4. Dimensionierung und Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen

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1 4. Dimensionierung und Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen Photovoltaikanlagen erfordern hohe Kapitalinvestitionen und einen relativ großen Energieaufwand für die Herstellung der Solarmodule. Die Kosten des erzeugten Stromes hängen sehr stark von den Annahmen über Zinssatz und Lebensdauer der Anlage ab. Je nach den getroffenen Annahmen schwanken die berechneten Stromkosten für eine bestimmte Anlage beträchtlich. Bei seriösen Berechnungen müssen diese Annahmen (Zinssatz, Amortisationsdauer usw.) deshalb immer angegeben werden. Die zu erzielenden Erlöse sind durch gesetzliche Regelungen festgelegt. Zur richtigen Dimensionierung einer PV-Anlage müssen wirtschaftliche und technische Belange berücksichtigt werden. In einer Ertragsprognose für eine geplante Photovoltaikanlage werden zunächst die Monatswerte der horizontalen Einstrahlung für den Bezugsort ermittelt. Aus der Neigung und Ausrichtung der Solarmodule häufig durch die Neigung und Ausrichtung der Dachfläche vorgegeben kann aus der horizontalen Einstrahlung des Bezugsortes die Einstrahlung auf die geneigte Fläche berechnet werden. Abschattungen können dabei ggf. berücksichtigt werden. Sind die Solarmodule für die Photovoltaikanlage ausgewählt, so kann aus der jeweiligen Modulleistung und der Anzahl der Module unter Berücksichtigung der weiteren elektrischen Komponenten DC-Verkabelung und Wechselrichter die Netzeinspeisung ermittelt werden. Am Beispiel einer im Jahr 2008 ausgeführten Photovoltaikanlage zur Netzeinspeisung mit einer Nennleistung von 5,0 kwp wird zunächst die Ertragsprognose vorgestellt. Anschließend wird die Netzeinspeisung pro Monat mit der tatsächlich erzielten Monatsnetzeinspeisung vergleichend bewertet. Anlagedaten Modultyp: Suntec STP200-18/Ub Ausrichtung: 230 = 50 Modulleistung: 200 Wp Neigung: = 30 Anzahl Module: 25 Jahressumme der Globalstrahlung horizontal: 1.049,0 kwh/m 2 Nennleistung: 5,0 kwp Relative Leistungsfähigkeit: 74,55% Horizontale Einstrahlung in kwh/m 2 Einstrahlung geneigte Fläche in kwh/m 2 Netzeinspeisung in kwh pro Monat Januar 23,0 28,5 109,3 Februar 43,0 54,1 215,7 März 74,0 82,5 325,1 April 117,0 124,8 472,9 Mai 155,0 156,7 580,5 Juni 165,0 160,0 584,5 Juli 147,0 145,5 521,9 August 141,0 147,0 531,4 September 90,0 98,5 366,9 Oktober 53,0 63,8 243,1 November 25,0 32,5 124,4 Dezember 16,0 21,0 78,3 Ertragsprognose für eine 5-kWp-Photovoltaikanlage im Raum Frankfurt a. M. G. Schenke, Photovoltaik und Solartechnik FB Technik, Abt. E+I 54

2 Das Solarmodul Suntec STP200-18/Ub mit einer Länge L = 1482 mm und einer Breite B = 992 mm hat eine Modulleistung von 200 Wp. Der Temperaturkoeffizient von P max beträgt P = -0,5%/K. Der Wirkungsgrad des Solarmoduls erreicht bei den Nennwerten etwa 13,6%. Die relative Leistungsfähigkeit berücksichtigt den schlechteren Wirkungsgrad des Solarmoduls bei höheren Temperaturen, die Übertragungsverluste der DC-Verkabelung und den Wirkungsgrad des Wechselrichters. Entsprechend der Ertragsprognose wird die 5-kWp-Photovoltaikanlage einen Jahresertrag von W ap = kwh aufweisen und damit eine Jahresbenutzungsdauer t b = 831 h erzielen. Monatliche Netzeinspeisung der 5-kWp-Photovoltaikanlage mit der Prognose und den ersten vier Betriebsjahren als Parameter Ausgeführte 5-kWp-Photovoltaikanlage bestehend aus 25 Solarmodule Suntec STP200-18/Ub mit einer Leistung von 200 Wp Wechselrichter Sunny Boy SB 5000TL-20 der 5-kWp-Photovoltaikanlage G. Schenke, Photovoltaik und Solartechnik FB Technik, Abt. E+I 55

