Die Indach-Module ersetzen Ziegel oder Dachsteine und werden wie eine herkömmliche Deckung verlegt. (Foto: 3S Solar)
Solarstrom: Photovoltaik und Stromspeicher für Unabhängigkeit und Klimaschutz
Solarstrom vom eigenen Hausdach ist klimafreundlich, kostengünstig und macht Hausbesitzer unabhängiger vom Energieversorger.
Mit Sonnenkraft selber Strom erzeugen ist nicht nur gut fürs Klima, sondern lohnt sich auch finanziell. Das gilt vor allem, wenn man möglichst viel vom eigenen Photovoltaikstrom selbst verbraucht. Berücksichtigt man die Anschaffung und Betriebskosten der Photovoltaikanlage, dann kostet die Kilowattstunde Strom aus eigener Erzeugung derzeit im Durchschnitt etwa 20 Cent weniger als beim Energieversorger. Überschüssigen Strom ins öffentliche Netz einzuspeisen, lohnt sich dagegen kaum noch – bei etwa 8 Cent Vergütung pro Kilowattstunde. Die Planung der privaten PV-Anlage sollte sich also an einem möglichst hohen Eigenverbrauch und möglichst weitgehender Unabhängigkeit vom Energieversorger (Autarkie) ausrichten.
Komplett mit Photovoltaik bedeckt: Die Indach-Module bestehen aus robustem Solarglas und sind auch für harte Witterungsverhältnisse geeignet. Neben reichlich Strom gewinnt ein Solardach auch durch sein ansprechendes Design. (Foto: 3S Solar)
Solarstrom gewinnen: Technik auf dem Dach und im Keller
Zu einer Solarstromanlage gehören die Photovoltaikmodule, ein Wechselrichter sowie Stromzähler und Leitungen. Für die Montage der PV-Module gibt es zwei Möglichkeiten:
Aufdach-Montage: Die Module werden auf die Dacheindeckung montiert. Für die nachträgliche Installation einer Solaranlage ist das die einfachste und kostengünstigste Möglichkeit.
Indach-Montage: Die PV-Module sind in die Dachdeckungsebene integriert, ersetzen teilweise oder ganz die herkömmlichen Dachdeckungsmaterialien wie Ziegel, Dachsteine oder Metall.
Diese Ziegel sind dreierlei, nämlich Dach, Photovoltaik- und thermische Solaranlage zugleich. Das Tageslicht reicht aus, um die Luft im Dachzwischenraum zu erwärmen, auch im Winter. Diese warme Luft wird automatisch in einen im First unsichtbar integrierten Wärmetauscher weitergeleitet, der mit einer Erdwärmepumpe verbunden ist. (Foto: Solteq)
Indach-Module gibt es in verschiedenen Formen und Ausführungen, zum Beispiel als Solarziegel, die der traditionellen Dachziegelform nachempfunden sind. Ihre Montage ist allerdings aufwendig, da die vielen kleinen Elemente alle elektrisch miteinander verbunden werden müssen. Effizienter zu installieren sind größere Solarpaneele, die ganze Gruppen von Dachpfannen ersetzen. Wird die gesamte Dachfläche mit Solarmodulen als Eindeckung bestückt, spricht man von einem Solardach.
Lauter kleine Kraftwerke: Ein schwarzer Glattziegel dient als Träger für PV-Module, die miteinander verschaltet werden. Die Optik unterscheidet sich kaum von einem traditionellen Ziegeldach. Demnächst soll die Solardeckung auch in Rot erhältlich sein. (Foto: Creaton)
Indach-Lösungen sind aufwendiger als aufgeständerte Solaranlagen, dafür aber meist auch ästhetisch ansprechender. Am einfachsten sind sie im Neubau oder im Zuge einer Komplettsanierung des Daches zu realisieren.
