Ebooks zum Download - Strategisches Stromkostenmanagement · 2019-01-21 · Gründe sind zum einen die Konsolidierung vieler Stromanbieter, sodass beispielsweise im Jahre 2001 nicht

STRATEGISCHES

STROMKOSTENMANAGEMENT eine

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

zur Installation einer

Photovoltaik-Anlage am Beispiel

eines durchschnittlichen

Einfamilienhauses in Deutschland

Marc Schwarz

Inhalt

1 Theoretische Grundlagen ............................................... 3 2 Abgrenzung des Themas ................................................ 4 3 Anreize zur Investition ................................................... 5 4 Bauliche Voraussetzungen ............................................. 9 5 Dimensionierung der Anlage ....................................... 10 6 Kosten der Anschaffung ............................................... 11 6.1 Module ..................................................................... 11 6.2 Wechselrichter ......................................................... 13 6.3 Stromspeicher .......................................................... 14 6.4 Montagekosten ......................................................... 16 6.5 Inbetriebnahme ........................................................ 16 6.6 Gesamte Investitionskosten ..................................... 17 7 Betriebskosten .............................................................. 19 8 Erträge .......................................................................... 20 8.1 Leistung der PV-Anlage .......................................... 20 8.2 Rendite ..................................................................... 23 9 Fazit und Ausblick ....................................................... 26 Literatur- und Quellenverzeichnis ........................................ 28

3

1 Theoretische Grundlagen

Was ist Photovoltaik?

Der Begriff „Photovoltaik“ setzt sich zusammen aus dem

griechischen Wort phós, phõtós (Licht, des Lichts) und dem

Namen des italienischen Physikers Alessandro Volta (1745 –

1825), zu dessen Ehren die Einheit der elektrischen Spannung

„Volt“ benannt wurde. Alessandro Volta erfand die erste

funktionsfähige elektrochemische Batterie.

„Photovoltaik“ könnte daher mit „Lichtbatterie“ oder

„Lichtenergiequelle“ übersetzt werden.

Der Ausdruck wird allgemein dadurch definiert, dass

Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umgewandelt wird.

Dabei werden keine aufwändigen Zwischenprozesse oder

verschleißanfällige mechanische Konverter benötigt.

„Photovoltaik“ gehört damit zu den erneuerbaren

(regenerativen) Energien. Diese werden grundsätzlich in die

Primärenergien „Planetenbewegung“, „Erdwärme“ und

„Solarstrahlung“ unterteilt, wobei „Photovoltaik“ als die

jüngste Tochter aus der Familie der „Solarstrahlung“

angesehen werden kann.

Abzugrenzen ist „Photovoltaik“ von dem Begriff der

„Solarthermie“. Bei der „Solarthermie“ wird im Falle der

privaten Nutzung zumeist mit Hilfe eines thermischen

Kollektors Sonnenstrahlung zur Brauchwassererwärmung

oder Wohnungsheizung genutzt.1 Dabei befördert eine Pumpe

die Wärme über ein Kreislaufsystem, das mit einer

Trägerflüssigkeit gefüllt ist, in einen Speicher. Von dort aus

geht die Wärme an die Heizkörper oder die Zapfstellen für das

Warmwasser.2

1 Vgl. Mertens (2018), S. 30ff.

2 Vgl. Internetquelle: https://www.solaranlagen-portal.com/

https://www.wiin-energie.de/waermepumpen/

https://www.wiin-energie.de/solarthermie/

4

Wie ist eine typische Photovoltaik-Anlage aufgebaut?

Das Herzstück einer Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) sind

Solarmodule, in denen sich Solarzellen befinden. Diese

bestehen im Wesentlichen aus dem Halbleiter, wobei in den

allermeisten Fällen Silizium zum Einsatz kommt. Silizium ist

ein Rohstoff, der in fast unbegrenzter Menge auf unserer Welt

vorhanden ist. Fällt nun das Sonnenlicht auf eine Solarzelle,

werden dabei Elektronen des Siliziums angeregt, wodurch ein

Gleichstrom fließt. Um auf eine gut nutzbare Spannung zu

kommen, werden viele Zellen in einem Solarmodul in Reihe

geschaltet. Um den Strom in das öffentliche Netz einspeisen

zu können, wird der erzeugte Strom („Eigenstrom“) mittels

eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt.

Die erzeugte Energiemenge wird zur Bestimmung der

korrekten Vergütung durch einen Einspeisezähler gemessen.

