Lohnt sich Photovoltaik - ein Erfahrungsbericht

Die "Energiewende" ist ein aufregendes Thema. Dauernd wird der Strom teurer weil die EEG-Umlage steigt. Überall werden Windräder gebaut und jedes Mal gibt es eine Bürgerinitiative, die aus Angst um die Vögel und das Landschaftsbild dagegen ist. Kernkraftwerke will man ja auch nicht im Garten und Kohlekraftwerke sind ja auch irgendwie doof - also Solarzellen aufs Dach und alle Probleme sind gelöst? Schließlich kommt der Strom ja nicht von selbst aus der Steckdose. Irgendeine Technologie muss den ja erzeugen und durch den Wunsch nach mehr Elektroautos und der zunehmenden Verbreitung von elektrisch betriebenen Wärmepumpenheizungen wird der Stromverbrauch in den nächsten Jahren ja eher größer und die Frage, woher der Strom kommen soll, wird immer dringender.

Die Technik

Die Photovoltaik auf meinem Dach im oberbergischen Kreis wandelt die Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie um. Mit dieser decke ich den Strombedarf unseres Zweipersonenhaushalts. Die überschüssige Energie wird ins öffentliche Stromnetz eingespeist und vom Netzbetreiber entsprechend der gesetzlich geregelten Vergütung bezahlt. Das Hausdach hat eine Neigung von 40° gegenüber der Horizontalen und ist nach Süden ausgerichtet. Durch die leichte Tallage ist das Dach morgens und abends durch die leichten Hügel im Osten und Westen im Schatten aber ansonsten während des gesamten Tages der Sonne ausgesetzt. Die Anlage hat eine Leistung von 9,9 kWp und ist seit Februar 2015 in Betrieb.

Die Solarzellen auf dem Dach erzeugen dabei eine Gleichspannung, deren Größe von der Sonnenintensität abhängt und also ziemlich stark schwankt. Aus dieser schwankenden Gleichspannung macht ein "Wechselrichter" von SMA, genauer der "Sunny Tripower 9000TL-20" eine Wechselspannung mit den erforderlichen 230 Volt bei 50 Hertz. Vermutlich wird dieser Wechselrichter nicht perfekt arbeiten und einen Teil der Energie in Wärme umwandeln. Allerdings erwärmt er sich nicht spürbar, sodass ich von einer relativ hohen Effizienz ausgehe und keine größeren Energieverluste bei dieser Umwandlung vermute.

Energieertrag

Therotisch möglicher Ertrag

Die Anlage könnte theoretisch also 9900 Watt elektrischer Leistung liefern - bei voller Sonneneinstrahlung wären also 9,9 kWh Energie in einer Stunde möglich. Allerdings ist die Maximalleistung der Anlage durch das EEG auf 70 % dieses Wertes begrenzt. Bei uns funktioniert diese Begrenzung wie hier beschrieben, sogar mit der gleichen Hardware. Ob das wie versprochen funktioniert, kann ich nicht sagen. Tatsächlich ergibt sich im schlimmsten Fall bei voller Sonneneinstrahlung also eine Begrenzung auf 6930 Watt und damit 6,93 kWh je Stunde.

Natürlich scheint die Sonne nicht den ganzen Tag und auch nicht immer mit der gleichen Intensität. Bei https://de.statista.com fand man am 03.05.2017 für das Jahr 2016 für NRW 1555 und für Rheinland-Pfalz 1510 Sonnenstunden. Da der Oberbergische Kreis an der Landesgrenze liegt, werden wir so etwa 1530 Sonnenstunden gehabt haben. Damit ergäbe sich theoretisch:

1530 h · 6,93 kW = 10602,9 kWh

Der Einfachheit halber ist der Einstrahlwinkel sowie dessen Schwankung im Tagesverlauf vernachlässigt worden. Außerdem wurde vernachlässigt, dass Solarzellen auch bei bedecktem Himmel Strom liefern, wenn auch sehr viel weniger als bei Sonnenschein. Insgesamt ist der obige Wert also vielleicht eine sehr grobe Näherung für den in 2016 tatsächlich möglichen Energieertrag.

Eine etwas exaktere Berechnung haben wir im Oktober 2014 mit dem Angebot zusammen von unserem Anlageninstallateur Solar Conze bekommen. Diese Berechung wurde offenbar mit einer speziellen Software erstellt. Was der Berechnung im Detail zu Grunde lag, ist mir nicht bekannt. Im Ergebnis wurde aber ein jährlicher Ertrag von

9123,9 kWh elektrischer Energie als Wechselstrom

prognostiziert, also etwas weniger, als mit der sehr einfachen Näherung von oben.

