Für das Bemessen einer PV-Anlage gelten andere Bedingungen als für das Bemessen der elektrischen Netzanschlussleistung eines Gebäudes, die durch Nutzung und Verbraucher eindeutig bestimmt ist.

In der PV-Anlage - sie ist ein Kraftwerk mit stochastischer Stromerzeugung - sind Stromerzeugung und Gebäudestromversorgung vereint. Ihre Leistung hängt nicht unmittelbar mit der Netzanschlussleistung des Gebäudes zusammen.

Zielstellungen:

• Aufbau einer Inselstromversorgung, wobei die bereits besprochenen Varianten von Inselsystemen möglich sind
• Installieren einer gebäudeintegrierten oder freiflächenbasierten netzgekoppelten Anlage
• Errichten eines Demonstrationsobjekts
• Errichten eines Investmentobjekts für eine Anlegergruppe

Für jede der Zielstellungen kann eine der folgenden drei Zielgrößen im Vordergrund stehen:

1. zur Verfügung stehende Dach-, Fassaden- oder Freifläche A
2. zur Verfügung stehende Investitionsmittel (Gewinnerwartung) K_I
3. jährlich mit PV-Anlage zu erzeugende Elektroenergie E_PV
   oder jährlicher solarer Elektroenergiedeckungsgrad ν_PV,a

Die jährlich mit einer PV-Anlage zu erzeugende Elektroenergie E_PV,a und der jährliche solare Elektroenergiedeckungsgrad ν_PV,a sind über die Gleichung

miteinander verknüpft.

Mit:

• E_PV,a   mit PV-Generator jährlich erzeugte Elektroenergie [kWh/a]
• E_B,a   Jahreselektroenergiebedarf, bezogen auf das Landesnetz, eine Gemeinde oder ein Gebäude [kWh/a]

Der solare Elektroenergiedeckungsgrad kann natürlich auch für einen kürzeren Zeitraum als ein Jahr angegeben werden. Das sollte aber immer ausdrücklich vermerkt sein.

Zur Verfügung stehende Fläche als Zielgröße

Für ein gegebenes Objekt wird eine bestimmte Fläche A (Dach-, Fassaden-, Freifläche) als PV-Generatorfläche A_G ausgewiesen. Das kann eine unverschattete Südfassade oder ein nach Süden, Osten oder Westen ausgerichtetes Schrägdach, möglichst mit einer Neigung von 30-50° und unverschattet, sein, wobei die Schattenwirkung von Dachgauben und Schornsteinen bedacht werden sollte. Es eignen sich auch Flachdächer und Überdachungen von Wintergärten, Garagen, Terrassen und Carports. Auf Flachdächern muss eine Aufständerung angebracht werden, die entweder mit Belastungen standsicher gemacht oder auf der Dachhaut befestigt werden muss.

Mit der ausgewiesenen PV-Generatorfläche kann die photovoltaisch erzeugte Elektroenergie berechnet werden:

E_PV,a = A_GS_a ⋅ η_N,G ⋅ η_N,An ⋅ η_N,WR

Mit:

• A_G       PV-Generatorfläche [m²]
• S_a       jährliche solare Energieeinstrahlung auf die Generatorfläche [kWh/(m² a)]
• η_N,G     Nutzungsgrad des PV-Generators
• η_N,An    Nutzungsgrad Anpassung an den Nutzprozess
• η_N,WR   Nutzungsgrad des Wechselrichters

Die jährliche solare Energieeinstrahlung auf die Generatorfläche Sa muss aus den Strahlungsdaten des Aufstellungsorts gewonnen werden, wobei die Flächenneigung zu berücksichtigen ist. Unkommentierte Daten gelten meist für die waagerechte Fläche. Für Deutschland ist mit Werten von rund (1.000 ± 100) kWh/(m2a) zu rechnen, im Norden gelten die kleineren, im Süden die größeren Werte. Es werden auch Werte für Energiestrahlungsdaten für geneigte Flächen, also auch senkrechte Flächen, angegeben. Es muss aber dann vermerkt sein, für welche Neigung sie gelten.