Getrennt davon ermittelt ein Verbrauchszähler den

Stromverbrauch des Haushalts. 3,4

2 Abgrenzung des Themas

In dieser wissenschaftlichen Arbeit soll die Wirtschaftlichkeit

der Anschaffung einer PV-Anlage im Falle eines

durchschnittlichen Einfamilienhauses in Deutschland

betrachtet werden. Die Anschaffung einer solarthermischen

Anlage wird dabei außen vor gelassen.

Die typische Dachfläche eines deutschen Einfamilienhauses

beträgt etwa 30 bis 50 Quadratmeter.5

3 Vgl. Internetquelle: https://solaranlage.com/photovoltaik/

4 Vgl. Mertens (2018), S. 33

5 Vgl. Internetquelle: http://www.solaranlagen-tipps.de/

5

Dabei wird von einem freistehenden Haus mit Schrägdach

(Walmdach) ausgegangen, welches vier etwa gleich große

Dachflächen besitzt. Schließlich sind Schrägdächer in

Deutschland mit ca. 70% am häufigsten anzutreffen

gegenüber Flachdächern, die mit ca. 30% vertreten sind.6

Ferner wird ein typischer Strombedarf von 3.500

Kilowattstunden (kWh) pro Jahr für den Privathaushalt

herangezogen.7

3 Anreize zur Investition

Im Jahr 1998 wurde der Strommarkt in Deutschland

liberalisiert. Seitdem können Stromanbieter überregional ihre

Leistungen anbieten und Verbraucher können ihren

Stromanbieter frei wählen.8

Dies führte kurzfristig von einem Rückgang der Strompreise

für den Endverbraucher von etwa 17,1 Cent/ kWh im Jahr

1998 auf 13,5 Cent/ kWh im Jahr 2000.

Anschließend sind die Strompreise jedoch kontinuierlich um

ca. 6% pro Jahr gestiegen, sodass sie momentan bei ca. 29,4

Cent/ kWh liegen.

Gründe sind zum einen die Konsolidierung vieler

Stromanbieter, sodass beispielsweise im Jahre 2001 nicht

mehr als zehn Stromanbieter in Deutschland gemeinsam einen

Marktanteil von etwa 80% hatten9, zum anderen haben sich

Steuern, Abgaben und Umlagen seit dem Jahr 2000 etwa

6 Vgl. Mertens (2018), S. 324

7 Vgl. Mertens (2018), S. 35

8 Vgl. Internetquelle:

http://www.strompreise.net/liberalisierung-des-strommarktes/ 9 Vgl. Internetquelle:

http://www.strompreise.net/liberalisierung-des-strommarktes/

6

verdreifacht. So machen die staatlichen Belastungen

insgesamt heute mehr als die Hälfte des Strompreises aus.

Den größten Kostenblock nimmt dabei die EEG-Umlage ein,

mit deren Hilfe die Erneuerbaren Energien finanziert werden.

Sie ist innerhalb der letzten Jahre stark angestiegen, wie die

folgende Abbildung zeigt10

:

Abbildung 1: Höhe der EEG-Umlage

(Quelle: eigene Darstellung)

Etwa 25% des Endpreises entfallen auf die Netzentgelte, dem

Stromanbieter verbleiben noch ca. 21% für die Erzeugung.11,12

10

Vgl. Internetquelle: www.netztransparenz.de 11

Vgl. Internetquelle: https://1-stromvergleich.com/strom-

report/strompreis/ 12

Vgl. Internetquelle:

https://www.stromauskunft.de/strompreise/strompreisentwickl

ung/

0,41 0,54 0,63 0,78 0,96 1,15 1,3

2,15

3,53 3,59

5,28

6,24 6,17 6,35 6,88 6,79

6,41

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Cen

t/ K

Wh

Höhe der EEG-Umlage für Haushaltsstromkunden in Deutschland in den Jahren 2003 bis 2019

(in Euro-Cent pro Kilowattstunde)

7

Die folgende Grafik zeigt die Strompreisentwicklung für den

Endverbraucher seit 1998:

Abbildung 2: Entwicklung der Strompreise in Deutschland


Für das Jahr 2019 haben bisher bereits über 100

Stromversorger Preiserhöhungen um durchschnittlich 5,0%

angekündigt.13

Um sich langfristig von steigendenden Strompreisen

unabhängig zu machen, besteht für den Verbraucher die

Möglichkeit, in eine eigene Anlage zur Produktion

erneuerbarer Energien zu investieren. Die Wirtschaftlichkeit

soll im Folgenden geprüft werden.

