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Beiträge

Eine sinnvolle Kombination: Photovoltaik (PV), Batteriespeicher, Elektromobilität und Wärmepumpe

© skeeze/Pixabay
© skeeze/Pixabay

| Steffen Kawohl |

Auf den Dächern Nordrhein-Westfalens schlummert ein enormes Potential, um Teile des künftig steigenden Strombedarfs durch Solarstrom zu decken. Haushalte mit einem hohen Stromverbrauch profitieren am stärksten von einer eigenen Photovoltaikanlage auf dem Dach. Besonders sinnvoll ist es, eine PV-Anlage mit einem Batteriespeicher und einem E-Fahrzeug oder einer Wärmepumpe zu kombinieren. Wie viel Strom sich auf dem eigenen Hausdach tatsächlich erzeugen lässt, dazu bieten Solarkataster eine erste Einschätzung.

Fachbeitrag von Steffen Kawohl, EnergieAgentur.NRW

Der Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch lag in Deutschland im vergangenen Jahr bei rund 38 Prozent. Mit dem Fortschritt der Energiewende im Verkehrssektor und in der Wärmeversorgung erhöht sich künftig auch der Strombedarf aus erneuerbaren Energien. Die Solarenergie könnte dazu weitaus mehr beitragen, würden die schlummernden Potentiale ausgeschöpft. Allein auf den Dächern Nordrhein-Westfalens könnten rund 68 Terawattstunden Solarstrom erzeugt werden, hat das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz (LANUV) kürzlich berechnet. Noch aber liegt die Solarstromerzeugung auf privaten, kommunalen und gewerblichen Dächern bei erst 3,9 Terawattstunden. Um die Lücke zu schließen, lohnt es sich, ganzheitlich zu planen und verschiedene Technologien miteinander zu verknüpfen.

Private und kommunale sowie gewerbliche Eigentümer stehen gleichermaßen vor der Frage, wie sie das Potential der Solarenergie auf ihrem eigenen Hausdach am besten nutzen können. Doch unter welchen Bedingungen lohnt sich eine eigene PV-Anlage auf dem Dach überhaupt? In den vergangenen Jahren sind die Kosten zur Produktion von Solarstrom immer weiter gesunken. Mittlerweile liegen sie deutlich unter dem durchschnittlichen Preis, den Privatkunden für Strom aus dem Netz bezahlen. Strom mit einer eigenen PV-Anlage selbst zu erzeugen, ist mittlerweile billiger als ihn aus dem Netz zu beziehen. Speist ein Erzeuger seinen Strom in das Stromnetz ein, so erhält er bei einer PV-Anlage bis 10 kWp momentan eine Einspeisevergütung von 11,11 ct/kWh. Diese Summe ist geringer als die Preisdifferenz zwischen dem selbsterzeugten Solarstrom und dem eingekauften Netzstrom. Die Einnahmen, die der Erzeuger mit der Einspeisevergütung erhält, werden durch die Kosten für den eingekauften Netzstrom aufgezehrt. Deshalb ist es sinnvoller, den erzeugten Solarstrom selbst zu nutzen, als ihn ins öffentliche Stromnetz einzuspeisen.

Auch Dächer, die nach Osten oder Westen ausgerichtet sind, eignen sich
Je größer die belegbare Dachfläche ist, umso eher lohnt es sich, in eine PV-Anlage zu investieren. Der Preis für eine PV-Anlage wird auf Quadratmeter umgerechnet mit zunehmender Größe billiger. Wie viel Strom eine PV-Dachanlage erzeugen kann, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Damit sie möglichst viel Strom liefert, sollte das Dach nach Süden (von Südost bis Südwest) ausgerichtet sein und eine Neigung zwischen 20° und 50° aufweisen. Soll der erzeugte Solarstrom im eigenen Haushalt selbst verbraucht werden, ist nicht mehr der Maximalertrag maßgeblich, sondern eine Produktionsverteilung über den ganzen Tag hinweg. Dann eignen sich auch Sattel-, Pult- und Zeltdächer sowie Dachflächen, die nach Osten oder Westen ausgerichtet sind. Reine steile Norddächer (> 15°) eignen sich allerdings nicht. Sind die PV-Module in eine andere Richtung ausgerichtet, produzieren sie über den Tag hinweg zwar weniger Strom als bei südlicher Ausrichtung, dafür können sie aber morgens früher und abends länger Strom erzeugen. Auf Flachdächern lassen sich die PV-Module durch die Aufständerung optimal ausrichten. Großer Schattenwurf durch Bäume oder Nachbarhäuser kann die Erträge der PV-Anlage deutlich verringern und sollte daher ausgeschlossen werden. Kleinere Verschattungen des Daches am späten Nachmittag zum Beispiel durch Schornsteine hingegen sind hinnehmbar.