Tatsächlicher Ertrag

Aktuell ist die Anlage seit etwas mehr als 2 Jahren in Betrieb. Für den Zeitraum seit März 2015 (dem ersten vollständigen Betriebsmonat), sind die Erträge monatsweise in der Tabelle dargestellt. Wie man sieht, wurde der vom Anlageninstallateur prognostizierte Ertrag in beiden bisher vollständigen 12-Montas-Zeiträumen übertroffen. Die Vorhersage des Verkäufers war also nicht nur relativ realistisch sondern sogar eher vorsichtig. Anders als sonst in vielen Bereichen üblich wird hier also eher vorsichtig und ziemlich realistisch der Energieertrag im Vorfeld geschätzt - sehr angenehm! Vermutlich ist den Vorhersagen zum finanziellen Ertrag deshalb in der gleichen Weise zu trauen. Das werde ich aber hier nicht prüfen - Rechnungen lesen langweilt mich zu Tode:-)

Man sieht aber auch, dass es in den einzelnen Monaten sehr starke Schwankungen gibt. Im Winter ist der Ertrag sehr niedrig - klar, die Tage sind kurz und die Sonne steht tief, wodurch das Licht in einem ungünstigen Winkel und nur für wenige Stunden auf die Solarzellen fällt. Im Sommer sind die Tage länger und die Sonne steht höher - insgesamt sind die Sommermonate also deutlich besser geeignet, um Strom aus Sonnenlicht zu gewinnen. Aber auch innerhalb des Sommers gibt es relativ starke, witterungsbedingte Schwankungen.

Betrachtet man den April 2017 als Beipielmonat, sieht man ziemlich starke, witterungsbedeingte Schwankungen. Während am schlechtestem Tag, dem 11. April, nur 11 kWh erreicht wurden, waren es am 30. April, dem besten Tag des Monats, ganze 60 kWh.

Ich erspare Euch eine Darstellung für die Schwankungen um Verlauf eines Tages. Klar ist, dass nachts der Ertrag 0 ist. Im Tagesverlauf schwankt die Leistung zwischen wenigen 100 Watt und 6930 Watt zum Teil innerhalb weniger Augenblicke. Insgesamt liefert die Sonne uns viel Energie aber sie ist ein sehr unzuverlässiger Lieferant, der uns nur dann mit Strom versorgt, wenn es ihm gefällt. :-) Wollte man seine Energieversorgung vollständig auf Photovoltaik stützen, bräuchte man zwei Energiespeicher. Einen Kurzzeitspeicher, der Schwankungen durch einzelne Wolken ausgleicht und einen Langzeitspeicher, der Energie aus dem Tag in die Nacht und aus dem Sommer in den Winter rettet.

Die Bilanz - sind wir energieautark?

Vorweg die klare Antwort: Jein! Unser Haus wird mit einer Wärmepumpe beheizt. Da die elektrisch betrieben ist, ist unser Stromverbrauch höher als in Durchschnittshaushalten. Das bedeutet aber auch, dass die Photovoltaik bei uns nicht nur den Strom für den Fernseher, Herd, Kühlschrank, Computer usw. liefert, sondern auch die Energie für Heizung und Warmwasser. Die Gesamtbilanz seit der Installation im Februar 2015 bis gestern (04.05.2017) ist in der folgenden Tabelle dargestellt:

Wie man sieht, haben wir mehr Energie erzeugt als verbraucht. Eigentlich sind wir also autark, wenn man mal vom Autofahren absieht. Trotzdem haben wir nur 23 % der erzeugten elektrischen Energie selbst genutzt und fast 77 % ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Etwa 56 % unseres Ertrags mussten wir dann aus dem öffentlichen Stromnetz zurück kaufen. Obwohl wir also einen relativ großen Energieüberschuss haben, sind wir auf einen noch größeren Zukauf aus dem Stromnetz angewiesen. Der Grund sind vor allem die jahreszeitlichen Schwankungen des Verbrauchs und der Energieerzeugung. Ausgerechnet im Winter benötigen wir die meiste Energie, insbesondere für die Heizung, und haben gleichzeitig die geringsten Photovoltaikerträge. Man sieht sehr eindrucksvoll, wie unbedingt die Energiewende nicht nur Solaranlagen und Windräder, sondern vor allem auch Speichertechniken braucht.

Fazit

Ich denke, dass mittelfristig ein Stromspeicher im Keller die Energie des Tages in die Nacht retten kann und wir dadurch zumindest die Schwankungen im Laufe eines Tages ohne Stromzukauf aus dem öffentlichen Netz ausgleichen können und so vielleicht im Sommer ohne Stromkauf auskommen können. Im Winter werden wir aber immer Strom aus dem öffentlichen Netz kaufen müssen, denn einen so großen Speicher werden wir uns kaum in den Keller stellen können.

Man sieht aber sehr deutlich, dass eine Photovoltaik auf dem Dach eines relativ modernen Einfamilienhauses (2011) den Energiebedarf des Hauses und seiner Bewohner im Jahresmittel decken kann, wenn man nicht Auto fährt. Nach meiner Einschätzung ist ein weitestgehender Verzicht auf Kohle und Uran zur Stromerzeugung also möglich. Allerdings braucht man seeeehr große Energiespeicher und doch auch noch eine ganze Menge Windräder. Ich finde übrigens Windräder stören das Landschaftsbild weit weniger als Kernkraftwerke oder die Abgase der Kohlekraftwerke. Wenn irgendwas davon in meinem Garten stehen müsste, würde ich das Windrad wählen.