Neben ökonomischen Entscheidungen zur Investition in eine

PV-Anlage können jedoch auch ökologische Argumente

hervorgebracht werden.

Erwähnt sei hier beispielsweise der Klimawandel, der durch

die Forcierung des Treibhauseffektes hervorgerufen wird.

Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe werden

Emissionen (hauptsächlich CO2) freigesetzt.

13

Vgl. Internetquelle: https://1-stromvergleich.com/strom-

report/strompreis/

17,1 16,5

13,5 14,3 16,1

17,2 18,0 18,7 19,5 20,6

21,7 23,2 23,7

25,2 25,9

28,8 29,1 28,8 28,7 29,2 29,4

0

5

10

15

20

25

30

35

Ce

nt/

kWh

Entwicklung der Stompreise in Deutschland

8

Derzeit werden jedoch ca. 80% des Energiebedarfs auf der

Erde durch fossile Brennstoffe gedeckt.

Ungefähr 5% des weltweiten Energiebedarfs werden dagegen

aus Kernenergie produziert. Dabei zeigte uns nicht zuletzt die

Katastrophe von Fukushima im Jahr 2011, dass die

Menschheit stets der Gefahr eines Super-Gaus (größter

anzunehmender Unfall) ausgesetzt ist, der die Umwelt für

Jahrtausende schädigen kann. Des Weiteren besteht im Falle

von Kernenergie fortan die Problematik der Endlagerung

radioaktiver Stoffe.

Aus den oben erwähnten Gründen hat es sich die

Bundesregierung zum Ziel gemacht, den Ausbau erneuerbarer

Energien kontinuierlich voranzutreiben, sodass bis zum Jahr

2050 ausschließlich erneuerbare Energien in Deutschland als

Quellen genutzt werden sollen.14

14

Vgl. Mertens (2018), S. 26ff.

9

4 Bauliche Voraussetzungen

Ein entscheidender Faktor hinsichtlich der Leistungsfähigkeit

einer PV-Anlage ist sicherlich der Standort der Anlage, da die

Sonneneinstrahlung pro Jahr stark vom Breitengrad abhängig

ist. So betragen die Strahlungswerte in Schottland

beispielsweise ca. 700 kWh/ (m2

· a), in Südspanien dagegen

rund 1.800 kWh/ (m2 · a).

Selbstverständlich hat der Endverbraucher in Deutschland auf

die Standort-Wahl nur bedingt Einfluss, insbesondere, wenn

die Entscheidung zum Standort bereits im Voraus, abhängig

von anderen Faktoren, gefallen ist und die PV-Anlage

nachträglich auf dem Dach des Eigenheims montiert werden

soll. In dieser Arbeit wird stets von Durchschnittswerten

ausgegangen. Der Durchschnittswert der Sonneneinstrahlung

in Deutschland liegt bei ca. 1.000 kWh/ (m2 · a).

15

Damit die PV-Anlage die höchstmögliche Leistung erbringen

kann, sollte die Anlage idealerweise in Richtung Süden

ausgerichtet werden. Bäume, benachbarte Gebäude oder gar

der eigene Schornstein können zu einer Verschattung und

damit zu einer Leistungsminderung, führen. Dies sollte bei der

Installation beachtet werden.16

In den Berechnungen aus

dieser Arbeit wird davon ausgegangen, dass die Solarmodule

keinerlei Verschattungen ausgesetzt sind.

Eine wichtige Rolle spielt allerdings auch die Neigung der

Solarmodule entgegen der Sonne. Hierbei ist es theoretisch

optimal, wenn die Sonne im rechten Winkel auf die Module

trifft.17

15

Vgl. Mertens (2018), S. 48f. 16

Vgl. Internetquelle: http://www.solaranlagen-tipps.de/ 17

https://www.solaranlagen-

portal.com/photovoltaik/voraussetzung/dachneigung

10

Dies ließe sich in der Praxis jedoch nicht gewährleisten und

brächte auch weitere Nachteile mit sich

(siehe Kapitel 7 „Betriebskosten“).

Stattdessen wird eine Südausrichtung in Verbindung mit einer

Neigung von 35o als Optimum angesehen. Dies lässt sich im

Falle des hier betrachteten Schrägdaches leicht gewährleisten,

da es weniger Anforderungen an die Unterkonstruktion gibt.