Ein Solarkataster hilft bei der Entscheidung
Ein Solarkataster gibt einen ersten Überblick darüber, wie gut sich Dachflächen zur Stromerzeugung eignen. Während Städte und Kreise wie zum Beispiel die Stadt Solingen ein Solarkataster für ihr Gebiet führen, bietet das LANUV ein Solarkataster mit Informationen über sämtliche rund 11 Millionen Dächer in Nordrhein-Westfalen. Geodaten werden durch eine Software ausgewertet und mit Berechnungen einzelner Parameter wie Größe der Dachfläche, Ausrichtung, Neigung, Verschattung durch umliegende Bäume und Bauwerke sowie der mittleren solaren Einstrahlung auf der jeweiligen Dachfläche kombiniert. Daraus entsteht schließlich eine Solarpotentialkarte, die die Eignung der Dachflächen graphisch in drei bis vier verschiedenen Stufen ausweist: Sehr gut geeignet, gut geeignet, geeignet, nicht geeignet. Neben der Eignungsklasse liefern Solarkataster meist auch eine Einschätzung über die mögliche installierbare Leistung, den möglichen Energieertrag – unterschieden nach dem Strom, der direkt im Haus verbraucht werden kann, der „Eigenverbrauchsquote“ und dem „Überschussstrom“, der ins Netz eingespeist werden kann – sowie die mögliche CO2-Einsparung für die entsprechende Dachfläche. Verfügt das Solarkataster über einen Wirtschaftlichkeitsrechner, lassen sich damit auch die Investitionssumme und die Amortisationszeit der PV-Anlage berechnen. Der PV-Rechner der EnergieAgentur.NRW bietet eine erste Orientierung darüber, ob sich die Investition in eine PV-Anlage für das eigene Gebäude lohnt.

Ein Solarkataster ermöglicht jedoch nur eine erste Einschätzung und ersetzt nicht die fachliche Prüfung der Bedingungen vor Ort im Rahmen einer ausführlichen Beratung, die für den Einsatz von PV-Anlagen im Gewerbe von der EnergieAgentur.NRW durchgeführt wird. Neben den genannten Parametern können sich nämlich weitere Faktoren wie der Zustand des Daches, die Statik des Gebäudes, Vorgaben des Denkmalschutzes sowie Veränderungen am Gebäude oder der umliegenden Vegetation entscheidend auf die Eignung des Daches auswirken. Qualifizierte Fachleute sollten daher in jedem Fall vor Ort das genaue Potential ermitteln.

Batteriespeicher erhöht den Eigenverbrauch
Der Eigenverbrauch allein sollte nicht maßgeblich für die Dimensionierung der Dachanlage sein. Es kann durchaus wirtschaftlicher sein, die gesamte Dachfläche zu nutzen. Dann kommt es auf die Kombination der Anlage mit anderen Technologien an, wie Speicher oder Elektromobilität zum Beispiel in Verbindung mit einer intelligenten Haussteuerung.

Je größer der Stromverbrauch und je höher der Strompreis ist, desto wirtschaftlich interessanter wird ein Speicher grundsätzlich. Dies lohnt sich besonders ab einem Strompreis von 26 ct/kWh und einem Stromverbrauch von mehr als 4.500 kWh. Ob sich ein Batteriespeicher wirtschaftlich einsetzen lässt, hängt zudem aber auch noch von verschiedenen weiteren Faktoren ab, wie den Kosten der Batterie, ihrer Entladetiefe, ihrer Lebensdauer sowie ihrem Wirkungsgrad und dem Verbrauchsprofil des Haushaltes. Speicherrechner im Internet ermöglichen dazu eine erste Einschätzung. Allerdings ist es auch dabei notwendig, sich zusätzlich zu der ersten Einschätzung professionell vor Ort beraten zu lassen.

Im Haushalt können üblicherweise 20 bis 30 Prozent des von der PV-Anlage erzeugten Stroms selbst verbraucht werden. Gerade in der Mittagszeit erzeugt die PV-Anlage in der Regel jedoch mehr Strom als der Haushalt benötigt. Mit einem Batteriespeicher lässt sich der Solarstrom speichern und nach Bedarf später nutzen. Wird der Speicher optimal dimensioniert, lässt sich der Eigenverbrauch so auf etwa 50 bis 80 Prozent steigern. Der Haushalt muss dann weniger Strom aus dem öffentlichen Stromnetz beziehen und wird dadurch unabhängiger vom Strompreis.

