Photovoltaik und Stromspeicher

Diese Seite ist Teil der Dokumentation Bauprojekt HAUS21: ein Haus für das 21. Jahrhundert. Einfamilienhaus mit Büro zum Wohnen und Arbeiten, klimaneutral beheizt und gekühlt, nachhaltig errichtet zur langfristigen flexbilen Nutzung, in wesentlichen Aspekten altersgerecht und barrierefrei.

Warum selbst Strom erzeugen?

Ja, warum eigentlich? Man kann schließlich korrekt erzeugten Ökostrom zu fairen Preisen kaufen.

Mittels Photovoltaik (vulgo: Solarzellen) selbst Strom zu erzeugen mag sogar wirtschaftlich sinnvoll sein. Wichtiger aber noch ist uns der Aspekt der Teilautarkie. Durch eigene Stromerzeugung vereinfacht man den Übergang zur einer Gesellschaft, die keine klimaschädlichen Emissionen mehr zulässt. Jede Solarzelle mehr ist ein bisschen CO2 weniger.

Wieviel bringt Photovoltaik in Deutschland?

Die folgende Grafik illustriert eindrucksvoll die Möglicheiten und Beschränkungen der Photovoltaik in Deutschland (ganz konkret: unser Haus in Köln). Wie man sieht, kann in den Sommermonaten fast der gesamte Strombedarf des Hauses durch Sonnenenergie gedeckt werden. In den Wintermonaten muss dagegen der Löwenanteil des benötigten Stroms zugekauft werden.

PV-Anlage mit Stromspeicher

Die obige Grafik zeigt das Ergebnis einer Simulationsrechnung für eine PV-Anlage mit Stromspeicher. Ohne einen solchen Speicher sieht die Sache etwas anders aus:

PV-Anlage ohne Stromspeicher

Photovoltaik-Module

Folgende Aspekte sind bei Photovoltaikmodulen besonders relevant. Dieser Vergleich liefert Hintergründe und weitere Informationen.

Montageart: Aufdach vs. Indach

Aufdach

Dies sind die Systeme, die man üblicherweise auf Dächern sieht. Sie sind an Gestellen oberhalb der Dachpfannen montiert.

Vorteile:

  • Hier herrscht der größte Wettbewerb, daher am meisten Auswahl und die neuste Technologie.
  • Abschattung des Daches durch die Module.
  • Hinterlüftung der Module und Kühlung des Daches durch Kamineffekt unterhalb der Module.

Nachteile:

  • Optisch auffälliger als ins Dach integrierte Systeme.
Indach/Dachpfannen

Diese Systeme werden anstelle klassischer Dachpfannen verbaut.

Vorteile:

  • Optisch unauffälliger, Teil des Daches.

Nachteile:

  • Deutlich weniger Anbieter als bei Aufdachsystemen.
  • Stärkere Aufheizung des Daches.

Monokristallin vs. Polykristallin

Polykristalline Module sollte man nicht mehr wählen. Sie sind weniger effizient, und auch optisch weniger ansprechend. Nur polykristalline Module schimmern bläulich. Monokristalline Module sind dagegen schwarz. Zudem gibt es sie in Varianten, bei denen auch die Zwischenräume und Rahmen schwarz gefärbt sind, was eine unauffällige Integration auf dem Dach ermöglicht.

Garantie – und garantierte Leistung nach 25 Jahren

Neben dem Wirkungsgrad gibt es die größten Unterschiede bei der vom Hersteller gewährten Garantie. Dabei muss zwischen zwei unterschiedlichen Garantien differenziert werden:

  • Produktgarantie (auf die Funktion)
  • Leistungsgarantie (auf die Effizienz/Ausbeute)

Die besten Hersteller gewähren eine Produktgarantie von 25 Jahren. Sie garantieren zudem eine Leistung von mindestens 90 % nach ebenfalls 25 Jahren. Mit schlechteren Werten sollte man sich nicht zufrieden geben.

Stromspeicher

Da der von Photovoltaik erzeugte Strom oft nicht sofort im eigenen Haus benötigt wird, ist ein Stromspeicher (= Akku) eine sinnvolle Ergänzung (siehe auch die Grafiken oben). Ohne Stromspeicher muss der überschüssige Strom vollständig ins Netz eingespeist werden, was zum einen wirtschaftlich nicht sonderlich attraktiv ist, und zum anderen die Netze belastet. Schließlich besteht eines der zentralen Probleme der alternativen Energiequellen darin, dass sie nicht gleichmäßig zur Verfügung stehen. Wenn die eigene PV-Anlage mittags an einem warmen Sommertag zu viel Strom liefert, nützt es dem Netzbetreiber nicht viel, wenn dieser Überschuss eingespeist wird. Schließlich tun Millionen anderer Haushalte genau das gleiche. Wesentlich sinnvoller ist eine lokale Pufferung des Überschusses in einem Akku zur Verwendung in der Nacht, wenn die Sonne nicht mehr scheint.

Die Auswahl eines Stromspeichers ist nicht ganz einfach. Ziel sollte ein hohe Effizienz sein, und zwar sowohl in Bezug auf die Energieverluste, die bei Wandlung und Speicherung unweigerlich entstehen, als auch auf der Kostenseite.

DC-gekoppelt oder AC-gekoppelt (1 oder 2 Wechselrichter)?

Das PV-System enthält neben den eigentlichen Solarmodulen als wesentliche Komponente noch den Wechselrichter, der den Gleichstrom der PV-Module in Wechselstrom für das Hausnetz umwandelt. Wenn zusätzlich ein Stromspeicher zum Einsatz kommt, kann dieser sich direkt am Gleichstrom der PV-Module “bedienen” – man spricht dann von einem DC-gekoppelten System. Alternativ kann der Speicher mit dem schon umgewandelten Wechselstrom aufgeladen werden, dann handelt es sich um ein AC-gekoppeltes System.

Ob DC- oder AC- gekoppelt ist eigentlich egal. Beide Varianten können hohe Wirkungsgrade erreichen. Beim AC-gekoppelten System sind dabei zwei Wechselrichter nötig, beim DC-gekoppelten System nur einer.

Energieffizienz

Die Beurteilung der Energieeffizienz des Gesamtsystems aus Wechselrichter und Stromspeicher ist alles andere als einfach und erfordert sorgfältige Untersuchungen, die von neutraler Stelle vorgenommen werden müssen. Die einzige mir bekannte Studie dieser Art ist die Stromspeicher-Inspektion der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin.

Die Studie wird jährlich wiederholt. Mittlerweile berücksichtigt sie zwei Referenz-Szenarien, die sich im wesentlichen durch Vorhandensein bzw. Fehlen einer Wärmepumpe charakterisieren lassen. Der System Performance Index SPI (5 kWp) bildet das “kleinere” der beiden Szenarien ab (keine Wärmepumpe), während der System Performance Index SPI (10 kWp) ein Haus mit Wärmepumpe betrachtet.