Dem entgegen ergäben sich bei einem Flachdach Probleme

durch Eigenverschattung der Module, die z.B. durch

Abweichung von der optimalen Modulneigung gelöst werden

können.18

Eine West- sowie eine Ost-Ausrichtung der Solarmodule

unter Beibehaltung der 35o

-Neigung bewirken einen Verlust

von ca. 20% der Jahresglobalstrahlung, bei einer

Nordausrichtung verbleiben noch ca. 57%.19

5 Dimensionierung der Anlage

In dieser Arbeit wird davon ausgegangen, dass die gesamte

Dachfläche von etwa 40 m2 mit Solarmodulen bestückt wird.

Die Module besitzen ein Standardmaß von ca. 1 m Breite und

ca. 1,6 m Länge, d.h. eine Fläche von ca. 1,6 m2. Es wird

davon ausgegangen, dass sich auf jeder der vier ca. 10 m2

großen Seiten des Daches 6 Solarmodule anbringen lassen. Es

müssten demnach insgesamt 24 Solarmodule für das

Eigenheim angeschafft werden.

18

Vgl. Mertens (2018), S. 305 19

Vgl. Mertens (2018), S. 58f.

11

6 Kosten der Anschaffung

6.1 Module

In der Regel stellen die Solarmodule den größten Anteil an

der Investition dar. Dabei dominieren Solarzellen aus

kristallinem Silizium derzeit mit ca. 94% den Markt. Weitere

Technologien sind beispielsweise…

Dünnschicht-Module

HIT-Zellen

III/V-Halbleiter

Farbstoffsolarzellen

Organische Solarzellen

Perowskit-Solarzellen

Sie konnten sich bislang noch nicht am Markt etablieren oder

befinden sich noch in der Forschung. Gründe hierfür sind zum

Beispiel zu geringe Wirkungsgrade, fehlende Verfügbarkeit

der Rohstoffe oder schlechte Stabilität (Lebensdauer).

Kristalline Solarmodule werden zwischen monokristallin und

polykristallin unterschieden, wobei Module aus

monokristallinem Silizium in der Herstellung aufwändiger

sind (Czochralski-Verfahren). Damit sind sie auch teuer in der

Anschaffung. Dementgegen ist der Wirkungsgrad

monokristalliner Solarmodule mit bis zu ca. 22,8% höher als

bei polykristallinen Modulen mit bis zu ca. 17%.20

20


12

In dieser Arbeit wird exemplarisch das höherpreisige

monokristalline Solarmodul „Jinko Solar JKM300M-60 Eagle

PERC“ mit dem günstigeren polykristallinen Solarmodul

„Jinko Solar JKM270PP-60 Eagle poly“ zum Vergleich

herangezogen. Laut Herstellerangabe besitzt das

monokristalline Solarmodul einen Wirkungsgrad von 18,33%,

beim polykristallinen Solarmodul sind es 16,50%.

Das monokristalline Modul ist inklusive Versandkosten zu

einem Endverbraucherpreis von ca. 216 €/ Stk. (brutto)

verfügbar, das polykristalline Modul zu 132 €/Stk. (brutto).21

Dabei handelt es sich gemäß folgender aktueller Statistik bei

dem chinesischen Anbieter „Jinko Solar“ um den größten

Hersteller von Solarmodulen weltweit:22

Abbildung 3: Größte Hersteller von Solarmodulen weltweit


21


https://www.photovoltaik4all.de/pv4all-

netz/solarmodule/jinko-solar/ 22


https://de.statista.com/statistik/daten/studie/719069/umfrage/g

roesste-solarmodulhersteller-weltweit-nach-absatz/

9,7 9,1 7,5 6,85

5,4 4,6 4,4

2,65 2,6 2,5 2,5 2,35

0123456789

1011

Ab

satz

in G

igaw

att

Solarmodule - Größte Hersteller weltweit nach Absatz 2017 Größte Hersteller von Solarmodulen weltweit nach ausgelieferter Leistung im

Jahr 2016 (in Gigawatt)

13

6.2 Wechselrichter

Hinsichtlich der Wechselrichter wird heutzutage zwischen den

Technologien modulintegrierter Wechselrichter, String-

Wechselrichter und Zentralwechselrichter unterschieden.

Beim modulintegrierten Wechselrichter befindet sich auf der

Rückseite eines jeden Moduls ein eigener Wechselrichter, der

den vom Modul erzeugten Gleichstrom direkt in

Wechselstrom umwandelt. Dadurch werden Leistungs-

Verluste durch die Gleichstromverkabelung vermieden.

