Möglichkeiten und Grenzen von PV-Kleinstanlagen zur privaten Stromeinspeisung ins

Niederspannungsnetz

Sommersemester 2014, Interdisziplinäre Projektarbeit

Energieseminar

Fachgebiet: Maschinen- und Energieanlagentechnik der Technischen

Universität Berlin

www.energieseminar.de

energieseminar@eta.tu-berlin.de

I

Inhaltsverzeichnis Tabellenverzeichnis .............................................................................................................. II

Abbildungsverzeichnis ........................................................................................................ II

0. Disclaimer ........................................................................................................................... 1

1. Einleitung ............................................................................................................................ 2

1.1 Photovoltaik in Deutschland ................................................................................... 2

1.2 Kleinst-PV/ Guerilla-PV ............................................................................................. 3

1.3 Projekt- und Zielvorstellung .................................................................................... 4

1.4 Energieseminar ........................................................................................................... 4

2. Ortsbeschreibung ............................................................................................................. 5

3. Rechtliche Rahmenbedingungen ................................................................................. 6

4. Anlagenplanung ................................................................................................................ 8

4.1 Anlagekomponenten .................................................................................................. 8

4.2 Komponenten .............................................................................................................. 9

4.2.1 Unterkonstruktion ................................................................................................... 9

4.2.2 Solarmodule ........................................................................................................... 9

4.2.3 Wechselrichter ..................................................................................................... 10

4.2.4 Datenlogger .......................................................................................................... 11

4.2.5 Solarkabel ............................................................................................................. 11

4.2.6 Sicherungen ......................................................................................................... 11

4.3 Bauschritte ................................................................................................................. 12

5. Finanzierung ..................................................................................................................... 16

6. Monitoring ......................................................................................................................... 17

6.1 Erzeugung / Messergebnisse ................................................................................ 17

6.2 Finanzielle und CO2-Einsparungen ..................................................................... 18

6.3 Berechnung des Nutzungsgrades ....................................................................... 18

6.4 Jährlich erzeugte Energie ....................................................................................... 19

6.5 Monetäre Einsparung .............................................................................................. 19

6.6 CO2-Einsparung ........................................................................................................ 19

7. Fazit und Ausblick .......................................................................................................... 20

Quellenverzeichnis ............................................................................................................. 22

Anhang ................................................................................................................................... 24

II

Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Gesetz/ Verordnung/ Norm ................................................................................. 7

Tabelle 2: Finanzielle Komponenten .................................................................................. 16

Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Entwicklung Erneuerbarer Energien am Netto-Stromverbrauch .............. 2

Abbildung 2: Solarmodule auf dem Dach des Hausprojektes in Neukölln ..................... 4

Abbildung 3: Emblem des Energieseminars ....................................................................... 4

Abbildung 4: Installationsort (auf dem Dach des Hausprojekts in Neukölln) ................. 5

Abbildung 5: Ausrichtung in Bezug auf den Neigungswinkel ........................................... 5

Abbildung 6: Verbindungskabel und Sicherungskasten .................................................... 8

Abbildung 7: Schaltplan (selbsterhobene Grafik) ............................................................... 8

Abbildung 8: Verstellbare Dachhaken an Aluminiumschiene ........................................... 9

Abbildung 9: Solarmodul mit Dachhaken............................................................................. 9

Abbildung 10: Wechselrichter des Solarmoduls ............................................................... 10

Abbildung 11: Perspektive 1 Solarmodul mit Anschlussbox........................................... 10

Abbildung 12: Perspektive 2 Solarmodul mit Anschlussbox........................................... 10

Abbildung 13: Bau der Unterkonstruktion am Dach ......................................................... 12

Abbildung 14: Zurechtfräsen der Dachziegel mit einem Winkelschleifer ..................... 12

Abbildung 15: Verputzen der Hauswand nach Installation des Kabelrohrs ................. 13

Abbildung 16: Sicherung der montierenden Personen .................................................... 13

Abbildung 17: Aluminiumschiene und Modulklemme ...................................................... 14

Abbildung 18: Befestigung der Unterkonstruktion am Dach ........................................... 14

Abbildung 19: Fertige Photovoltaikanlage ......................................................................... 15

Abbildung 20: Tagesverlauf von Leistung und Ertrag ...................................................... 17

Abbildung 21: Verlauf von Leistung und Ertrag vom 16-07.14 – 31.07.14 .................. 18

1

0. Disclaimer

PV-Kleinstanlagen (< 1000 Wp), die direkt ans Stromnetz eines Gebäudes angeschlossen

werden (u.a. bekannt geworden als Guerilla-PV oder Balkonkraftwerke), sind bis dato nicht

Gegenstand strafrechtlicher Verfolgung geworden (Juli 2014). Dennoch ist die rechtliche

Situation dieses Anlagenkonzepts in Deutschland bislang nicht eindeutig geklärt. Aus diesem

Grund hat die vorliegende Dokumentation ausschließlich informativen Charakter.

2

1. Einleitung

Im Rahmen des Energieseminarprojekts „Solarer Ungehorsam“ an der Technischen

Universität (TU) Berlin wurde im Sommersemester 2014 das Ziel verfolgt, eine Photovoltaik

(PV)-Kleinstanlage auf dem Dach eines Berliner Hausprojektes zu planen, zu installieren und

zu überwachen. Im Folgenden werden die Hintergründe/Motivation, die Projektdetails sowie

die Idee hinter dem Energieseminar genauer erläutert.

1.1 Photovoltaik in Deutschland

Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Sonnenstrahlung in

elektrischen Strom. Serienmodule aus kristallinen Solarzellen erreichen hierbei maximale

Wirkungsgrade zwischen 16 % (polykristallines Silizium) und 20,4 % (monokristallines

Silizium), ermittelt unter idealen Standardtestbedingungen (STC): 1000 W/m² Einstrahlung

(entspricht der Sonnenstrahlung an einem wolkenlosen Sommertag in Deutschland),

Strahlungsspektrum AM 1,5 und 25 °C Modultemperatur (vgl. Quaschning, 2013: S. 198).

Der reale Wirkungsgrad hängt neben der Einstrahlung empfindlich von der Temperatur des

Moduls, Verschattungen und Ablagerungen auf den Solarzellen ab. In der Regel liegt der

reale Wirkungsgrad einige Prozent unter dem STC-Wirkungsgrad.