3 Bei der hier vorgestellten Photovoltaikanlage wurde in den ersten Betriebsjahren die Prognose übertroffen und W a = kwh (2009), W a = kwh (2010), W a = kwh (2011), W a = kwh (2012) bzw. W a = kwh (2013) ins öffentliche Energienetz eingespeist, so dass die Jahresbenutzungsdauer t b = h ( ) erzielt werden konnte. Der finanzielle jährliche Erlös kann sehr einfach mit dem über 20 Jahre garantierten Preis für die Kilowattstunde nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vom und der eingespeisten elektrischen Energie ins öffentliche Energienetz berechnet werden. Die jährlichen Kosten können aus den Investitionen, der jeweiligen Lebensdauer und dem Zinssatz für die einzelnen Komponenten der Photovoltaikanlage berechnet werden. Für die Berechnung realistischer Stromkosten ist es zweckmäßig, die totalen Anlagekosten K TOT für die Errichtung einer ganzen Photovoltaikanlage aufzuteilen in die Kosten K G, für den Solargenerator, Verkabelung, Sicherungen, Überspannungsschutz mit einer langen Amortisationszeit von n = 20 bis 25 Jahren, die Kosten der elektronischen Komponenten K E (Wechselrichter, Laderegler usw.) mit einer mittlerer Amortisationszeit von n = 8 bis 15 Jahren und bei Inselanlagen den Akkukosten K A mit einer Amortisationszeit von n = 3 bis 8 Jahren (abhängig von Typ und Beanspruchung). Von den Kosten K G können manchmal auch eingesparte Kosten K S (z.b. Kosten der Ziegel bei einer dachintegrierten Anlage) abgezogen werden. Es gilt also für die totalen Investitionskosten K TOT : K K - K K K (4.1) TOT G S E A K G = Kosten für Solargenerator, Aufständerung, Verkabelung, Überspannungsschutz usw. K S = Eingesparte Kosten (z.b. für Dachziegel, Fassadenaußenseite usw.). K E = Kosten für Elektronik wie Wechselrichter, Laderegler usw. K A = Kosten für den Akkumulator bei Inselanlagen Die erforderliche jährliche Abschreibung a in % des investierten Kapitals für die Amortisationszeit in n Jahren kann bei nachschüssiger Rückzahlung (Abschreibung jeweils am Jahresende) abhängig vom Zinssatz p nach Gl. 4.2 ermittelt werden. n 1 p p a 100% (4.2) n (1 p) -1 Um die Jahreskosten K a zu ermitteln, werden nun mit den für die einzelnen Kostenarten geltenden Abschreibungssätzen a i (nach Gl. 4.2) die entsprechenden Jahreskosten ermittelt und dazu noch die jährlichen Betriebs- und Wartungskosten K Ba der Anlage dazugerechnet. K K - K a K a K a K (4.3) a G S G E E A A Ba a G = Abschreibungssatz für die Solargenerator-Nettokosten (K G, - K S ) nach Gl. 4.2 mit n = 20 bis 25 Jahren, a E = Abschreibungssatz für die elektronischen Komponenten K E nach Gl. 4.2 mit n = 8 bis 15 Jahren, a A = Abschreibungssatz für den Akkumulator K A nach Gl. 4.2 mit n = 3 bis 8 Jahren, K Ba = Jährliche Kosten für Betrieb, Wartung und Reparaturen (inkl. Versicherungen). Den effektiven Energiepreis k i erhält man durch Division der Jahreskosten K a durch den Jahresenergieertrag W a. Liegt der effektive Energiepreis unter der staatlich garantierten Einspeisevergütung nach dem EEG, so ist die Anlage für den Betreiber wirtschaftlich. Im Allgemeinen müssen bei diesen Betrachtungen noch steuerliche Abschreibungen auf die Investitionen der Photovoltaikanlage und zu zahlende Steuern auf die Erlöse durch die Netzeinspeisung berücksichtigt werden. G. Schenke, Photovoltaik und Solartechnik FB Technik, Abt. E+I 56

4 Förderung von erneuerbaren Energien in Deutschland: Entwicklung der Vergütungssätze für Strom aus erneuerbaren Energien für Wind/ Sonne bis 1999 nach dem Stromeinspeisungsgesetz (alte Gesetzgebung) Vergütungssätze Pfg/kWh 16,61 16,53 16,57 16,93 17,28 17,21 17,15 16,79 16,52 Förderung der Photovoltaik nach dem EEG 2000 (gültig ab ): Vergütungssätze ct/kwh 50,6 50,6 48,1 45,7 (2000 und 2001 umgerechnet in Cent) Lärmschutzwänden in ct/kwh (gültig ab ): bis 30 kw 57,4 54,53 51,80 49,21 46,75 43,01 30 kw bis 100 kw 54,6 51,87 49,28 46,82 44,48 40,91 ab 100 kw 54,0 51,30 48,74 46,30 43,99 39,58 ab 1000 kw 54,0 51,30 48,74 46,30 43,99 33, bis 30 kw 39,14 34,05 33,03 28,74 26,15 bis 100 kw 37,23 32,39 31,42 27,33 24,87 ab 100 kw 35,23 30,65 29,73 25,86 23,53 ab 1000 kw 29,37 25,55 24,79 21,56 19,62 Lärmschutzwänden in ct/kwh (gültig ab ): bis 10 kw 19,50 18,55 17,17 15,07 13,68 bis 40 kw 18,50 17,58 16,29 14,30 12,98 bis 1 MW 16,50 15,86 14,53 12,75 11,58 bis 10 MW 13,50 12,98 11,89 10,44 9,47 Lärmschutzwänden ab 3 MW reduzieren sich seit 2012 zusätzlich (Quelle BMWi/BMU). Anteil der erneuerbaren Energie am Strompreis 2011 (Quelle Bundesverband Solarwirtschaft): Strompreis gesamt 24,0 ct/kwh Anteil erneuerbare Energien 3,6 ct/kwh Photovoltaik in Deutschland 2012: Gesamte installierte Leistung Solarstromerzeugung 2012 Anzahl der installierten Anlagen MW GWh ca. 1,3 Mio. G. Schenke, Photovoltaik und Solartechnik FB Technik, Abt. E+I 57

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