Einflussfaktoren Wirtschaftlichkeit, Teil I

In diesem Blogbeitrag zum Thema Wirtschaftlichkeit geht es um die folgenden Einflussfaktoren:

1. Einstrahlung,
2. Systemkosten,
3. Betriebskosten und
4. Dimensionierung

Der Schwerpunkt liegt dabei auf PV-Anlagen für Haushalte (netzgekoppelte Anlagen) und Betriebe. Der Beitrag behandelt weder PV-Freiflächenanlagen, die beispielsweise Erschließungskosten erfordern, noch Kleinstanlagen (z. B. Balkonmodule). Der Beitrag abstrahiert außerdem von anderen wichtigen Entscheidungsgrundlagen für oder wider Solaranlagen, wie z. B. Ästhetik, Autarkie, Klima- und Ressourcenschutz.

Einstrahlung

Auf der Nutzenseite beeinflusst die Einstrahlung die Wirtschaftlichkeit der Solaranlage am drastischsten. Die Einstrahlung wird durch folgende Faktoren beeinflusst:

• Ausrichtung (Azimut)
  • Südausrichtung in Deutschland optimal
  • In Abhängigkeit des Lastgangs aber auch Ost-West-Ausrichtungen wirtschaftlich (HTW, 2019, Dimensionierung von PV-Anlagen für Prosumer)
  • Messung der Ausrichtung mithilfe des Azimut Tools
• Elevation
  • Neigungswinkel der Module
  • Kein permanent optimaler Winkel möglich (abhängig Tages- und Jahreszeit)
  • Kompromisswinkel notwendig
  • Deutschland: 30 – 35 Grad Süd
• Breitengrad
  • In Deutschland Begünstigen von südlichen Standorten (Gegeneffekt Temperatur)
  • Auskunft über Globalstrahlungskarten gibt der Deutsche Wetterdienst (DWD)
  • Wichtig bei nördlich gelegenen PV-Anlagen: Schwachlichtverhalten der Module (NOCT), siehe auch Blogbeitrag zu Standardtestbedingungen (STC)

Verschattung

In einem dicht besiedelten Land wie Deutschland spielt die Verschattung eine wesentliche Rolle für die Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen. Da gemeinsam verschalte Module (String) wie eine Kette funktionieren, bei der das schwächste Kettenglied die Gesamtleistung bestimmt, ist die Schattenanalyse notwendiger Bestandteil der Anlagenplanung.

Bei der Planung werden drei Arten von Schatten unterschieden:

• Nahschatten,
• Horizontschatten und
• Spontanschatten

Die Verschattungsanalyse kann auf folgende Arten erfolgen:

• Inaugenscheinnahme,
• Verwendung eines Sonnenbahnindikators und
• Computer-Simulation

Die einfachste Methode ist die Inaugenscheinnahme, bei der schattenwerfende Objekte durch den Blick in Richtung Süden, Osten und Westen identifiziert werden. Unter einem Sonnenbahnindikator versteht man einen Kompass mit Halterung eines transparenten Schirms, der die Sonnenbahnen im Tages- und Jahresverlauf zeigt. Die Computer-Simulation visualisiert die Verschattung für den jeweiligen Standort unter Berücksichtigung der Topografie und der nahestehenden Bebauung.

Schattenquellen (besonders der gravierende Nahschatten) sind, wenn möglich, zu Beseitigen. Im Falle von unvermeidbarer Verschattung gibt es in der Planung folgende Lösungsmöglichkeiten:

• Verschaltungsoptimierung (Zusammenschaltung gleichzeitig verschatteter Module),
• Einsatz von Halbzellenmodul und Bypass-Dioden sowie
• Verwendung von Leistungsoptimierern

Investitionskosten

Um die Investitionskosten von PV-Anlagen vergleichbar zu machen, wurde der Begriff „Systempreis“ (englisch Balance of System = BOS) eingeführt. Der Systempreis umfasst folgende Bestandteile:

• Komponenten
• Planung (oft nicht extra ausgewiesen)
  • Simulations-/Auslegungssoftware
  • Beratung
  • Teilweise Prüfung der Statik und Genehmigung
• Installation und Inbetriebnahme: 20 % des Systempreises (ISE, 2017)
  • Montage
  • Gerüst (Einsparpotenzial bei Neubau bzw. Neueindeckung)
  • Inbetriebnahme (z. B. Zählerinstallation, Abnahme und Anmeldung bei Verteilnetzbetreiber)

Komponenten

Die nähere Betrachtung der Komponenten ergibt folgende Verteilung der Kosten:

• Module: 47,2 % der Systemkosten (ISE, 2017)
  • Achtung Vergleich von Modulen anhand von STC und NOCT
  • Wichtig für Vergleich: Garantie und Gewährleistung
  • Preise für Module fallen (Skalen- und Lerneffekte) weiter
  • Preisabfall verlangsamt sich
• Wechselrichter: 17,3 % der Systemkosten (ISE, 2017)
• Sonstige Komponenten (z. B. Unterkonstruktion, Verkabelung und Zähler): 14 % der BOS (ISE, 2017)

Vergleich der Systemkosten

Die HTW Berlin führte im Auftrag der Verbraucherzentrale NRW auf Basis von Daten des Photovoltaikforums eine Auswertung von Angebotspreisen (Basis Systempreis) durch und erstellte einen Preisindex. Der Preisindex staffelt die mittleren Preise für PV-Anlagen nach Anlagenleistung in kWp (von 4 kWp bis 20 kWp) und hilft zukünftigen Anlagenbetreibern dabei zu prüfen, ob ihr Angebot marktüblich ist. Die Unterscheidung nach Anlagengröße ist erforderlich, da die Investitionskosten pro kWp nicht proportional steigen. Vielmehr sinken die Preise pro Kilowatt installierte Leistung, je größer die Anlage ausfällt.

Eine Erklärung für die unproportionalen Systemkosten pro kWp installierter Leistung sind sicherlich pauschale Kosten wie beispielsweise die Montageanfahrt, Abnahme, Baustelleneinrichtung und Anmeldung beim Verteilnetzbetreiber.

Betriebskosten

Die Betriebskosten (BK), auch Operational Expenditure (OPEX) genannt, teilen sich in feste (z. B. Versicherungen) und leistungsabhängige Anteile (z.B. Reparatur) auf. Aufgrund von fallenden Preisen für die Komponenten (insbesondere Module) und sinkender Einspeisevergütung werden die Betriebskosten zunehmend relevanter für die Wirtschaftlichkeit von PV-Anlage. Besonders kostentreibend wirken die Betriebskosten bei sehr kleinen Anlagen (<5 kWp Nennleistung). Als Richtwert für die Betriebskosten sollten ca. 1,5 % der Systemkosten angenommen werden.

Die Betriebskosten umfassen folgende Bestandteile:

• Reparatur und Austausch Komponenten (inkl. Installation) bzw. die Bildung von Rückstellungen,
• Versicherung (Haftplicht- und Elementarschadenversicherung),
• Verwaltung (relevant bei Anlagen im Contracting),
• Reinigung (relevant bei größeren Anlagen),
• Service- und Kontrollgänge,
• Zählermiete (> 10 kWp),
• Überwachung und Datenübertragung,
• U.U. Dachmiete und
• U.U. Unterhalt für Trafo-Station und Schaltanlagen

Möglichkeiten zur Senkung von Betriebskosten bestehen z.B. bei:

• Regelmäßiger Vergleich der Versicherung,
• Verzicht auf Fernüberwachung bei kleinen Anlagen (Nutzung bestehendes Internet oder Platzierung Wechselrichter mit gut sichtbarem Display),
• Optimierung Reinigungsintervalle und
• Optimale Wahl der Wechselrichter-Aufstellung (kühler Aufstellort mit konstanter Luftfeuchte und staubgeschützter Umgebung)

Dimensionierung von Photovoltaikanlagen

Die Dimensionierung von PV-Anlagen hängt zunächst vom limitierten Platzangebot ab. Dabei empfiehlt die Verbraucherschutzzentrale 6 – 8 qm Fläche für 1 kWp.

Eine Kurzstudie der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW, 2019) Berlin im Auftrag der Verbraucherschutzzentrale NRW untersuchte, welche Dimensionierung Prosumer für ihre PV-Anlage wählen sollten. Die Studie („Sinnvolle Dimensionierung von Photovoltaikanlagen für Prosumer“) betrachtete sowohl die System- als auch die Betriebskosten in unterschiedlichen Szenarien betrachtet.

Die Kurzstudie kommt zu folgenden Ergebnissen:

• Fokus auf Eigenverbrauch und Autarkie korreliert nicht mit höchster Wirtschaftlichkeit,
• Hoher Eigenverbrauch als beste Ausgangslage für die Wirtschaftlichkeit einer Anlage,
• Preisvergleiche bei den Systemkosten unabdingbar,
• Batteriespeicher mindern aktuell die Wirtschaftlichkeit von PV-Anlagen,
• Ost-West-Ausrichtung in Abhängigkeit vom Lastprofil zunehmend attraktiver,
• schmälern die Wirtschaftlichkeit und
• Preis pro kWh bei großen Anlagen geringer

Die zusammengefasste Empfehlung der HTW-Kurzstudie lautet „Macht die Dächer voll!“.