Die Photovoltaik stellt einen wichtigen Eckpfeiler der deutschen Energiewende dar, weshalb

sie einer staatlichen Förderung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) unterliegt.

Dank umfangreicher Investitionen im vergangenen Jahrzehnt hat sich die PV in dieser Zeit

von einer Nischentechnologie zu einem wichtigen Bestandteil der Energieversorgung in

Deutschland entwickelt (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: Entwicklung Erneuerbarer Energien am Netto-Stromverbrauch in Deutschland (vgl. Harry Wirth, Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland, 2014)

3

Im Jahr 2013 deckte die Photovoltaik ca. 5,7 % des Netto-Stromverbrauches in Deutschland.

Bei einem Gesamtanteil der Erneuerbaren Energien (EE) von ca. 29 % macht sie somit

derzeit rund ein Fünftel des verbrauchten EE-Nettostromes aus. Die Gesamtanzahl aller PV-

Anlagen in Deutschland bezifferte sich dabei Ende 2013 auf ca. 1,4 Millionen (vgl. Wirth,

2014: S. 5). Im europäischen Vergleich (Stand 2013) liegt Deutschland mit einer installierten

Photovoltaikleistung von 35,7 GW vor Italien (17,45 GW) deutlich an der Spitze (vgl.

Quaschning, 2014, [online]).

Bei der Installation von PV-Anlagen ist grundsätzlich zwischen Freilandflächen und Dach-

/Fassadenflächen zu unterscheiden. Dach- und Fassadenanlagen haben hierbei den Vorteil,

keine anderweitig nutzbaren Großflächen zu verbauen, wodurch Nutzungskonflikte (z.B. mit

der Landwirtschaft) vermieden werden. Nach Schätzungen liegt allein das Dachflächen-

Potenzial für Photovoltaik-Anlagen in Deutschland bei 161 GWp (vgl. Lödl u.a., 2010: S. 12).

Das entspricht ca. dem 4,5-fachen der derzeit installierten gesamten deutschen Photovoltaik-

Leistung (vgl. Wirth, 2014: S. 5). Diese Zahlen untermauern das hohe Potenzial der Photo-

voltaik in Deutschland.

1.2 Kleinst-PV/ Guerilla-PV

Mit Guerilla-Photovoltaik werden PV-Kleinstanlagen bezeichnet, die direkt mit dem privaten

Hausnetz verbunden sind und darüber hinaus dem jeweiligen Energieversorger explizit nicht

gemeldet werden, sodass folglich kein Einspeisezähler installiert wird. Die Leistungsklasse

von Kleinst-PV ist in diesem Zusammenhang zwar nicht einheitlich und genau definiert, laut

der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie e.V. (DGS) werden hierunter jedoch Anlagen

„von einigen 100 Watt, bis unter 1 kW“ verstanden (DGS, 2013, [online]).

Diese Kleinstanlagen bestehen im Allgemeinen aus bis zu maximal sechs PV-Modulen,

einem Wechselrichter und – bei Bedarf – einem kleinen Batteriespeicher. Die Verbindung mit

dem Stromnetz des Haushaltes ist dabei sehr einfach gehalten; oft wird sie sogar nur mithilfe

eines normalen Steckers über eine Steckdose realisiert. Diese als Plug & Play oder auch

Plug & Save bezeichneten Module werden bereits von verschiedenen Firmen wie bspw. Sun

Invention (vgl. http://www.suninvention.com/; 10.09.2014), Solar-pac (vgl. www.solar-pac.de/;

10.09.2014), miniJOULE (vgl. https://www.minijoule.com/; 10.09.2014) und GoGreen

Solutions (vgl. www.go-green-solutions.de/; 10.09.2014), als installationsfertige Komplett-

sets angeboten. Auf dem Balkon oder dem Dach installiert, können solche PV-Kleinst-

anlagen einen Teil der Tagesgrundlast des Haushaltes decken. Aus diesem Grund und

wegen des im Vergleich zu größeren PV-Anlagen geringen Investitionsvolumens stellen PV-

Kleinstanlagen somit einen Baustein der bürger*innennahen, dezentralen Energiewende dar.

An dieser Stelle sei abschließend noch erwähnt, dass für den Titel dieses Projektes explizit

nicht „Guerilla-PV“, sondern stattdessen „Solarer Ungehorsam“ gewählt wurde. Der Grund

liegt darin, dass „Guerilla-PV“ nach Meinung der Projektbeteiligten reißerisch und unpassend

klingt. „Guerilla“ impliziert eine bewaffnete Auseinandersetzung, womit das Konzept des sog.

„Guerilla-PV“ allerdings überhaupt nichts zu tun hat. Tatsächlich ist der fachgerechte

4

Anschluss von PV-Anlagen ans Netz bisweilen nicht einmal illegal. Somit trifft der Titel

„Solarer Ungehorsam“ die Idee dieses Anlagenkonzeptes deutlich besser.

1.3 Projekt- und Zielvorstellung

Die Realisierung der Energiewende

bringt eine Vielzahl innovativer Ver-

sorgungsstrategien mit sich und führt zu

einer Ausweitung der an der Energiever-

sorgung beteiligten Akteur*innen (vgl.

Kondziella u.a., 2013: S. 249). Motiviert

durch diese Entwicklung und gegen-

wärtige thematische Aktualität wurde im

Energieseminarprojekt „Solarer Unge-

horsam“ das Ziel verfolgt, die Rolle der

Guerilla-Photovoltaik im Kontext der

bürger*innennahen, dezentralen Energiewende zu beurteilen sowie darüber hinaus selbst

eine PV-Kleinstanlage zu errichten.

Zunächst wurden rechtliche, technische, ökologische und ökonomische Rahmen-

bedingungen untersucht sowie Möglichkeiten und Grenzen von PV-Kleinstanlagen aufge-

zeigt. Unter Berücksichtigung des theoretischen Hintergrundwissens wurde anschließend

eine PV-Anlage mit einer Nennleistung von 360 Wp für das Dach eines generations-

übergreifenden und gemeinschaftlich getragenen Berliner Hausprojekts geplant und in-

stalliert. Neben der Inbetriebnahme stellte hierbei die langfristigen Kontrolle und Auswertung

der während der Betriebszeit aufgenommenen Messwerte durch eine angepasste

Monitoring-Lösung einen weiteren Projektschwerpunkt dar.

