klima:aktiv FACHINFORMATION MERKBLATT PHOTOVOLTAIK

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2 Impressum Das Programm Bauen und Sanieren" ist Teil der vom Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft (Lebensministerium) gestarteten Klimaschutzinitiative klima ma:aktiv. Strategische Gesamtkoordination: Lebensministerium, Abt. Umweltökonomie und Energie: Dr. Martina Schuster, Dr. Katharina Kowalski, Elisabeth Bargmann BA, Hannes Bader Medieninhaber und Herausgeber: Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft Abteilung V/2 Umweltökonomie und Energie, A-1010 Wien, Stubenbastei 5 Verfasser: Die Erstellung der Merkblätter erfolgte im Rahmen der Entwicklung der klima:aktiv Kriterienkataloge. Energieinstitut Vorarlberg Martin Ploss Stadtstrasse 33 / CCD A Dornbirn, Tel: +43 (0)5572 / Programmmanagement Bauen und Sanieren ÖGUT Österreichische Gesellschaft für Umwelt und Technik Hollandstraße 10/46, 1020 Wien Tel: +43 (1) Foto Titelblatt: Pixelio / Rainer Sturm Stand: Juli Seite 2

3 GRUNDLAGEN UND NUTZEN Ziel des verstärkten Einsatzes von Photovoltaik-Anlagen ist die Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energiequellen an der Stromerzeugung. Dies ist notwendig und wichtig, da aktuell der Primärenergiefaktor des europäischen Energiemix für Strom bei 3,31 liegt. Das heißt, dass momentan im Mittel in Europa je Kilowattstunde Strom 3,31 Kilowattstunden Primärenergie eingesetzt werden müssen. Während bei der Netz-autarken Photovoltaikanlage mittels Laderegler der Strom in Batterien gespeichert wird, arbeiten netzgekoppelte Anlagen etwas anders. Bei diesen wird der Strom der Photovoltaikanlage über einen Wechselrichter von Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt, welcher über einen Einspeisezähler direkt in das Stromnetz eingespeist wird (siehe Abb. 1). Diesen Primärenergiefaktor für Strom zu reduzieren ist im Gebäudesektor vor allem durch den Einsatz von Photovoltaik möglich. Hierbei kann der durch die Photovoltaikanlage erzeugte Strom entweder selbst genutzt oder in das allgemeine Stromnetz eingespeist werden. Abb. 1: Beispielhafter Aufbau einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage [Quelle: Pistohl] Seite 3

4 KOMPONENTEN Eine Photovoltaik-Anlage besteht im Wesentlichen aus den nachfolgenden Komponenten: Solarmodule Wechselrichter Laderegler (nur bei Netz-autarken Anlagen mit Batterien) Solarmodule Da in der Regel sowohl die Leistung als auch die Spannung eines einzelnen Solarmoduls nicht ausreichend ist, um übliche Verbraucher betreiben zu können, werden mehrere Solarmodule hintereinander und parallel geschalten um höhere Leistungen und Spannungen zu erhalten. Solarmodule können mit verschiedenen Solarzellen gebaut werden. Grundsätzlich kann zwischen monokristallinen, polykristallinen und amorphen Solarzellen unterschieden werden. Neben unterschiedlichen Herstellungsverfahren und Kristallgitter unterscheiden sich die Module aus verschiedenen Solarzellen vor allem in den Wirkungsgraden (siehe nachfolgenden Tabelle) sowie dem optischen Erscheinungsbild. Je heißer die Solarmodule werden, umso schlechter wird ihr Wirkungsgrad. Daher haben Dachintegrierte Anlagen in der Regel einen schlechteren Wirkungsgrad, da sie wegen der Einbausituation zu einer größeren Überhitzung neigen. Neben der Temperatur spielt auch die Ausrichtung der Solarmodule eine wesentliche Rolle bzgl. des solaren Ertrages. Wie in Abbildung 2 zu sehen ist, ist es bei relativ flach aufgestellten Modulen kaum relevant, ob diese exakt nach Süden ausgerichtet sind oder ob sie von dieser idealen Ausrichtung bis zu einem gewissen Grad abweichen. Je steiler die Solarmodule aufgestellt werden (müssen), umso entscheidender ist die Südausrichtung für den Ertrag. Der ideale Punkt bezogen auf 48 nördlicher Breite liegt hierbei bei einem Aufstellwinkel von 30 sowie einer exakten Ausrichtung nach Süden. Zellentyp (Kristallgitter) Wirkungsgrad rad * ) Monokristallin % Polykristallin % Amorphen 6 10 % * ) im Laborbetrieb sind noch durchaus höhere Wirkungsgrade zu erreichen Tab 1: Quelle: [Pistohl] Seite 4