Außerdem wird jedes Modul einzeln durch einen sogenannten

MPP-Tracker (Maximum Power Point) überwacht und am

Leistungsmaximum gehalten. Ein großer Nachteil ist

allerdings, dass der integrierte Wechselrichter unentwegt der

Witterung ausgesetzt ist, was die Lebensdauer des Bauteils

stark mindert, weshalb die Technologie in der Praxis kaum

zum Einsatz kommt.

Beim String-Wechselrichter werden etwa leistungsgleiche

Solarmodule zusammen in Reihe geschaltet und bilden einen

„Strang“. Dadurch werden sogenannte Missmatching-Verluste

reduziert. In diesem Fall kommt pro Strang ein MPP-Tracker

zum Einsatz. Die Anschaffung mehrerer Wechselrichter ist im

Falle der hier betrachteten Anlagengröße allerdings

unwirtschaftlich.

Beim privaten Eigenheim werden in der Regel

Zentralwechselrichter verwendet. Hier werden alle

Solarmodule parallel geschaltet und zentral angeschlossen.

Zu beachten ist, dass die Nennleistung des verwendeten

zentralen Wechselrichters kompatibel zur Leistung der

Module ist.23

23


14

In dieser Arbeit wird der Zentralwechselrichter „SMA Sunny

Tripower STP 5000TL-20“ betrachtet. Es handelt sich um ein

Gerät eines der führenden deutschen Anbieter und besitzt

einen (europäischen) Wirkungsgrad von 97,1%.

Der Wechselrichter kann für 1.356 € bezogen werden

(brutto, inkl. Versandkosten).24

6.3 Stromspeicher

Grundsätzlich besteht bei privaten PV-Anlagen die

Problematik, dass die Anlage zur Mittagszeit den meisten

Strom erzeugt, der Privathaushalt jedoch den meisten Strom

zu Morgen- oder Abendzeiten verbraucht. So kann davon

ausgegangen werden, dass der sogenannte Solarstrom-

Eigenverbrauchsanteil nur etwa bei 30% liegt.

Optional kann die Anlage für das Eigenheim jedoch durch

einem Stromspeicher ergänzt werden.

Hierzu sind am Markt bislang folgende Batterie-Technologien

verfügbar:

Bleisäure/ Blei-Gel

Lithium-Ionen

Natrium-Schwefel

Redox-Flow

24


https://www.photovoltaik4all.de/wechselrichter/sma-sunny-

tripower-5000-tl-20

15

Da die Lithium-Ionen-Batterie in den letzten Jahren eine

rasante Entwicklung genommen hat, noch weiteres

Zukunftspotenzial aufweist und zudem durch hohe

Lebensdauer und Wirkungsgrade überzeugt, wird in dieser

Arbeit eine solche Batterie der Firma „SMA“, Modell „Sunny

Boy 5000 Smart Energy“ zur Untersuchung der

Wirtschaftlichkeit herangezogen.

Im Gerät ist bereits ein 5 kW-Wechselrichter integriert, sodass

die Notwendigkeit einer separaten Anschaffung eines

Wechselrichters entfällt. Außerdem verfügt es über ein

Energiemanagement-System, welches die Steuerung der

Verbräuche, Be- und Entladen der Batterie, sowie Bezug von

Strom aus dem öffentlichen Netz so geschickt kombiniert,

dass die Eigenverbrauchsquote auf ca. 55 bis 60% erhöht

werden kann. 25

Das Produkt kann für ca. 4.422 € (brutto, inkl. Versandkosten)

bezogen werden.26

Die kalendarische Lebensdauer des Geräts

soll ca. 15 Jahren betragen.

25

Vgl. Mertens (2018), S. 250ff. 26


https://www.photovoltaik4all.de/speicher/sma/749/sma-

sunny-boy-5000-smart-energy-sb5000se

16

6.4 Montagekosten

Da die Montagekosten sehr stark vom individuellen Zustand

des Hauses abhängig sind, können diese nur schwierig

prognostiziert werden. Pauschal werden für die Anlage o.g.

Größenordnung 1.000 € (netto) angenommen. Dies beinhaltet

folgende Arbeiten:

Installation aller Solarmodule inkl. Montagesystem

Verlegung aller Elektrokabel

Wanddurchbruch zum Standort des Stromzählers

Anbringen und Inbetriebnahme Wechselrichter/

Batterie

Arbeiten am Schaltschrank/ Installation eines

Zweirichtungszählers

Dabei wird davon ausgegangen, dass das Dach des Hauses die

erforderlichen Voraussetzungen mit sich bringt und keine

weiteren Arbeiten zur Erhöhung der Traglast notwendig sind.