1.4 Energieseminar

Das Energieseminar wurde im Jahr 1980 von Studierenden gegründet,

die das Ziel verfolgten, eine Alternative zu traditionellen Lehrver-

anstaltungen zu etablieren. Seit 2002 ist es als Teil des Fach-

gebietes Maschinen- und Energieanlagentechnik bei Herrn Prof.

Dr.-Ing. Ziegler in den Lehrbetrieb der TU Berlin eingebunden. Seither

wird es durch ein ca. zehnköpfiges Team von Tutor*innen und

wissenschaftlichen Mitarbeiter*innen inhaltlich und methodisch

getragen. In Form eines Projektseminars gestaltet, wird Studierenden

verschiedener Fachrichtungen im Rahmen des Energieseminars die Möglichkeit gegeben, in

fünf parallel stattfindenden Projekten Beispielanlagen umweltfreundlicher Technologien (z.B.

Solar-, Biogas- oder Windkraftanlagen) zu bauen oder in theoretischen Seminaren

interdisziplinäre Fragestellungen im Spannungsfeld von Energie, Umwelt und Gesellschaft

zu untersuchen. (vgl. Energieseminar, 2014, [online])

Abbildung 2: Solarmodule auf dem Dach des Hausprojektes in Neukölln

Abbildung 3: Emblem des Energieseminars

5

2. Ortsbeschreibung Von etwa 32 möglichen Orten innerhalb

Berlins und Interessent*innen für das

Projekt wurden zunächst fünf Orte durch

Entscheidungskriterien in eine engere

Auswahl ausgesucht, welche mit einigen

harten und weichen Faktoren bewertet

wurden. Diese 5 Orte beinhalten unter

anderem eine Yogaschule, eine Waldorf-

schule, ein Gemeinschaftshaus in Neukölln,

ein Hausprojekt in Wedding und eine

weitere Wohnung in Berlin-Friedenau.

Durch eine weitere qualitative Bewertung

wurden schließlich zwei Orte, ein Gemeinschaftshaus in Neukölln und ein Hausprojekt in

Wedding als Favoriten festgehalten, die mit Hilfe der weiteren 10 gewichteten Kriterien

bewertet wurden.

Das Gemeinschaftshaus in Neukölln wurde dabei als beste Lösung für die Ortssuche

gewählt. Das Gemeinschaftshaus hat etwa 4 Etagen und 40 Mitbewohner. Wichtig war die

südliche Ausrichtung der Anlage und etwa 30° Neigung, da die Energiegewinnung damit

maximal erreicht wird. Das Gemeinschaftshaus bietet die südliche Ausrichtung für den

Aufbau der PV-Anlage. Da die Anlage an das vorhandene Dach eingebaut werden soll, ist

die Einstellung der Neigung leider nicht möglich. Dennoch liegt die Neigung in etwa bei 30°.

Das Gemeinschaftshaus hat zudem bereits Erfahrung mit einer Solarthermie zur Warm-

wassergewinnung auf dem

Dach, welche die Entschei-

dung für diesen Ort erleichtert

hat. Mit 32 Interessent*innen

hatten wir sehr viele Ange-

bote für unser Projekt, etwa

31 andere Orte zeigen also

weiterhin potentielles Interes-

se, mit einer PV-Anlage re-

generative Energie zu er-

zeugen.

Abbildung 4: Installationsort (auf dem Dach des Hausprojekts in Neukölln)

Abbildung 5: Ausrichtung in Bezug auf den Neigungswinkel (vgl.:Quaschning, Aufl. 6, S.71,Bild 2.19.)

6

3. Rechtliche Rahmenbedingungen

Bei der Errichtung und Inbetriebnahme einer Mini-PV-Anlage sind verschiedene Gesetze,

Verordnungen und Normen zu beachten. Während das Missachten von Gesetzen und

Verordnungen eine strafrechtliche Verfolgung nach sich zieht, haben Normen keinen

Gesetzescharakter und somit nur bedingte rechtliche Verbindlichkeit. Allerdings geben

Normen den Stand der Wissenschaft und Technik wieder und haben im Schadensfall eine

Vermutungswirkung. Wurde eine Norm befolgt, so wird vermutet, dass alles getan wurde um

einen möglichen Schaden zu vermeiden. Normen können jedoch durch Rechts- und

Verwaltungsvorschriften eines Gesetz- oder Verordnungsgebers oder durch Verträge, in

denen ihre Einhaltung vereinbart wurde, verbindlich werden. (http://www.din.de/

cmd?level=tplunterrubrik&menuid=47421&cmsareaid=47421&menurubricid=47429&cmsrubi

d=47429&menusubrubid=47433&cmssubrubid=47433 Letzter Zugriff: 29.07.2014)

Für die Planung und Montage einer Mini-PV-Anlage sind die folgenden Gesetze,

Verordnungen und Normen zur Gewährleistung der technischen Sicherheit von Bedeutung:

§ 49 Absatz 1 des Energiewirtschaftsgesetzes EnWG (BGBl. I S. 1970, 362, Fassung vom

04.10.2013) besagt: „Energieanlagen sind so zu errichten und zu betreiben, dass die

technische Sicherheit gewährleistet ist. Dabei sind vorbehaltlich sonstiger Rechtsvorschriften

die allgemein anerkannten Regeln der Technik zu beachten.“

Die allgemein anerkannten Regeln der Technik werden wiederum durch verschiedene

DIN-Normen des Verbandes der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (VDE)

festgelegt. So fordert die Norm DIN VDE 0100-100:2009-06 beim Errichten von

Niederspannungsanlagen u.a. Maßnahmen zum Schutz gegen elektrischen Schlag, gegen

thermische Auswirkungen zur Vermeidung von Kabelbrand sowie Schutz bei Über-

spannungen. Die Systemstabilitätsverordnung SysStabV (BGBl. I S. 1635, Fassung vom

20.07.2012) verweist ebenso auf die Notwendigkeit von Netz- und Anlagenschutz. Die Norm

DIN VDE 0100-551:2011-06 fordert „Mittel zu automatischen Abschaltung der Strom-

erzeugungseinrichtung vom Stromverteilungsnetz […], wenn die Versorgung unterbrochen

ist oder die Spannung oder die Frequenz an den Anschlussklemmen von den zulässigen

Werten, die für einen Normalbetrieb erforderlich sind, abweicht.“ Weiterhin dürfen laut

DIN VDE 0100-550:1988-04 „[…] Steckerstifte in nicht gestecktem Zustand nicht unter

Spannung stehen.“

Alle bisher genannten Schriften belegen die Notwendigkeit von Sicherheitsmaßnahmen, um

mögliche Risiken zu minimieren und Schäden verursacht durch die Anlage zu vermeiden.