Der Wechselrichter
Die neben den Modulen wichtigste Komponente der Solaranlage verbirgt sich im Keller oder Technikraum: Der Wechselrichter wandelt den von den Solarzellen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um – ohne ihn wäre der PV-Strom nicht nutzbar.
Herz und Hirn der Solaranlage: Der intelligente Hybrid-Wechselrichter wandelt Gleichstrom zu Wechselstrom, steuert die Energieflüsse, hat eine Notstrom-Option und kann an einen Batteriespeicher angebunden werden. (Foto: Fronius)
Neben dieser elementaren Aufgabe übernehmen viele Wechselrichter auch eine Steuerungsfunktion – das intelligente Energiemanagement (EMS). Das heißt, sie sind mit einer Software ausgestattet, die die Energieströme zwischen PV-Anlage, den Stromverbrauchern wie Haushaltsgeräten, Wärmepumpe, Elektroauto sowie dem Stromnetz und gegebenenfalls einem Stromspeicher lenkt. Sogenannte Hybrid-Wechselrichter regeln zugleich auch die Beladung eines angeschlossenen Batteriespeichers. Bis vor ein paar Jahren brauchte man dafür noch einen zusätzlichen Laderegler.
Wie auf diese Weise der Eigenverbrauch von PV-Strom erhöht werden kann, erklärt Herr Wotzlawek im Interview:
„STROMVERBRAUCHER MITEINANDER VERLINKEN“
Oberstes Ziel: Den selbst erzeugten Strom optimal nutzen und möglichst unabhängig vom Energieversorger werden! Leander Wotzlawek von der Business Unit Solar Energy der Fronius GmbH erklärt, was bei der Planung einer PV-Anlage zu beachten ist. Photovoltaik lohnt sich vor allem, wenn man möglichst viel vom erzeugten Strom selber verbraucht. Wie erreicht man das?
Wichtig ist, dass man alle Sektoren, in denen Strom verbraucht wird, miteinander verlinkt, also den Strom für den Haushalt, das E-Auto, die Wärmepumpe oder auch den Heizstab für einen Pufferspeicher. So kann man das Anwendungsgebiet für den Strom vergrößern. Entscheidend ist, dass alle Stromverbraucher optimal zusammenspielen. Im Fronius System etwa sorgt der Wechselrichter dafür, dass Verbraucher optimal aufeinander abgestimmt werden. So lässt sich zum Beispiel das E-Auto ausschließlich mit PV-Überschuss laden – also mit Strom, der nicht im Haushalt verbraucht wird und sonst ins Netz eingespeist würde. Hier sind ganz verschiedene Lösungen möglich, je nach individuellem Bedarf. Damit das gut klappt, sollten die Komponenten der Solaranlage aufeinander abgestimmt sein.
Ist denn für einen hohen Eigenverbrauch unbedingt ein Speicher notwendig? Das ist ja eine zusätzliche Investition.
Batteriespeicher sind in den letzten Jahren extrem im Preis gefallen. Man kann aber auch ohne Speicher einen Eigenverbrauch von bis zu 50 Prozent erreichen. Je mehr Stromverbraucher, desto einfacher geht das. Mit Speicher kann man den Eigenverbrauch auf bis zu 70 Prozent steigern. Das letzte Drittel des selbst erzeugten Stromes ist aufgrund der Saisonalität von Stromproduktion und -verbrauch nicht so einfach zu speichern. In Zukunft könnte der Batteriespeicher auch dabei helfen, zusätzlichen Strom zu flexiblen Stromtarifen günstig einzukaufen, beispielsweise nachts, und später zu nutzen.
Was muss ich tun, um möglichst autark zu sein, also meinen Strombedarf selber mit eigenem PV-Strom zu decken?
Entscheidend sind die richtigen Partner. Bei Planung und Bau der Anlage sollte zum Beispiel auf erfahrene und regional ansässige Unternehmen gesetzt werden. Der Speicher kann zur Maximierung der Verbrauchsdeckung beitragen. Komplette Autarkie ist aber in der Regel nicht zu erreichen. Sogenannte Inselanlagen, die ganz vom Stromnetz abgekoppelt sind, bleiben die Ausnahme.