6.5 Inbetriebnahme

Betreiber von PV-Anlagen sind verpflichtet, der

Bundesnetzagentur neu in Betrieb genommene oder

hinsichtlich des Leistungszuwachses erweiterte PV-Anlagen

zu melden. Hierzu ist ein Termin mit dem örtlichen

Netzbetreiber notwendig, der die Anlage in Betrieb nimmt

und dies auf einem entsprechenden Inbetriebnahme-Protokoll

dokumentiert.

Hierfür wird eine Gebühr von ca. 100 € (netto) fällig.

17

6.6 Gesamte Investitionskosten

Private Betreiber von PV-Anlagen sind grundsätzlich

vorsteuerabzugsberechtigt, d.h. die in den

Anschaffungskosten enthaltene Mehrwertsteuer wird vom

Finanzamt zurückerstattet. Daher wird im Folgenden für die

oben beschriebenen 4 Alternativen mit Netto-Beträgen

gerechnet.

1. Fall: polykristalline Module ohne Stromspeicher

Solarmodule (24 x 111 €) 2.664 €

+ Wechselrichter 1.140 €

+ Montagekosten 1.000 €

+ Inbetriebnahme 100 €

= Gesamtkosten 4.904 €

2. Fall: monokristalline Module ohne Stromspeicher

Solarmodule (24 x 182 €) 4.368 €





18

3. Fall: polykristalline Module mit Stromspeicher

Solarmodule (24 x 111 €) 2.664 €

+ Stromspeicher (inkl.

Wechselrichter) 3.716 €




4. Fall: monokristalline Module mit Stromspeicher

Solarmodule (24 x 182 €) 4.368 €






19

7 Betriebskosten

Die jährlichen Betriebskosten einer PV-Anlage werden

typischerweise zu 1,5% der Invesitionskosten angesetzt.27

Sie setzen sich aus folgenden Positionen zusammen:

1. Wartung und Reinigung

Durch Modulverschmutzung kann es notwendig werden, eine

Reinigung der Module durchzuführen. Bei einer

Modulneigung ab 30 Grad tritt dies allerdings kaum auf, da es

durch Regenwasser zu einem Selbstreinigungseffekt kommt.

Hier liegen die Verluste typischerweise nur bei 2 bis 3%. Für

flachere Anstellwinkel kann es allerdings durch Vogelkot,

Staub etc. zu Verlusten von bis zu 10% kommen. Im Falle

einer landwirtschaftlichen Nutzung können die

Beeinträchtigungen sogar noch höher sein. 28

2. Versicherungen

Um sich bspw. gegen Blitzschlag, Feuer, Diebstahl,

Vandalismus oder auch Schadensansprüche Dritter

abzusichern empfiehlt es sich, eine Sach- und

Haftpflichtversicherung für die PV-Anlage abzuschließen.

3. Reparaturen

Im Laufe der Lebensdauer ist mit Defekten, insbesondere des

Wechselrichters, zu rechnen. Diese Kosten werden jedoch in

der Regel nicht durch die oben erwähnten Versicherungen

übernommen.

27

Vgl. Mertens (2018), S. 310 28

Vgl. Mertens (2018), S. 301

20

8 Erträge

8.1 Leistung der PV-Anlage

Zur Bestimmung der jährlichen Erträge muss zunächst die

Leistung der Aufdachanlage ermittelt werden. Diese wird

standardmäßig in Kilo-Watt-Peak (kWp) angegeben. Es

handelt sich um eine Nennleistung (PSTC), die unter optimalen

Bedingungen erbracht werden könnte.

Sie ergibt sich aus der Bestrahlungsstärke bei voller

Sonneneinstrahlung (Estc = 1000 W/ m2), dem Wirkungsgrad

(η) der Solarmodule (siehe Kapitel 6.1 „Module“) sowie der

Dachfläche (A), die mit Modulen ausgestattet ist.

21

Allgemein gilt folgende Formel: PSTC = ESTC · A · η

Für die beiden unterschiedlichen Solarmodule ergeben sich

demnach folgende Nennleistungen:

1. Fall: polykristalline Module

PSTC-poly = 1000 W/ m2 · 40 m

2 · 0,165 = 6,6 kWp

2. Fall: monokristalline Module

PSTC-mono = 1000 W/ m2 · 40 m

2 · 0,1833 = 7,7332 kWp

In Deutschland erbringt eine nach Süden ausgerichtete

Dachanlage typischerweise einen spezifischen Jahres-Ertrag

(WJahr) von ca. 900 kWh/ kWp.