Wird eine Strom generierende Anlage an das allgemeine Versorgungsnetz angeschlossen

und ist eine Stromeinspeisung möglich, so werden weitere Gesetze und Verordnungen

relevant: § 263 des Strafgesetzbuches StGB (BGBl. I S. 3322, Fassung vom 23.04.2014)

besagt, dass ein „Betrug des Anlagenbetreibers“ vorliegt „[…] bei nicht-rücklaufgesperrten

Bezugszählern und damit verbundene eventuelle Stromeinspeisungen in das allgemeine

Versorgungsnetz […]“. Die Stromnetzzugangsverordnung StromNZV (BGBl. I S. 2243,

Fassung vom 14.08.2013) enthält u.a. Angaben zum Inhalt von Netznutzungsverträgen.

7

Nach § 24, Abs. 4-5 ist eine Rückeinspeisung von Strom in das öffentliche Netz ohne einen

vertraglich vereinbarten Tarif für diese Rückeinspeisung nicht zulässig.

Weiterhin fordert § 19 der Niederspannungsanschlussverordnung NAV (BGBl. I S. 2477,

Fassung vom 03.09.2010) die Anmeldung der Anlage beim zuständigen netzbetreibenden

Unternehmen und darüber hinaus die Installation der Anlage durch eine*n vom

netzbetreibenden Unternehmen zugelassenen Installateur*in. Der Anschluss an das

öffentliche Stromnetz wird auch innerhalb bestimmter Normen berücksichtigt; so besagt die

Norm DIN VDE 0100-551, dass „[…] die Einspeisung in den Endstromkreis sowie das

Einstecken eines elektrischen Erzeugungsgerätes in die Steckdose nicht zulässig […]“ ist.

Laut Anwendungsregel VDE-AR-N 4105:2011-08 ist „[…] der Anschluss an einen

Endstromkreis […] in keinem Fall zulässig.“ In nachfolgender Tabelle 1 ist aufgeführt, welche

Gesetze, Verordnungen und Normen mit der Umsetzung des Projektes und der Installation

der Mini-PV-Anlage erfüllt wurden.

Gesetz / Verordnung / Norm Erfüllt?

Energiewirtschaftsgesetz § 49 Absatz 1 *

DIN VDE 0100-100:2009-06 **

Systemstabilitätsverordnung *

DIN VDE 0100-551:2011-06 **

DIN VDE 0100-550:1988-04 **

Strafgesetzbuch § 263 *

Stromnetzzugangsverordnung * Niederspannungsanschlussverordnung § 19 * DIN VDE 0100-551 ** VDE-AR-N 4105:2011-08 **

* rechtliche Verbindlichkeit

** bedingt rechtliche Verbindlichkeit

Tabelle 1: Gesetz/ Verordnung/ Norm

Folglich kann die Installation der Anlage gesetzestreu und technisch sicher gestaltet werden.

Der Anschluss an das allgemeine Versorgungsnetz ohne Anmeldung beim örtlichen

netzbetreibenden Unternehmen liegt jedoch in einer rechtlichen Grauzone. Da hierbei ein

Verstoß gegen die Niederspannungsanschlussverordnung vorliegt, ist eine strafrechtliche

Verfolgung denkbar. Die ausgiebige Recherche im Rahmen dieses Kurses ergab, dass bei

Kleinstanlagen ein solcher Fall bislang jedoch nicht bekannt ist (Stand 07/2014).

8

4. Anlagenplanung

4.1 Anlagekomponenten

Die Anlage besteht aus drei Solarmodulen der Firma

"Kyocera" die, zusammen mit einem Wechselrichter der

Firma "AEconversion GmbH & Co. KG", auf einem

Schrägdach angebracht wurden. Es gibt zwei Möglich-

keiten die Solarmodule zu verschalten. Zum einen die

Parallelverschaltung und zum anderen die Reihenver-

schaltung. Die Solarmodule hier wurden in Reihe ge-

schaltet um eine hohe Ausgangsspannung zu erreichen,

da sich durch die Reihenschaltung die einzelnen

Ausgangsspannungen der Solarmodule addieren und

somit eine Ausgangsspannung erzeugen, die der von

uns benutzte Wechselrichter benötigt. Die in Reihe

geschalteten Solarmodule wurden nun an den Wechsel-

richter angeschlossen. Vom Wechselrichter ausgehend,

verläuft ein AC-Kabel in das Hausinnere und wird dort

an einen im Sicherungskasten angebrachten Daten-

logger (ebenfalls der Firma "AEconversion GmbH & Co.

KG") angeschlossen. Der Datenlogger dient lediglich zur Überwachung der Anlage und der

erzeugte Strom wird schlussendlich über den Datenlogger in das Hausnetz eingespeist.

Abbildung 7: Schaltplan (selbsterhobene Grafik)

Abbildung 6: Verbindungskabel und Sicherungskasten

9

4.2 Komponenten

4.2.1 Unterkonstruktion Die Unterkonstruktion besteht aus zwei jeweils

drei Meter langen Aluminiumprofilen. Mittels

sechs Stahldachhaken wurden diese Profile an

den Dachsparren des Daches montiert. Auf

den Profilen wurden mit Hilfe passender

Modulklemmen die Solarmodule montiert.

4.2.2 Solarmodule

Wir verwendeten Solarmodule der Firma "Kyocera" mit

der Modellnummer KC 120-1. Diese sind polykristalline

Solarmodule mit 120 Wp (Watt peak) und einem

Wirkungsgrad von 12,9% unter STC (Standard Test Con-

ditions). Die Maße der Module sind jeweils 1425x652x56

(LxBxH [mm]) und das Gewicht beträgt jeweils 11,9 kg.

