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  • Erzeugungsprofile, Lastprofile und betriebswirtschaftliche Analyse

    kleiner PV-Systeme zur direkten Deckung des Eigenverbrauchs

    Max Heißwolf (1)

    , Natalie Stut (1)

    , Andreas Boschert (1)

    , Theresa Liegl (1)

    , Mike Zehner (1)

    , ,

    Bodo Giesler (1)

    , Björn Hemmann (2)

    , Ralf Haselhuhn (3)

    ,

    (1) Hochschule Rosenheim, Fakultät für Angewandte Natur- und Geisteswissenschaften

    Arbeitsgruppe PV-Systeme im Forschungszentrum Energie- und Gebäudetechnologie

    Hochschulstraße 1, D-83024 Rosenheim, Tel.: +49 (0)8031 805-2400 (2)

    Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie, Landesverband Franken e.V.

    Fürther Straße 246c, D-90429 Nürnberg, Tel.: +49 (0)911 376-516-30 (3)

    Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie, Landesverband Berlin Brandenburg e.V.

    Erich-Steinfurth-Straße 8, D-10243 Berlin

    Im März 2012 forderte der aktuelle Außenminister Sigmar Gabriel bei der großen Solarde-

    monstration vor dem Berliner Reichstag, dass Mieter endlich ihren eigenen Strom produzie-

    ren können und somit auch wirtschaftlich an der Energiewende teilnehmen können. Die nicht

    erfreuliche Entwicklung für eine Belieferung an Dritte durch PV-Strom kam sogleich mit dem

    EEG 2014. Seitdem ist es für den einzelnen Mieter aufwendiger geworden, seine eigene

    Energiewende voranzutreiben [1]. Doch für diese Hinderungsgründe gibt es eine Lösung –

    kleine PV-Systeme, sogenannte Guerilla-PV oder Bürger-PV-Anlage, welche ohne EEG-

    Vergütung betrieben, einfach im Haus eingesteckt werden und als einziges Ziel den vollstän-

    digen Eigenverbrauch in der Wohnung forcieren. Diese Systeme befinden sich jedoch aktuell

    in einer rechtlichen Grauzone, da sie direkt in der Hausanlage angeschlossen werden und

    die Anmeldung der Anlagen beim örtlichen Netzbetreiber in den meisten Fällen „vergessen“

    wird. Ebenfalls werden diese Anlagen an untypischen Orten der Wohnung verbaut, z.B. auf

    der Terrasse, am Balkongeländer oder neben dem Dachfenster, was geringere Erträge auf

    Grund von Verschattungen oder Ertragsspitzen abseits der Sommermonate zur Folge hat.

    Kann dieser Strom nicht direkt in der Wohnung verbraucht werden, kommt es auch bei die-

    sen Systemen zu einer Rückspeisung in das öffentliche Stromnetz. Die rechtlichen Konse-

    quenzen für Anlagenbetreiber solcher Systeme können noch nicht hinreichend abgeschätzt

    werden. Nach Schätzungen der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS) betreiben

    aktuell 20.000 Menschen Bürger-PV-Anlagen.

    Referenzgebäude

    Für die Bestimmung von möglichen Installationsorten dieser Systeme wurden aktuelle Ge-

    bäudeformen in städtischen Gebieten und an Stadträndern ermittelt. Die Bilder 1 – 3 zeigen

    Nachbildungen in PVsol. Neben standardisierten Mehrparteien-Häusern mit Satteldach und

    kleinem Balkon pro Partei, konnten drei neuere Bauformen ermittelt werden. Zum einen die

    Bauform mit Laternendach (Bild 1), wobei der Raumgewinn meist ein eigenes Stockwerk

    darstellt. Einbaumöglichkeiten neben Balkon oder Terrasse bietet hierbei der untere Dach-

    vorsatz. Eine zweite Bauform entspricht einem Pultdach, welches meist nach Norden abfällt

    und die komplette Gebäudegrundfläche nicht überdeckt (Bild 2). Der freistehende Platz im

    Obergeschoss wird meist als Balkon ausgeführt. Durch seine hauptsächliche Ausrichtung

    nach Süden und verkleinerten Obergeschoss wird eine längere Einstrahlung am Balkon rea-

    lisiert, was bei einer Installation am Balkongeländer von PV-Systemen zu geringeren Ver-

    schattungen zu früher bzw. später Stunde führt. Eine dritte mögliche Bauform, welcher vor

    allem in innerstädtischen Standorten vorliegt ist ein Wohnblock (Bild 3), meist ausgeführt mit

    einem Flachdach oder anderer klassischen Dachform.

  • Der meiste Einsatz von Bürger-PV-Systemen kann bei kleinen innerstädtischen Wohnungen

    angenommen werden, weshalb für Ertragssimulationen vor allem der Gebäudetyp Wohn-

    block näher untersucht wurde. Hierbei wurde der Einbauort an einem Balkongeländer simu-

    liert.

    Bild 1: Beispiel eines Referenzgebäudes mit Laternendach, nachgebildet in PVsol. Die untere Dachfläche eignet

    sich für den einfachen Einbau eines Bürger-PV-Systems

    Bild 2: Beispiel eines Referenzgebäudes mit Pultdach und großer Balkonfläche nachgebildet in PVsol. Bei Einbau

    von Guerilla-Anlagen am Balkongeländer sind längere Sonnenstunden zu erwarten, da die Gebäudekante gerin-

    gere Verschattungen zu früher/später Stunde verursacht.