Allgemein gilt folgende Formel: WJahr = PSTC · WJahr29

In diesem Beispiel ergeben sich jedoch Einbußen durch die

nicht optimale Ausrichtung der Module gegen Süden (siehe

Kapitel 4 „Bauliche Voraussetzungen“). Diese werden in die

Rechnung miteinbezogen:

1. Fall: polykristalline Module

WJahr-poly = 6,6 kWp · (0,25 + 0,5 · 0,8 + 0,25 · 0,57)

· 900 kWh/ kWp = 4.707 kWh

2. Fall: monokristalline Module

WJahr-mono = 7,7332 kWp · (0,25 + 0,5 · 0,8 + 0,25 · 0,57)

· 900 kWh/ kWp = 5.516 kWh

29

Vgl. Mertens (2018), S. 34f.

22

Die Erträge aus der PV-Anlage setzen sich zusammen aus der

jährlichen Stromkosten-Ersparnis im Falle des

Eigenverbrauchs - momentan ca. 0,29 €/kWh

(siehe Abbildung 2) - sowie einer Einspeisevergütung, die

dem Betreiber der PV-Anlage ab dem Datum der

Inbetriebnahme für jede eingespeiste Kilowattstunde für die

kommenden 20 Jahre zugesichert wird.30

In dieser Arbeit wird

eine Inbetriebnahme im Dezember 2018 und somit eine

Vergütung von 0,1159 €/kWh vorausgesetzt.

Die folgende Tabelle zeigt die Vergütungssätze bei

Inbetriebnahme ab Juli 2018 bis Januar 2019 für Dachanlagen

auf Wohngebäuden31

:

Inbetriebnahme

Dachanlagen

<= 10 kWp

(Ct/kWh)

Dachanlagen

> 10 kWp

<= 40 kWp

(Ct/kWh)

Dachanlagen

> 40 kWp

<= 100 kWp

(Ct/kWh)

Ab 01.07.2018 12,20 11,87 10,61

Ab 01.08.2018 12,08 11,74 10,50

Ab 01.09.2018 11,95 11,62 10,39

Ab 01.10.2018 11,83 11,50 10,28

Ab 01.11.2018 11,71 11,38 10,17

Ab 01.12.2018 11,59 11,27 10,07

Ab 01.01.2019 11,47 11,15 9,96

Tabelle 1: EEG-Vergütungssätze


30

Vgl. Mertens (2018), S. 33 31

Vgl. Internetquelle: https://www.photovoltaik4all.de/aktuelle-eeg-

verguetungssaetze-fuer-photovoltaikanlagen-2017

23

Es zeigt sich, dass die Vergütungssätze im Laufe der Zeit

kontinuierlich gesunken sind. Zudem ergibt sich für den

privaten Betreiber einer PV-Anlage eine strategische

Obergrenze von 10 kWp, die nicht überschritten werden

sollte, da ab dem elften kWp eine geringe Vergütung erzielt

wird.

8.2 Rendite

Im Folgenden wird die Wirstschaftlichkeit für alle o.g. 4 Fälle

für eine Laufzeit von 20 Jahren berechnet. Im Falle der

Verwendung des Stromspeichers wird von einem

Eigenverbrauchsanteil von 57,5% ausgegangen. Zur

Berechnung der jährlichen Verzinsung wird die Zinseszins-

Formel herangezogen. Zur Vereinfachung wird auf eine

vorherige Abzinsung zukünftiger Kosten und Erträge

verzichtet.

1. Fall: polykristalline Module ohne Stromspeicher

Investitionskosten 4.904 €

+ Reguläre Betriebskosten 1.471 €

(20 J. · 1,5% der Investition pro J.)


(Ersatz während Laufzeit)

= Gesamtkosten nach 20 Jahren 7.515 €

24

Staatl. Einspeisevergütung 7.638 €

(70% · 0,1159 €/kWh · 4.707 kWh/J. · 20 J.)

+ Gesparte Stromkosten 8.190 €

(30% · 0,29 €/kWh · 4.707 kWh/J. · 20 J.)

= Gesamterträge nach 20 Jahren 15.828 €

𝑞 = √15.828 €

7.515 €

20 ~ 1,0379 ⇒ 𝑝 ~ 3,79 % p.a.