Ein Nutzer kann selbst wählen, auf welche Weise er seinen Batteriespeicher einbinden möchte. Bei einer konventionellen Einbindung wird die Batterie so eingestellt, dass sie sich auflädt, sobald genug Strom erzeugt wird. Sie kann aber auch netzdienlich oder speicherdienlich eingebunden werden. Wird während der Mittagszeit mehr Solarstrom erzeugt als insgesamt benötigt, wird der überschüssige Strom bei einer netzdienlichen Einbindung der Batterie nicht vollständig ins öffentliche Stromnetz eingespeist, sondern zu einem gewissen Teil in der Batterie für eine spätere Nutzung gespeichert. Der Batteriespeicher entlastet so das Stromnetz, indem er die netzbelastende Stromspitze in der Mittagszeit abfängt. Wird die Batterie hingegen speicherdienlich eingesetzt, beginnt sie erst in der zweiten Tageshälfte, sich aufzuladen und puffert dann gegebenenfalls nur einen Teil der netzbelastenden Stromspitze während der Mittagszeit ab. Um dies zu ermöglichen, werden Wetterprognosen eingebunden. Ein solcher speicherdienlicher Einsatz erhöht die Lebensdauer der Batterie.

Laden mit eigenem Solarstrom macht E-Auto klimafreundlicher
Da der wirtschaftliche Vorteil einer eigenen PV-Anlage umso größer ausfällt, je höher der eigene Stromverbrauch ist, erweist es sich für private und gewerbliche Nutzer als sinnvoll, die hauseigene PV-Anlage mit einem Elektrofahrzeug und einem stationären Batteriespeicher zu kombinieren. So können sie ihr E-Auto zeitlich flexibel mit selbsterzeugtem Strom laden, da der Strom aus dem häuslichen Batteriespeicher auch dann genutzt werden kann, wenn die Sonne gar nicht scheint. Das Elektromobilitätsgesetz erlaubt Arbeitgebern, Strom an ihre Beschäftigten abzugeben. Unternehmen und Kommunen können daher nicht nur ihre eigene Fahrzeugflotte laden, sondern es auch ihren Mitarbeitern ermöglichen, E-Autos während der Arbeitszeit an Ladestationen auf den Stellplätzen des Arbeitgebers zu laden. Den Strom dafür können sie ihnen entweder kostenlos zur Verfügung oder in Rechnung stellen. Das elektrische Laden privater Fahrzeuge und Firmenwagen beim Arbeitgeber, das dieser seinen Mitarbeitern ermöglicht, ist seit 2017 steuerbefreit. Für die Beschäftigten hat dies den Vorteil, dass sie weitere Strecken zwischen Wohnort und Arbeitsplatz zurücklegen können. Die Umweltbilanz eines Elektrofahrzeugs verbessert sich, wenn der Anteil erneuerbarer Energien am Strommix steigt. Wird ein Auto mit selbsterzeugtem Solarstrom geladen, ist die Umweltbilanz des Fahrzeugs gegenüber dem Laden mit Netzstrom beim jetzigen Strommix unschlagbar.

Wärmepumpe wandelt Solarstrom in Wärme um
Wird der günstige, selbsterzeugte Solarstrom genutzt, um eine Wärmepumpe zu betreiben, können dadurch die Heizkosten gesenkt werden. Durch einfachste Maßnahmen ist es möglich, dass sich die Wärmepumpe automatisch einschaltet, wenn ein Überschuss an Solarstrom vorhanden ist. Die Wärmepumpe wandelt diesen Strom dann in Wärme um und speichert sie in einem Warmwasser- oder Pufferspeicher. Da ein Gebäude auch nachts geheizt werden muss, kann die Wärmepumpe jedoch nicht vollständig mit selbsterzeugtem Strom betrieben werden. Auch im Winter reicht die Leistung einer PV-Anlage tagsüber oft nicht aus, um die Wärmepumpe autark zu betreiben, da sie zu dieser Jahreszeit am meisten Strom benötigt.

Private PV-Anlage so groß wie möglich auslegen
Damit eine PV-Anlage über das gesamte Jahr so viel Strom erzeugen kann wie der Haushalt, die Kommune oder das Unternehmen für die eigenen Zwecke benötigt, sollte sie richtig ausgelegt sein. Wenn die Dachfläche und der Geldbeutel es zulassen, ist es für Privathaushalte sinnvoll, die PV-Dachanlage so groß wie möglich bis maximal 9,99 kWp zu dimensionieren. Dies gilt selbst dann, wenn der Haushalt zu diesem Zeitpunkt noch gar nicht so viel Strom benötigt. Im Jahr 2018 sind die Modulpreise sehr stark gefallen und die spezifischen Installationskosten (€/kWp) für 10 kWp-Anlagen sind teilweise sehr günstig. Das führt dazu, dass die Amortisationszeit bei 5-kWp- und bei 10-kWp-Anlagen in etwa gleich lang ist, die 10-kWp-Anlage über einen Zeitraum von 20 Jahren jedoch mehr Geld einbringt. So ist man auch für einen künftig möglicherweise höheren Stromverbrauch im Haushalt, zum Beispiel durch die Anschaffung eines E-Fahrzeugs oder einer Wärmepumpe, besser gerüstet. Bei der Auslegung einer PV-Dachanlage gilt es daher, den Batteriespeicher, das E-Auto oder die Fahrzeugflotte sowie die Wärmepumpe als Variablen unbedingt zu berücksichtigen.

Videos der EnergieAgentur.NRW zum Thema:
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