Die Spannung bei maximaler Leistung entspricht 16,9

Volt und einem Strom von 7,1 Ampere. Diese Angaben

entsprechen einer 100% optimalen Aus-nutzung der

Sonnenstrahlung, dem sogenannten Maximum Power

Point (MPP). Die Leerlaufspannung ist mit 21,5 Volt

angegeben. Unter Leerlaufspannung versteht man die

Spannung eines Moduls, wenn kein Verbraucher ange-

schlossen ist. Bei der Leerlaufspannung handelt es sich

um die maximale Spannung eines Moduls.

Der Kurzschlussstrom ist mit 7,45 Ampere angegeben.

Der Kurzschlussstrom ist der Strom, den ein Modul liefert, wenn beide Klemmen ohne

jeglichen Widerstand miteinander verbunden werden und somit ein Kurzschluss entsteht.

Fällt nun Licht auf dieses unbelastete Modul, kann mit einem Messgerät der

Kurzschlussstrom ermittelt werden. Beim Kurzschlussstrom handelt es sich um die größte

Stromstärke die ein Modul erbringen kann. Diese Werte sind für die Auswahl eines

Wechselrichters wichtig und unbedingt zu beachten (Vgl. Datenblatt im Anhang oder Online).

Abbildung 8: Verstellbare Dachhaken an Aluminiumschiene

Abbildung 9: Solarmodul mit Dachhaken

10

4.2.3 Wechselrichter

Der Wechselrichter ermöglicht die Umwandlung

des gewonnen Gleichstroms (DC) in den ge-

wünschten und netzkonformen Wechselstrom

(AC). Der hier verwendete Wechsel-richter ist

ein Micro-Wechselrichter der Firma "AEcon-

version GmbH & Co. KG" mit der Modellnummer

INV350-90 in der in Deutschland zugelassenen

50Hz Version. Die “350” in der Modellnummer

des Wechselrichters bezeichnet den maximalen

Leistungseingang von 350 Watt, die maximal von den Solarmodulen bereitgestellt werden

dürfen. Die “90” steht für die maximale Gleichspannung. Die minimale Startspannung, die der

Wechselrichter benötigt, liegt bei 40 Volt. Die

Wahl für diesen Wechselrichter liegt darin

begründet, dass die drei in Reihe geschalteten

Solarmodule zusammen eine maximale Aus-

gangsleistung von 360 Watt bereitstellen,

sowie eine maximale Spannung von ins-

gesamt 50,7 Volt. Obwohl die maximale

Ausgangsleistung die maximale Eingangs-

leistung des Wechselrichters überschreitet, fiel

die Wahl dennoch auf diesen Wechselrichter,

da davon ausgegangen wurde, dass die

Solarmodule aufgrund ihres Alters ihre

maximale Ausgangsspannung nicht erreichen. Die hier verwendeten Solarmodule sind aus

zweiter Hand und ca. 11 Jahre alt.

Diese Annahme beruht auf dem in der

Solartechnik gebräuchlichem Begriff der

Degradation. Dieser Begriff beschreibt die

alterungsbedingte Änderung der Parameter

von Halbleiterbauteilen. Im Falle von

Solarmodulen also ein Nachlass des

Wirkungsgrades.

(vgl.: http://www.photovoltaik.org/wissen/

degradation-von-solarmodulen)

Der Wechselrichter selbst verfügt über eine integrierte Kommunikationsschnittstelle, die so

genannten "Powerline- Gateway", die über die AC - Verkabelung geführt wird und die

Informationen des Wechselrichters an einen Datenlogger weitergegeben kann (Vgl. Daten-

blatt im Anhang oder online).

Abbildung 12: Perspektive 2 Solarmodul mit Anschlussbox

Abbildung 10: Wechselrichter des Solarmoduls

Abbildung 11: Perspektive 1 Solarmodul mit Anschlussbox

11

4.2.4 Datenlogger

Der Datenlogger ist ebenfalls von der Firma "AEconversion GmbH & Co. KG" mit der

Modellnummer "AEDL-UH". Ein Datenlogger kann zwischen dem Wechselrichter und dem

Hausnetz geschaltet werden und speichert die Daten und Informationen der Solaranlage. Die

Abfrageintervalle können von 1 Minute bis zu 60 Minuten individuell eingestellt werden. Der

Datenlogger selbst kann diese Daten bis zu 2 Jahre intern speichern. Abgefragte Daten

können entweder in Echtzeit auf dem integrierten Display abgelesen werden, oder mit Hilfe

eines herkömmlichen USB-Sticks vom Datenlogger auf einen Computer übertragen und mit

der, von der Firma AEconversion bereitgestellten Software namens "AEsolar" in der

aktuellen Version 1.5, graphisch dargestellt und ausgewertet werden. Diese Software lässt

sich kostenlos auf der Betreiberwebseite herunterladen. Durch das graphische Interface der

Software lässt sich somit die Leistung der Module sowie deren Ertrag leicht ablesen (Vgl.

Datenblatt im Anhang oder online). Weiteres zu diesem Thema befindet sich im Abschnitt

Monitoring.

4.2.5 Solarkabel

Ein kleiner Exkurs zu Kabeln: Um den Stromfluss in einem Kabel so verlustarm wie möglich

zu halten möchte man einen möglichst kleinen Leiterwiderstand haben. Grob wird der

Widerstand (R) mit der Formel: R = (b x L) / A berechnet. Wobei b den spezifischen

Widerstand des Leitermaterials beschreibt und je nach verwendetem Material verschieden

aber festgesetzt ist. L bezeichnet die Kabellänge und A die Kabelquerschnittsfläche. Um nun

den Widerstand so gering wie möglich zu halten, können wir lediglich an L und/oder an A

wirken. Da der Kabelwiderstand insbesondere im niedrigen Spannungsbereich (DC-seitig)

erheblich von Bedeutung ist, haben wir uns dafür entschieden so wenig wie möglich DC-

Kabel zu verwenden und den Wechselrichter gleich unter den Solarmodulen angebracht.

Auch haben wir den größten Querschnitt für das DC-Kabel verwendet. Bei den Solarkabeln

besteht üblicherweise die Wahl zwischen verschiedenen Querschnitten, wie etwa

zweieinhalb, vier oder sechs mm2. (Vgl. Conrad 2014).

