Photovoltaik im EWärmeG

Pho­to­vol­ta­ik-Anla­gen wer­den nicht zur Wärme­gewinnung, son­dern zur Strom­er­zeugungein­ge­setzt. Wenn ein Wohn­­ge­bäu­de-Eigen­­tü­mer mit einer Pho­to­­vol­ta­ik-Anla­ge auf sei­nem Gebäude­grund­stück selbst Strom pro­du­ziert, kann dies im Erneu­er­ba­re-Wär­me-Gesetz als Ersatz­maßnahme ange­rech­net wer­den – egal ob der Strom selbst genutzt oder in das Netz ein­speist wird. Damit das EWär­meG voll­ständig er­füllt ist, muss die PV-Anla­ge eine (Spitzen)Leistung von min­des­tens 0,02 kWp pro m² Wohn­fläche erbrin­gen, un­ab­häng­ig von der An­zahl der Wohn­ein­heiten (Ein- oder Mehrfamilienhaus). 

Bei­spie­le: Ein­fa­mi­li­en­haus mit 100 m² Wfl. = 2 kWp Leis­tung der PV-Anla­ge | Mehr­fa­mi­li­en­haus mit 200 m² Wfl. = 4 kWp Leis­tung der PV-Anlage

Kombination mit anderen Erfüllungsoptionen

Eine antei­li­ge Erfül­lung ist ent­spre­chend der Leis­tung mög­lich – auch bereits in­stal­lierte äl­tere Pho­to­­vol­ta­ik-Anla­gen kön­nen berück­sich­tigt wer­den. Da es sich um eine Er­satz­option han­delt, kann die­se ggf. mit der neu in­stal­lier­ten Wärme­er­zeu­ger­ein­heit kom­bi­niert wer­den. 5 % kön­nen auch über den Sa­nier­ungs­fahr­plan er­gänzt werden.

Gän­gi­ge Kom­bi­na­tio­nen: Wär­me­pum­pe, Gas­hei­zung mit Bio­gas, Sanie­rungs­fahr­plan

Stand der Technik – Photovoltaik zur Stromerzeugung

Eine PV-Anla­ge besteht aus meh­re­ren Kom­ponen­ten, die auf­ein­an­der abge­stimmt sein müs­sen. Haupt­bestand­teile sind die Solar­mo­du­le, die durch Lei­tun­gen mit­ein­an­der ver­bun­den sind. Jedes Solar­modul besteht aus einer Rei­hen von ein­zel­nen Solar­zellen. Die Solar­zel­len sind die strom­er­zeugenden Bau­teile einer Pho­to­­vol­ta­ik-Anla­ge, in denen das ein­ge­strahlte Sonnen­licht in nutz­ba­ren Strom umge­wan­delt wird. Der erzeug­te Strom ist Gleich­strom und muss zur Nut­zung im Haus­halt oder zur Ein­speisung in das öffent­li­che Strom­netz mit einem Wech­sel­rich­ter zu Wechsel­strom umge­wan­delt wer­den. Ein Ein­spei­se­zäh­ler erfasst die ins Netz ein­ge­speis­te Strom­menge. Optio­nal kann ein Strom­spei­cher, der bei der Eigen­versorgung den über­schüs­si­gen Strom zwischen­speichert, ein­ge­setzt werden.