  • Bild 3: Beispiel eines Referenzgebäudes mit Flachdach nachgebildet in PVsol, welches vor allem in städtischen

    Gebieten vorzufinden ist. Der Einbau einer Guerilla-Anlage wird vor allem am Balkongeländer realisiert. Der Ein-

    fluss von Verschattung vor allem bei überliegenden Balkonen ist ausschlaggebend für Ertragsminderungen.

    Erträge von Guerilla-Systemen

    Für die Ertragsermittlung eines Guerilla-Systems wurde das von DGS vertriebene Produkt

    „DGS SolarRebell: meine kleine Energiewende“ am Standort Rosenheim simuliert. Dies wur-

    de mit der Software PVsol von Valentin-Software bewerkstelligt. Bei der untersuchten Anlage

    handelt es sich um ein 250 W System, bestehend aus einem polykristallinen 250 W Modul

    von Canadian Solar und dem Mikrowechselrichter Letrika Solar Micro Inverter 260.

    Zuerst wurde das PV-System validiert. Bei Aufstellung auf der Freifläche konnte ein maxima-

    ler Jahresertrag von 273,56 kWh bei einem Azimutwinkel von 180° und einem Neigungswin-

    kel von 36° ermittelt werden. Dies entspricht einem spezifischen Ertrag von 1.094,24 Wh/W.

    Ändern sich Azimut- und Neigungswinkel, ändert sich entsprechend der Ertrag nach Bild 4.

    Die Installation am Balkongeländer kann an drei Seiten erfolgen. Zum einen an der Längs-

    seite des Balkons, zum anderen an den beiden kurzen Seiten, welche je um 90° zur Längs-

    seite versetzt sind. Je nach Ausrichtung des Balkons ergeben sich hiermit bessere und

    schlechtere Einbaubedingungen in Bezug auf den möglichen Jahresertrag. Des Weiteren

    kann bei Installation an Balkonen der optimale Neigungswinkel von 36° nur selten realisiert

    werden. Grund hierfür liegt bei möglichen Schnee- und Windlasten, sowie der zusätzlichen

    Verschattung von teilweise vorhandenen unterliegenden Nachbarbalkonen im Mehrparteien-

    haus, was zu Belästigungen und Minderakzeptanz des Systems führen könnte. Für die Er-

    tragsermittlung am Balkon wurden aus diesem Grund Neigungswinkel zwischen 70° und 90°

    untersucht. Die Bilder 6 – 8 listen die normierten Erträge für die drei möglichen Einbausitua-

    tionen in Abhängigkeit der Ausrichtung und Modulneigung auf. Diese sind folgendermaßen

    zu beschreiben. Ein Balkon umfasst drei mögliche Geländer. Eines auf der Längsseite des

    Balkons gegenüber der Balkontür und zwei kurze Seiten links und rechts der Balkontür gele-

    gen. Diese drei Einbausituationen wurden wie folgt festgelegt: Betritt man den Balkon durch

    die Balkontür, so wird die rechte kurze Seite des Balkons als „Einbausituation 1“, die Längs-

  • seite gegenüber als „Einbausituation 2“ und die kurze Seite zur linken Hand bei Betreten des

    Balkons als „Einbausituation 3“ bezeichnet. Bild 5 verdeutlicht dies schemenhaft. Folglich

    wurde neben unterschiedlichen Neigungswinkeln der Einbauort unterschieden. Die Erträge

    unterscheiden sich vor allem darin, ob sich oberhalb ein verschattender Balkon befindet oder

    nicht. Liegt ein Balkon oberhalb vor, so können bei steileren Neigungswinkeln deutlich gerin-

    gere Erträge erwartet werden.

    Bild 4: Normierter Ertrag eines 250 W-Systems bei Simulation auf der unverschatteten Freifläche am Referenz-

    standort Rosenheim gerechnet mit PVsol in unterschiedlichen Modulausrichtungen und Neigungswinkeln (Azimut

    und Neigung in 10°-Schritten). Die ideale Ausrichtung des Systems liegt bei einem Azimutwinkel von 180° und

    einem Neigungswinkel von 36°

    Bild 5: Schematischer Übersichtsplan zur Bestimmung der Einbausituationen. Von der Balkontür gesehen befin-

    det sich Einbausituation 1 auf der rechten kurzen Seite des Balkons, Einbausituation 2 gegenüber der Balkontür

    auf der Längsseite und Einbausituation 3 auf der linken kurzen Seite des Balkons.

  • Bild 6: Normierter Ertrag eines 250 W-Systems bei Anbringung in Einbausituation 1 (von Balkontür aus gesehen

    rechte kurze Seite) im Dachgeschoss (Grafik oben) bzw. 2. Obergeschoss (Grafik unten) in unterschiedlicher

    Haus- und Modulausrichtung (Azimut in 22,5°-Schritten). Gerechnet wurde der Ertrag mit PVsol für den Refe-

    renzstandort Rosenheim.

    Bild 7: Normierter Ertrag eines 250 W-Systems bei Anbringung in Einbausituation 2 (Längsseite des Balkons) im

    Dachgeschoss (Grafik oben) bzw. 2. Obergeschoss (Grafik unten) in unterschiedlicher Haus- und Modulausrich-

    tung (Azimut in 22,5°-Schritten). Gerechnet wurde der Ertrag mit PVsol für den Referenzstandort Rosenheim.

  • Bild 8: Normierter Ertrag eines 250 W-Systems bei Anbringung in Einbausituation 3 (von Balkontür aus gesehen

    linke kurze Seite) im