5 Abb. 2: Ertragsminderung eines PV-Modules in Abhängigkeit des Aufstellwinkels sowie der Abweichung von der Südausrichtung bezogen auf 48 nördlicher Breite [Quelle: Pistohl] Wechselrichter Für den Betrieb einer netzgekoppelten Solaranlage benötigt man einen Wechselrichter, welcher den von den Solarmodulen gelieferten Gleichstrom in einen Netztauglichen Wechselstrom umwandelt. Der Wechselrichter selbst stellt über die integrierte Elektronik sicher, dass die Module immer im besten Betriebszustand, dem sogenannten maximum power point betrieben werden. Laderegler Wird eine Photovoltaikanlage netzautark betrieben und soll die elektrische Energie in Batterien zwischengespeichert werden, so bedarf es einem Laderegler, der das Auf- und Entladen der Batterien regelt. Zum einen regelt dieser, dass die Batterien nicht über- oder tiefentladen und dadurch zerstört werden. Seite 5

6 PLANUNGSHINWEISE Voraussetzung für den effizienten Einsatz einer PV-Anlage ist die Auslegung der Anlage mit einem geeigneten Berechnungsprogramm. Für eine überschlägige Auslegung kann mit den nachfolgenden Angaben die Auslegung einer Photovoltaikanlage abgeschätzt werden. Um Freiflächen zu schonen sollten keine Anlagen als Freiflächenaufstellung projektiert und umgesetzt werden. Die Empfehlung sind Anlagen, die mit dem Gebäude oder Nebengebäuden wie Car- ports etc. in Verbindung stehen (Dachintegration, Fassadenintegration, Aufständerung auf Flachdächern). Als Mindestanforderung sollte ein Jahresertrag von 6 kwh End PV-Strom pro m² BGF erreicht werden. Dies entspricht in etwa einer PV-Fläche von 0,06 m² pro m² BGF. Anzustreben ist ein Jahresertrag von mehr 12 kwh End PV-Strom pro m² BGF. Dies entspricht in etwa einer PV-Fläche von 0,12 m² pro m² BGF. Einstrahlung/Leistung/Ausbeute Maximale Sonneneinstrahlung auf eine senkrecht bestrahlte Fläche Jährlich. Sonneneinstrahlung auf eine horizontale bzw. 45 nach Süden geneigte Fläche Anhaltswert ca. 1000W/m kwh/a Maximale Leistung einer Modulfläche von 1m 2 bei einem angenommenen Wirkungsgrad von 10 % (siehe Anmerkung rechts!) ca. 100 W p /m 2 Nettoausbeute pro Jahr bei einer 30 bis 45 nach Süd geneigten Modulfläche von 1 m kwh/(m 2.a) Abb. 3: Angaben für die überschlägige Bemessung von Photovoltaikanlagen [Quelle: Pistohl] Beispiel 1: Mindestanforderung für ein EFH mit 200 m² BGF ist ein Jahresertrag von 200m² BGF * 6 kwhend/(m² BGFa) = kwh/a Dies entspricht je nach Klima, Orientierung, Dachneigung und Anlagentyp einer Anlagengröße von ca. 1,3 bis 1,4 kwpeak. Beispiel 2: Jahresertrag von 200m2 BGF * 12 kwhend/(m2bgfa) = kwh/a erzielt. Dies entspricht je nach Klima, Orientierung, Dachneigung und Anlagentyp einer Anlagengröße von ca 2,6 bis 2,8 kwpeak. Seite 6

7 Hintergrundinformationen / Quellen: Analog zur Vorgehensweise bei thermischen Solaranlagen werden Auslegungsberechnungen gefordert. Dies ist umso wichtiger, da die Erträge von PV-Anlagen deutlich stärker von der Verschattung abhängen, als die thermischer Anlagen und da die Anlagen deutlich teurer sind, als thermische Anlagen. [Photon] Marktübersicht Solarmodule, Marktübersicht Solarmodule, in: Photon Profi PHOTON Europe GmbH, Aachen [EN 15603] Europäische Norm EN [Pistohl] Pistohl, Wolfram Handbuch der Gebäudetechnik Band 1, Sanitär / Elektro / Förderanlagen 4. Auflage Werner Verlag, Düsseldorf Seite 7

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