Exkurs: Die Solar­zellen bestehen aus Halb­leitern. Halb­lei­ter sind Mate­ria­li­en, die durch Ein­fluss von Wär­me oder Licht elek­trisch lei­tend wer­den. Der größ­te Teil der welt­weit pro­du­zier­ten Solar­zellen nutzt den Halb­leiter Sili­zi­um. Die­ses Ele­ment eig­net sich auf­grund sei­ner Ver­füg­bar­keit und Umwelt­ver­träg­lich­keit bei der Ver­arbeitung beson­ders für die Her­stellung von Solar­zellen. Das Sonnen­licht ver­schiebt Ladun­gen im Halb­leiter und erzeugt eine elek­tri­sche Span­nung. In der Solar­zelle befin­den sich unter­schied­lich dotier­te Halb­leiter­schichten (n‑dotiertes Sili­zi­um und p‑dotiertes Sili­zi­um). N‑dotiertes Sili­zi­um ist nega­tiv gela­den, p‑dotiertes Sili­zi­um posi­tiv. An der Grenz­schicht die­ser bei­den Halb­leiter­schichten ent­steht ein so­ge­nannter p‑n-Über­gang. Hier ent­steht ein inne­res elek­trisches Feld, wel­ches durch Licht­einfall zu einer Tren­nung der frei­gesetzten Ladungs­träger führt. Über Kon­tak­te an der posi­ti­ven und nega­ti­ven Elek­tro­de kann eine elek­tri­sche Span­nung abge­führt wer­den. Die auf­ge­brachte Anti­reflexions­schicht sorgt für den Schutz der Solar­zellen und soll Ver­lus­te durch Refle­xi­on an der Ober­fläche reduzieren.

Unterschiedliche Modultypen von Photovoltaik-Anlagen

Je nach Kristall­art unter­scheidet man nach Mono­kristallinen‑, Poly­­­kris­tal­li­nen- und Dünn­schicht­modulen. Das Prin­zip der Nut­zung sola­rer Strah­lung ist bei allen Modu­len gleich, aller­dings unter­scheiden sie sich bezüg­lich ihrer Kos­ten und Wirkungs­grade. Ent­schei­dend für die Wahl der Modu­le sind immer auch die bau­lichen Begeben­heiten und die Aus­richtung der Montagefläche.

Solar­mo­du­le einer Pho­to­vol­ta­ik-Anla­ge­Die Mono­kris­tal­li­ne-Pho­to­vol­ta­ik-Modu­le sind bezüg­lich der Anschaffungs­kosten die teu­ers­ten, aller­dings auch die leistungs­stärksten. Ein­ge­setzt wer­den sie meist bei klei­nen Dach­flächen mit einer opti­ma­len Aus­richtung nach Süden. Die effek­tivs­ten Mono­­­kris­tal­li­ne-Modu­le errei­chen bei direk­ter Sonnen­einstrahlung einen Wirkungs­grad von bis zu 20 %. Die güns­ti­ge­ren Poly­kris­tal­li­ne-Modu­le wei­sen dage­gen einen gerin­ge­ren Wirkungs­grad von etwa 15 % auf. All­ge­mein wer­den die­se Modu­le als die Solar­zellen mit dem bes­ten Preis-Leis­tungs-Ver­hält­nis bezeich­net. Zum Ein­satz kom­men die­se Modu­le auf­grund ihres gerin­ge­ren Wirkungs­grads häu­fig auf gro­ßen Dach­flächen mit opti­ma­ler Sonnen­ein­strahlung. Dünn­schicht-Modu­le oder auch „amor­phe Solar­zel­len“ genannt, haben ein wesent­lich gerin­ge­res Gewicht und sind dün­ner als Kris­tal­li­ne-Modu­le. Bei der Her­stellung wird ein Halb­leiter, z. B. Sili­zi­um auf eine Träger­platte auf­ge­dampft oder gesprüht. Der sehr gerin­ge Material­einsatz und die stark auto­matisierte Her­stellung machen die Dün­n­­schicht-Modu­le preis­lich verhältnis­mäßig güns­tig. Der Nach­teil besteht in ihrem gerin­gen Wirkungs­grad von weni­ger als 12 %.

Leistung einer Photovoltaik-Anlage

Die Leis­tung einer Pho­to­­vol­ta­ik-Anla­ge wird in Watt peak (Wp) oder Kilo­watt Peak (kWp) ange­ge­ben. Der eng­li­sche Begriff „peak“ weist dabei auf die höchst­möglich erziel­ba­re Leis­tung der Pho­to­­vol­ta­ik-Anla­ge hin. Die­ser Wert bezieht sich aller­dings auf Labor­werte unter opti­ma­len Bedin­gun­gen bei einer Zellen­temperatur von 25 °C und einer Be­strahlungs­stärke von 1.000 W/m². In der Pra­xis wer­den die­se Wer­te in der Regel nicht erreicht.