2. Fall: monokristalline Module ohne Stromspeicher








(70% · 0,1159 €/kWh · 5.516 kWh/J. · 20 J.)


(30% · 0,29 €/kWh · 5.516 kWh/J. · 20 J.)


𝑞 = √18.548 €

9.730 €

20 ~ 1,0328 ⇒ 𝑝 ~ 3,28 % p.a.

25

3. Fall: polykristalline Module mit Stromspeicher









(42,5% · 0,1159 €/kWh · 4.707 kWh/J. · 20 J.)


(57,5% · 0,29 €/kWh · 4.707 kWh/J. · 20 J.)


𝑞 = √20.335 €

13.440 €

20 ~ 1,0209 ⇒ 𝑝 ~ 2,09 % p.a.

26

4. Fall: monokristalline Module mit Stromspeicher









(42,5% · 0,1159 €/kWh · 5.516 kWh/J. · 20 J.)


(57,5% · 0,29 €/kWh · 5.516 kWh/J. · 20 J.)


𝑞 = √23.830 €

15.655 €

20 ~ 1,0212 ⇒ 𝑝 ~ 2,12 % p.a.

9 Fazit und Ausblick

In den Modellrechnungen aus der vorliegenden Arbeit haben

alle vier Varianten, d.h. verschiedene kristalline Module der

Firma „Jinko Solar“, jeweils mit oder ohne einen

Stromspeicher der Firma „SMA“, durchweg zu positiven

Renditen geführt. Es zeigt sich allerdings, dass der etwas

höhere Wirkungsgrad des monokristallinen Solarmoduls in

Verbindung mit den hier betrachteten Anschaffungskosten

gegenüber dem polykristallinen Modul etwas

unwirtschaftlicher ist.

27

Zudem hat sich die Investition in den Stromspeicher in diesem

Beispiel als nicht erstrebenswert herausgestellt. Durch eine

weitere Steigerung des Eigenverbrauchsanteils, z.B. durch die

Kombination der Batterie mit einer Wärmepumpe zur

Erzeugung von Brauchwasser für den Haushalt, könnte diese

Technologie jedoch wirstschaftlich interessant sein.32

Des

Weiteren ist anzumerken, dass die hier errechneten Renditen

nur als Richtwerte gelten können, da u.a. folgende Aspekte in

der Kalkulation nicht berücksichtigt wurden:

steigende Strompreise in Verbindung mit sinkenden

Vergütungen

ein Leistungsabfall der Module auf 80% nach 20 Jahren

(wie von Herstellern angegeben)33

eine weitere Nutzung der Anlage über 20 Jahre hinaus

Kosten der finalen Entsorgung der Anlage am Ende der

Nutzungszeit

eine mögliche Fremdkapitalfinanzierung zur Steigerung

der Eigenkapitalrentabilität

Zu guter Letzt sollten auch ökologische Gründe zur

Investition in eine PV-Anlage ins Kalkül gezogen werden.

Diese sind wirtschaftlich nicht greifbar.

32

Vgl. Mertens (2018), S. 257 33

Vgl. Mertens (2018), S. 313

28

Literatur- und Quellenverzeichnis

Bücher und Zeitschriften:

Mertens (2018):

Mertens, K.: Photovoltaik, 4. Auflage, Hanser: München

2018

Internetquellen:

Wulf, O.: Solaranlagenportal,

https://www.solaranlagen-portal.com

Niebuhr, J.: Solaranlage,

https://solaranlage.com

Duehmke, R.: Solaranlagentipps,

http://www.solaranlagen-tipps.de

Kambach, N.: Strompreise,

http://www.strompreise.net

Netztransparenz,

http://www.netztransparenz.de

Stromvergleich

https://1-stromvergleich.com

Heidjann, J.: Stromauskunft,

https://www.stromauskunft.de/

Wiesel, T.: Photovoltaik4all,

https://www.photovoltaik4all.de

Statista (2017): veröffentlicht durch CleanTechnica

im Mai 2018

https://de.statista.com

https://www.solaranlagen-portal.com/solarthermie/thermische-solaranlage/abgrenzung-zu-photovoltaik

https://solaranlage.com/photovoltaik/

http://www.solaranlagen-tipps.de/wie-viel-dachflaeche-fuer-photovoltaik.html

http://www.strompreise.net/

http://www.netztransparenz.de/

https://1-stromvergleich.com/

https://www.photovoltaik4all.de/

https://de.statista.com/

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Impressum

Prof. Dr. Stefan Georg

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