4.2.6 Sicherungen

Zusätzlich zur im Wechselrichter integrierten Sicherung wird zwischen dem Datenlogger und

dem Hausnetz eine weitere handelsübliche 16-Ampere-Sicherung angebracht. Die im

Wechselrichter integrierte Sicherung (auch Freischalteinrichtung (ENS) genannt) garantiert,

dass sich der Wechselrichter bei Stromausfall oder Netzabschaltung auf jeden Fall

selbständig vom Stromnetz trennt, um eine Inselbildung und Rückspeisung in das Stromnetz

zu verhindern. Die zusätzliche 16A-Sicherung dient dazu, dass sich im Fall einer

Überbelastung des Hausnetzes die komplette PV-Anlage vom Hausnetz trennt bzw.

abschaltet.

12

4.3 Bauschritte

Für den Zusammenbau der Kom-

ponenten und die Montage der An-

lage auf dem Dach war eine sorg-

fältige Planung nötig.

Die verwendete Unterkonstruktion

bestand aus sechs Dachhaken und

zwei Aluminium-Führungsschienen.

Aus diesem Grund sollten die drei

einzelnen Solarmodule aufrecht

nebeneinander montiert werden.

Dafür galt es eine geeignete Po-

sition auf dem Dach ausfindig zu

machen. Entscheidende Faktoren

für das Festlegen der Position waren die Zugänglichkeit bei der Montage, die Verfügbarkeit

von Dachsparren unter den Dachziegeln für die Befestigung der Dachhaken sowie eine

möglichst verschattungsfreie Lage für eine optimale Funktionsfähigkeit der Anlage.

Als erstes wurden dann am entsprechenden Ort einige Dachziegel durch Rütteln entfernt um

die darunter befindlichen Sparren freizulegen. Die geeigneten Stellen für das Entfernen der

Ziegel zeichneten sich dadurch aus, dass sie zum einen möglichst symmetrisch innerhalb

der drei Meter Länge der Führungsschienen lagen und zum anderen eine waagerechte

Montage der Schienen ermöglichten. Außerdem mussten die Ziegel genau über den Sparren

und nicht zwischen zwei Sparren entfernt werden. Nachdem dann die Dachhaken mit Hilfe

von Holzschrauben auf die hölzernen Dachsparren montiert worden waren, fand eine

Modifikation der Ziegel statt. Die Ziegel erhielten genau an der Stelle, an der die Dachhaken

aus dem Dach herausragten, eine Aussparung. Dafür war eine genaue Vermessung wichtig.

Für das Herauslösen des überflüssigen Materials aus den Ziegeln eignete sich ein

Winkelschleifer mit entsprechender Scheibe. Nachdem die Dachziegel wieder an ihrer

ursprünglichen Position saßen, konnten die Führungsschienen an die Haken montiert

werden. Dabei war auf einen

ausreichenden Abstand der Schienen

zum Dach zu achten, damit zur

Kühlung der Anlage die Umge-

bungsluft zwischen Dach und Anlage

uneingeschränkt zirkulieren konnte.

Als nächstes erfolgte die Verschrau-

bung des Wechselrichters mit einer

der beiden Schienen. Dabei wurde die

besser zugängliche Schiene ver-

wendet.

Abbildung 13: Bau der Unterkonstruktion am Dach

Abbildung 14: Zurechtfräsen der Dachziegel mit einem Winkelschleifer

13

Aus optischen Gesichtspunkten sowie für den Witterungsschutz fand die Positionierung so

statt, dass sich der Wechselrichter später unter den Solarpanels befand. Die genaue

Ausrichtung des Wechselrichters erfolgte gemäß der

Montageanleitung im Handbuch. Eine Unterbringung

des Wechselrichters im Haus wäre ebenfalls

möglich gewesen, erschien aufgrund einer

möglichen Geräuschbelastung aber weniger

sinnvoll. Zusätzlich wurden durch die Installation

direkt unter der Anlage die Kabelverluste minimal

gehalten (Vgl. Kapitel 4.2.5. Solarkabel).

Nachdem der Wechselrichter montiert worden war,

konnte über den Datenlogger und den Sicherungs-

kasten die Verbindung mit dem Stromkreislauf des

Hauses erfolgen. Der Datenlogger wurde neben

dem Sicherungskasten im Inneren des Hauses

befestigt. Da über das Display eine Echtzeit-

auslesung der Anlagendaten erfolgen sollte, musste

der Logger gut zugänglich sein. Zwischen Daten-

logger und Wechselrichter wurde ein wetterfestes

Wechselstromkabel verlegt. Da das Kabel unter

Putz geführt werden sollte, wurde mit einer Kabelfräse ein Kabelkanal in die Wand gefräst.

Es folgte die Verlegung des durch ein geeignetes Kabelrohr geschützten Kabels in den

Kabelkanal, was ein nachträgliches Austauschen der Kabel ermöglichen sollte. Anschließend

wurde die Wand wieder verputzt. Als nächstes erfolgte die Verbindung des Datenloggers

über den Sicherungskasten mit dem Hausnetz, wobei zur Absicherung des Hausnetzes in

den Sicherungskasten eine separate, standardmäßige 16A-Sicherung integriert wurde.

Alternativ hätte das AC-Kabel auch per Schutzkontaktstecker direkt in eine Steckdose

gesteckt werden können. Dies ist möglich, da in Deutschland zugelassene Wechselrichter

einen Abschaltmechanismus besitzen, der in Kraft tritt, sobald netzseitig kein Strom mehr

fließt (Vgl. Handbuch Wechselrichter im Anhang oder online). Die Gefahr eines

Stromschlags bei Ausstecken des

Schutzkontaktsteckers besteht

nicht. Allerdings kann es

theoretisch zur Überlastung der

Kabel kommen (Vgl. Kapitel 4.2.6

Sicherungen).