Wirtschaftlichkeit: Eigennutzung und Einspeisevergütung von PV-Anlagen

Zur Stei­ge­rung des Zubaus Erneu­er­ba­rer Ener­gien bei der Strom­produktion wur­de für Erzeu­ger eine garan­tier­te Ein­spei­se­ver­gü­tung im Erneu­er­ba­re-Ener­gien-Gesetz (EEG) fest­ge­legt. Die Höhe ist von dem Datum der In­betrieb­nahme abhän­gig und wird über eine Dau­er von 20 Jah­ren gezahlt. Im Jahr 2000 wur­de für die ers­ten PV-Anla­gen die­se Ein­speise­vergütung bezahlt. Von Jahr zu Jahr wur­de die Ver­gütung wei­ter gesenkt, bis die­se etwa im Jahr 2011 unter das Niveau des Brutto­preises für Haus­halts­strom sank, dem so­ge­nannten „Grid parity“.

Je höher der Strom­preis steigt und je gerin­ger die Ein­speise­vergütung aus­fällt, des­to mehr lohnt sich die Eigen­nutzung des in der Pho­to­­vol­ta­ik-Anla­ge erzeug­ten Stroms. Da die Zei­ten der größ­ten Strom­produktion in der Regel nicht in die Zei­ten der größ­ten benö­tig­ten Strom­menge fal­len, bie­tet sich ein Strom­speicher an, um den Eigen­verbrauch zu stei­gern. Je nach ört­li­chen Be­geben­heiten, Nutzer­verhalten und geplan­ter Grö­ße der Anla­ge ist ein Strom­speicher indi­vi­du­ell zu prü­fen und an die Pho­to­­vol­ta­ik-Anla­ge anzu­pas­sen. Hier­zu bie­ten eini­ge Her­steller ein Berechnungs­tool zur gro­ben Aus­le­gung der Anla­ge an.

Hin­weis: Bei der Wirt­schaft­lich­keits­be­rechnung einer Pho­to­­vol­ta­ik-Anla­ge ist die Degra­dati­on zu beach­ten. Unter Degra­dati­on ver­steht man die Leistungs­minderung der PV-Anla­ge auf­grund von Alte­rung. Ursa­chen hier­für sind kompli­zierte, physika­lische Pro­zes­se die in den Solar­zellen statt­findet. Die Degra­dati­on muss bei der Ertrags­berechnung der Anla­ge berück­sichtigt wer­den und unter­schei­det sich je nach Modul­typ. Bei der Berück­sichtigung der Degra­dati­on wird in der Regel ein Zeit­raum von 20 bis 25 Jah­ren betrach­tet. Für die­sen Zeit­raum geben die meis­ten Modul­hersteller eine Leistungs­garantie, eini­ge auch län­ger. Für die kris­tal­li­nen PV-Modu­le wird üblicher­weise ein Wert von 0,5 % Leistungs­verlust pro Jahr ange­nom­men. Die Alte­rung der Dünn­schicht­module ver­hält sich extrem anders. Die Dünn­schicht­module kön­nen inner­halb der ers­ten 1.000 Betriebs­stunden einen Leistungs­verlust von bis zu 25 % auf­wei­sen. Nach die­sem Zeit­raum altern die­se aber dann kaum noch.

Anteilige Gesetzeserfüllung durch eine Photovoltaik-Anlage

Eine antei­li­ge Anrech­nung ist nach § 11.2 Satz 2 durch die fol­gen­de For­mel möglich:

\[\frac{installierte \: Nenn­leis­tung \: [kWp]}{erforderliche \: Nenn­leis­tung \:[kWp]}\times15\:\%=Anteil \: Ersatz­maß­nah­me \: [\%]\]

Ist der Wert grö­ßer oder gleich 15 %, sind die Vor­schrif­ten voll­stän­dig erfüllt. Ansons­ten ist die antei­li­ge Erfül­lung fol­gen­der­ma­ßen zu berechnen:

\[ \frac{Anteil \: Ersatzmaßnahme\:[\%]}{15 \: \: \% \:}\times100\:\%=Erfüllungsgrad\:[\%]\]

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