Zur Verfügung stehende Investitionsmittel als Zielgröße

Stehen die Investitionsmittel fest, kann die mögliche PV-Generatorfläche

oder die maximale PV-Generatorleistung

bestimmt werden.

Jährlich mit PV-Anlage erzeugbare Elektroenergie als Zielgröße

Für den Fall, dass ein umweltbewusster Nutzer den Ehrgeiz hat, seinen Jahreselektroenergiebedarf mit seiner Gebäude-PV-Anlage zu decken, will er die dazu benötigte Fläche und die Investitionskosten wissen. Das erfährt er hinsichtlich der PV-Generatorfläche durch Benutzung der umgestellten Gleichung.

Bemessungsstrategien

Bei monovalentem PV-Inselbetrieb muss der jährliche solare Elektroenergiedeckungsgrad gleich 1 sein. Handelt es sich um bivalenten PV-Inselbetrieb oder multivalenten PV-Inselbetrieb, kann der jährliche solare Elektroenergiedeckungsgrad zwischen 0 und 1 schwanken. Für eine Entscheidung müssen dann die erste und die zweite Zielgröße herangezogen werden.

Bei netzgekoppelten PV-Anlagen ist die dritte Zielgröße im Hinblick auf das Landesnetz nachrangig, da der im Jahr 2005 mit PV-Anlagen erzeugte Strom erst bei rund 0,25 % lag und er trotz rasanter Steigerungsraten in den nächsten Jahren den 1-%-Bereich nicht deutlich überschreiten wird. Deswegen ist davon auszugehen, dass die Einspeisung von PV-Strom in das Elektroenergieversorgungsnetz in absehbarer Zeit keinen Restriktionen unterliegt.

Eine andere Bedeutung hat der jährliche solare Elektroenergiedeckungsgrad dann, wenn sich der Jahreselektroenergiebedarf auf ein Gebäude bezieht. Dann ist, wie oben am Beispiel des umweltbewussten PV-Anlagenbetreibers vermerkt, ein jährlicher solarer Elektroenergiedeckungsgrad von 1 anzustreben.

Vorrang bei der Bemessung netzgekoppelter PV-Anlagen haben zweifellos die Zielgrößen 1 und 2. Sie werden durch die konkreten Bedingungen vor Ort vorgegeben: Wie groß ist die zur Verfügung stehende Fläche zur Aufnahme des PV-Generators, wie viel Geld kann investiert werden?

Bei Demonstrationsanlagen stehen die architektonische Gestaltung, der Modultyp und die erzeugte Elektroenergie pro m² Modulfläche oder pro kW installierte Leistung im Vordergrund. Bei der ersten größeren PV-Anlage als Freiflächenanlage Ende der 80er-Jahre in Kobern-Gorndorf in Rheinland-Pfalz wurde Wert auf unterschiedliche Modultypen, auf ökologische Nutzung der Fläche, auf der die PV-Generatoren aufgeständert waren, und auf eine Anordnung der Solarmodule in Form von Weinblättern gelegt.

Bei der Zielstellung Investmentobjekt wird sich zuerst nach möglichen Flächen umgesehen und dann werden die Investitionsmittel durch Beteiligungen zusammengetragen. Kommt weniger Geld zusammen als erwartet, wird zunächst eine Teilanlage errichtet. Das ist bei PV-Anlagen insofern kein so großes Problem, da aufgrund der Modularisierung die Anlagen additiv zusammengesetzt werden können. Kommt mehr Geld als zunächst veranschlagt zusammen, wird nach weiteren nutzbaren Flächen Ausschau gehalten. Ausschließliches Ziel solcher Anlagen ist es, eine hohe Verzinsung des eingezahlten Geldes zu erhalten.

Der Fachbeitrag ist entnommen aus „Aktuelles Handbuch der Haustechnik" WEKA Praxislösungen von Prof. Rudolf Lückmann.

Umfassende Fachinformationen zum Thema Gebäudetechnik finden Sie im Bereich „Energie und Bau Pro" unter „Gebäudetechnik". Die Demoversion kann kostenlos getestet werden.

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