Schließlich konnten dann die

einzelnen Solarmodule für die

Montage vorbereitet werden, was

in erster Linie die Verkabelung

betraf. Jedes Modul wies zwei

Solarkabel auf, rot für positiv und Abbildung 16: Sicherung der montierenden Personen

Abbildung 15: Verputzen der Hauswand nach Installation des Kabelrohrs

14

schwarz für negativ. An den Kabelenden

wurden pro Modul ein positiver und ein

negativer Sunclix-Stecker angebracht. Bei

der Kabellänge war jeweils ein Spielraum

derart einzuberechnen, dass ein

problemloser Zusammenschluss der Module

im montierten Zustand unter der Anlage

möglich war. Aufgrund der Option alle

Module mit den Sunclix-Steckern

zusammenzustecken und wieder zu

trennen, vereinfachten sich die Montage auf dem Dach sowie der mögliche spätere

Austausch einzelner Module. Das letzte Modul in der Reihe musste an einer Seite ein

erheblich längeres Kabel mit einem wechselrichterkompatiblen H4-PV-Stecker statt eines

Sunclix-Steckers aufweisen, da es bei der Reihenschaltung vom Ende der Anlage ganz

zurück bis zum Wechselrichter reichte. Das erste Kabel in der Reihenschaltung benötigte

ebenfalls einen H4-PV-Anschluss, da es vom Wechselrichter zur Anlage führte. Die

Anbringung der Stecker an die losen Kabelenden musste besonders sorgfältig erfolgen,

damit sich im Betrieb an diesen kritischen Stellen keine Störungen wie beispielsweise

Wackelkontakte einstellen würden. Für die Montage der Module auf dem Dach wurde aus

Sicherheitsgründen eine komplette Verschattung mit Decken vorgenommen, was eine

Befestigung mit Tape an den Modulrahmen erforderte. Diese Maßnahme war deshalb

unbedingt notwendig, weil die Decken die Sonnenstrahlen von der Anlage fern hielten und

somit das Auftreten einer gefährlich hohen Leerlaufspannung verhinderten. Die Fixierung der

Module auf der Unterkonstruktion erfolgte über Modulklemmen, welche in die Rahmen der

Module eingehakt werden. Ein dauerhafter Halt wurde über den Anpressdruck durch die mit

den Schienen verbundenen Schraubverschlüsse aufgebaut. Nach der Montage jedes Moduls

war dieses direkt mit dem nächsten Modul zu verkabeln, da die Kabel nach der Montage

aller Module nicht mehr gut erreichbar sein würden. Waren die Kabel etwas zu lang, so

wurden sie mit wetterfesten Kabelbindern an der Unterkonstruktion befestigt, damit sie nicht

direkt auf dem Dach auflagen.

Wichtig war, den Stromkreis noch nicht

zu schließen, also den letzten Stecker

nicht an den Wechselrichter anzu-

schließen, denn vorher war ein

ausreichend belastbares Erdungskabel

mit Hilfe von wetterfesten, ein-

strangigen Kabel und zwei Kabel-

schuhen anzubringen. Die Erdung ver-

lief zwischen Unterkonstruktion und ge-

erdetem Metallgeländer der Terrasse.

Abbildung 18: Befestigung der Unterkonstruktion am Dach

Abbildung 17: Aluminiumschiene und Modulklemme

15

Erst nachdem die Erdung erfolgte und der Anschluss ans Hausnetz DIN-konform realisiert

und von einer qualifizierten Elektronikfachkraft überprüft und abge-nommen worden war,

konnten die Decken entfernt und die Anlage durch die Verbindung mit dem Wechselrichter in

Betrieb genommen werden.

Abbildung 19: Fertige Photovoltaikanlage

16

5. Finanzierung

Im folgenden Kapitel wird ein kurzer Überblick zur Finanzierung des Projektes gegeben. Der

Bau der PV-Anlage konnte durch verschiedene Mittel finanziert und umgesetzt werden. So

konnte mit einer finanziellen Unterstützung von Seiten des Hauprojektes i.H.v. 200 EUR

gerechnet werden. Ferner wurde zur finanziellen Absicherung ein internes Crowdfunding

durchgeführt. Im Rahmen dieser Aktion konnten ca. 250 EUR von Unterstützer*innen des

Projektes gesammelt werden. Zudem wurden diverse Anbieter*innen von Solaranlagen in

Berlin kontaktiert und nach einer Unterstützung in Form von Sachspenden gefragt. Im

Folgenden ist eine Übersicht der Komponenten dargestellt.

Komponenten Preis [€] Sponsor

Wechselrichter (INV350-90 PLC) 320 TU Berlin

3 Solarmodule (Kyocera KC 120-1; gebraucht) 300 Solarkonzept GmbH

Unterkonstruktion 200 Solarwerkstatt Berlin GmbH

DC- und AC-Kabel, Stecker 150 Hausprojekt

Datenlogger (AEDL-UH) 250 TU Berlin

Tabelle 2: Finanzielle Komponenten

Einen erheblichen Kostenfaktor stellten der Wechselrichter (320 EUR) sowie der

Datenlogger (250 EUR) dar. Aufgrund der technisch relevanten Bedeutung dieser

Komponenten wurden die Kosten in Höhe von insgesamt 570 EUR im vollen Umfang von der

TU Berlin übernommen. Im Rahmen des Sponsorings wurden dem Projekt drei gebrauchte

Solarmodule im Wert von ca. 300 EUR von der Solarkonzept GmbH kostenlos zur Verfügung

gestellt. Darüber hinaus wurde dem Projekt die Unterkonstruktion für die Module von der

Solarwerkstatt Berlin GmbH als Spende überlassen, wodurch erneut ca. 200 EUR gespart

werden konnten. Die Preise für die gebrauchten Komponenten wurden auf Grundlage von

Internetportalen ermittelt. Die übrigen Komponenten konnten für ca. 150 EUR über das

Crowdfunding und das Hausprojekt finanziert werden. Dabei handelte es sich im

Wesentlichen um die Dachhaken für die Unterkonstruktion sowie Kabel und

Steckverbindungen für die Solarmodule.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es durch die zahlreichen Spenden sowie der

Unterstützung durch die TU Berlin und dem Hausprojekt möglich war, die PV-Anlage mit

einem minimalen Kostenaufwand zu bauen und somit das Projekt erfolgreich zu realisieren.

Dafür möchten wir uns an dieser Stelle als Kurs bedanken.

17

6. Monitoring

Zur Datenaufzeichnung von momentaner Leistung und Energieausbeute der Anlage wurde

im Laufe des Projekts eine Monitoring Lösung erarbeitet. Hierbei stehen das Erkennen von

Ausfällen, die Visualisierung des erzielten Ertrags und eine Auswertung der monetären und

CO2-Einsparungen durch die Photovoltaikanlage im Mittelpunkt. Weiterhin soll die

Auswertung der Daten folgenden Projekten in diesem Themenbereich, sowie jeglichen

Interessenten, eine Quelle zur Einschätzung der Möglichkeiten einer PV-Kleinstanlage sein.