Sollte ich, um möglichst unabhängig vom Energieversorger zu werden, das gesamte Dach mit PV-Modulen bestücken?
Das Maximum ist nicht immer das Optimum. Zur optimalen Anlagengröße kann man keine pauschale Aussage machen, sie muss immer individuell ermittelt werden. Verschiedene Faktoren spielen dabei eine Rolle. Zum Beispiel wie viele und welche Geräte ich mit dem PV-Strom betreiben will oder ob auch Ersatz- und Notstrom erzeugt werden soll. Eine Sicherheit sollte man auf jeden Fall mit einkalkulieren, denn in der Übergangszeit gibt es oft einen Leistungsabfall der PV-Anlage. Andererseits ist zu berücksichtigen, dass man nur noch acht Cent pro Kilowattstunde vergütet bekommt, wenn man viel überschüssigen Strom hat und einspeisen muss. Einen guten Anhaltspunkt für die Planung der Solaranlage bietet der „24 Stunden Sonne Simulator“ auf der Fronius Website, den wir gemeinsam mit der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin entwickelt haben.
Faustformel für die Speichergröße
Am Tag produziert, am Abend genutzt: Ein Batteriespeicher ist die flexibelste Lösung
für die Speicherung von PV-Strom. Damit ermöglicht er einen höheren Eigenverbrauch und mehr Unabhängigkeit vom Energieversorger. (Foto: Seneq)
Mit einem Batteriespeicher dagegen ist es problemlos möglich, den bei Sonnenschein erzeugten Stromüberschuss zu speichern und ihn dann am Abend im Haushalt, für die Wärmepumpe oder an anderer Stelle zu nutzen. Das intelligente Energiemanagement übernimmt auch in diesem Fall die Steuerung. Bei den im Haushalt verwendeten Stromspeichern handelt es sich meist um Lithium-Ionen-Akkus. Sie speichern viel Energie auf wenig Raum und verbrauchen für den eigenen Betrieb nur wenig Strom. Passende Speicher für PV-Anlagen von Einfamilienhäusern nehmen etwa so viel Platz ein wie zwei bis fünf gestapelte Getränkekisten.
Der Speicher-Akku sollte in der Größe auf die Leistung der PV-Anlage und den Stromverbrauch abgestimmt sein. Als Faustregel gilt etwa eine Kilowattstunde Speicherkapazität pro 1000 Kilowattstunden Stromjahresverbrauch. Ist der Speicher zu klein, muss doch wieder ein größerer Anteil Strom ins Netz fließen. Zu groß sollte er allerdings auch nicht sein. Das wäre nicht nur ineffizient, sondern kann auch die Lebensdauer eines Speichers verringern, wenn er nicht regelmäßig entladen wird.
Nachhaltig heizen mit PV-Strom
Solarstrom lässt sich nicht nur zum Antrieb einer Wärmepumpe, sondern auch direkt zum Heizen nutzen. Eine interessante Alternative zu elektrisch betriebenen Fußboden- oder Wandheizungen ist die Natursteinheizung.
Sie kommt ohne Rohrleitungen oder störende Heizflächen aus. Die Natursteinheizung von ThermoStone besteht aus einer etwa drei Zentimeter dicken Steinplatte aus Marmor, Speckstein oder anderen Gesteinsarten mit eingelassenen Heizdrähten auf der Rückseite. Die Heizplatten geben behagliche Strahlungswärme in den Raum ab. Dank seiner natürlichen Speicherkapazität kann der Naturstein überschüssigen PV-Strom als Wärme speichern und diese erst später bei Heizbedarf abgeben. Ein 25 Quadratmeter großer Raum im Neubau lässt sich an einem Wintertag fast eine Stunde nur mit der gespeicherten Wärme einer Natursteinheizung versorgen.