zeitweiser Verschattung von PV-Moduln besteht die Möglichkeit „Leistungsoptimierer“ zu verwenden, die die Fehlanpassung der Module korrigieren. Siehe: https://de.wikipedia.org/wiki/SolarEdge
Grundlagen Solarstromgewinnung
Ermittlung Eigenstromverbrauch
Energieverbrauch am Tage
Die PV- Anlage sollte so ausgelegt werden, dass tagsüber mindestens der durchschnittliche Eigenverbrauch abgedeckt wird. (Der Stromverbrauch während der Tagstunden kann z.B. über mehrere Tage vom Stromzähler abgelesen und gemittelt werden.)
Elektrische Verbraucher sollten möglichst so betrieben werden, dass sie bei Sonneneinstrahlung Strom verbrauchen. Dies betrifft insbesondere Geräte mit geringen, aber kontinuierlichen Strombedarf (Lüfter, Umwälzpumpen, Ladegeräte (z.B. für Elektrofahrzeuge, etc.).
Ermittlung PVA- Peak Leistung
Ermittlung der erforderlichen Peakleistung PV- Anlage
Auch bei diffuser Sonneneinstrahlung sollte der Eigenstromverbrauch von der PVA geliefert werden können.
Es wird dennoch immer Zeiten geben, wie im Winter (s. Grafik Globalstrahlung), oder bei starker Bewölkung/Regen wo kaum noch Energie erzeugt wird.
Die Peak Leistung einer PVA sollte also erheblich höher sein als der Eigenstromverbrauch (Daumenwert ca. 5-fach)
Grundlagen Solarstromgewinnung
Steigerung Eigenverbrauch PV
Solarspeicher
Eine PV- Anlage erzeugt den meisten Strom in den Mittagsstunden und das überwiegend im Sommerhalbjahr.
Der größte Stromverbrauch tritt meistens abends und in den dunklen Wintermonaten auf. Mit einem Solarspeicher kann man den erzeugten Strom zwischenspeichern und auch abends und in der Nacht nutzen.
Der Speicher sollte so dimensioniert sein, dass er abends und in der Nacht den erforderlichen Strom liefern kann.
Im Winterhalbjahr wird die PV- Anlage nur noch tageweise ausreichend Energie für eine vollständige Ladung des Solarspeichers liefern können.
Steigerung Eigenverbrauch PV
Auslegung PV-Anlage & Speicher
Wenn möglich sollten sich PV- Anlage und -Speicher am Hausverbrauch orientieren:
Erforderliche Speicherkapazität = ca. 60%-80% des Tagesstromverbrauchs
Die Peak-Leistung der PV-Anlage sollte ca. 1,2 x der Solarspeicherkapazität betragen.
Beispiel:
10kWh Tagesverbrauch (3600kWh/a) * 0,7 = 7kWh Speicher
PV-Anlage = 7 kW * 1,2 = 8,4kWp
Durch diese Auslegung sollte sich der zugekaufte Strom um ca. 60% – 70% verringern.
Grundlagen Solarstromgewinnung
Wirtschaftlichkeit PVA mit Speicher
Beispiel: 8,4kWp PVA mit Speicher
Die PVA- Stromerzeugung über das Jahr ist stark unterschiedlich. Daher sollte die Wirtschaftlichkeit einer PVA anhand des monatlichen Stromverbrauchs und abgeschätzt werden.
Das PVA-Spreadsheet (s. Download) ermöglicht gemessene, oder geschätzte monatliche Leistungsdaten einzugeben und auch Überschussladen eines Elektroautos mit zu berücksichtigen.
Wirtschaftlichkeit PVA mit Speicher
PV-Erzeugung Über-/Unter-Deckung
Die nachfolgende Grafik zeigt bei der 8,4kWp PVA den erforderlichen Stromzukauf im Winterhalbjahr und die Einspeisung ins Stromnetz im Sommer.
Excel Template zur Berechnung PVA- Eigenverbrauch, Einspeisung, Strombezug EVU, Rendite, Amortisation, sowie grafische Darstellung. Die Daten des Beispiels mit 8,4kWp PVA können durch eigene Daten ersetzt werden.
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