Durch das Monitoring wird sowohl den Betreiber*innen der Anlage als auch den

Energieseminarteilnehmer*innen eine einfache Anlagenüberwachung und Datenauswertung

ermöglicht.

6.1 Erzeugung / Messergebnisse

Zum Monitoring der PV-Anlage wurde der AEDL-UH Datenlogger der Firma AEConversion

verwendet, mit welchem die generierte Leistung dauerhaft aufgezeichnet wird. Die Daten der

Leistungsabgabe und Energieausbeute lassen sich über einen USB-Port abnehmen und

über die Software AESolar V1.5 auswerten. Alternativ hierzu ist auch eine Datenauswertung

über andere Software-Programme wie zum Beispiel Excel möglich. Stellt man die Leistung

und den Ertrag in einem Diagramm dar, ergibt sich typischerweise ein Verlauf der Ertrags-

und Leistungskurve ähnlich der Abbildung 20 (Die Daten wurden am 16.07.2014

aufgenommen).

Es lässt sich ein typischer Tagesverlauf der generierten Leistung und des Ertrags erkennen.

Mit dem Sonnenaufgang um ca. 5:30 Uhr lassen sich erste Messungen der PV-Leistung

erkennen. Diese steigen stark an und erreichen um ca. 13:00 Uhr ihre Maximalleistung bei

knapp über 200W. Daraufhin sinken die Leistungsmessungen wieder ab und verschwinden,

mit dem Sonnenuntergang um ca. 21:00 Uhr, letztlich komplett. Die Schwankungen in der

Leistung kommen dabei durch Verschattungen, welche beispielsweise durch vorbeiziehende

Wolken hervorgerufen werden.

Abbildung 20: Tagesverlauf von Leistung und Ertrag

18

Abbildung 21 zeigt den Verlauf der Leistung und des Ertrags über zwei komplette Wochen

vom 16.07.14 bis 31.07.14. Der typische Tagesverlauf mit einem Höhepunkt bei ca. 200 Watt

und einer gleichmäßig generierten Leistung von ca. 1000 Wattstunden pro Tag lässt sich

dabei bei allen 7 Tagen gut erkennen.

Abbildung 21: Verlauf von Leistung und Ertrag vom 16-07.14 – 31.07.14

6.2 Finanzielle und CO2-Einsparungen

Um die Einsparungen der Anlage, auf Basis der bis jetzt aufgezeichneten Daten, auf ein Jahr hochrechnen zu können, muss zunächst der Nutzungsgrad ermittelt werden.

Bei Photovoltaik Zellen muss zwischen dem Wirkungsgrad und dem Nutzungsgrad unterschieden werden. Der Wirkungsgrad ist dabei das Verhältnis der von der PV-Zelle erzeugten Leistung PElektrisch und der Leistung des einfallenden Lichts PLicht. Dieser errechnet

sich mit der Formel 𝜂 = 𝑃𝐸𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑖𝑠𝑐ℎ

𝑃𝐿𝑖𝑐ℎ𝑡 und wird vom Hersteller unter Laborbedingungen mit über

14% angegeben.

Der Nutzungsgrad gibt das Verhältnis der real erzeugten Energie Eerzeugt zur theoretisch maximal erzeugbaren Energie Etheoretisch an. Dieser errechnet sich durch die Formel 𝑁 =𝐸𝑒𝑟𝑧𝑒𝑢𝑔𝑡

𝐸𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ .

Im Vergleich zum Wirkungsgrad ist dieser keine Momentangröße sondern wird über einen bestimmten Zeitraum unter Berücksichtigung von Stillstandzeiten errechnet. Bei PV-Anlagen spielen ebenfalls Faktoren wie die Temperatur und Windgeschwindigkeit eine Rolle. (http://nuklearia.de/2012/07/31/nutzungsgrad-wirkungsgrad-volllaststunden/ ; 11.09.2014)

6.3 Berechnung des Nutzungsgrades

Die real erzeugte Energie EErzeugt der PV-Anlage summiert sich in der zweiten Hälfte des Juli

(16.07.-31.07.14) zu 𝐸𝐸𝑟𝑧𝑒𝑢𝑔𝑡 = 16 𝑘𝑊ℎ siehe Abb. 16).

Die theoretisch erzeugbare Energie wurde für den kompletten Monat Juli bei 176 𝑘𝑊ℎ

𝑚²gemessen. (Vgl. http://www.solarserver.de/service-tools/strahlungsdaten/deutschland/juli-

2014.html ; 11.08.2014)

19

Unsere installierte PV-Anlage besteht aus 3 Modulen mit jeweils 36 Zellen. Jede Zelle hat dabei die Maße 15cm * 15,5 cm. Die gesamte Absorptionsfläche AAbsorption unserer Anlage errechnet sich somit zu:

3 𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒 ∗ 36 𝑍𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛 ∗ 15𝑐𝑚 ∗ 15,5𝑐𝑚 = 2,511𝑚2 = 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛

Mit der Annahme, dass die Sonneneinstrahlung konstant über den Monat verteilt war, errechnet sich der theoretisch erzeugbare Energiebetrag zu:

𝐸𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ = 176𝑘𝑊ℎ

𝑚² ∗ 2,511𝑚2 ∗

16

31= 228,1 𝑘𝑊ℎ

Unter Anwendung der Formel für den Nutzungsgrad errechnet sich dieser zu:

𝑁 = 16 𝑘𝑊ℎ

228,1 𝑘𝑊ℎ= 7,02 %

6.4 Jährlich erzeugte Energie

Mit einer Sonneneinstrahlung von 1055 𝑘𝑊ℎ

𝑚²∗𝐽𝑎ℎ𝑟(Vgl. Photon 3/2013) und der Annahme, dass

der Nutzungsgrad über ein Jahr konstant bleibt errechnet sich damit eine jährliche Gesamt-Stromerzeugung EGesamt der PV-Anlage von

𝐸𝐺𝑒𝑠𝑎𝑚𝑡 = 1055𝑘𝑊ℎ

𝑚²∗𝐽𝑎ℎ𝑟 ∗ 2,511𝑚2 ∗ 0,0702 = 186

𝑘𝑊ℎ

𝐽𝑎ℎ𝑟 .

6.5 Monetäre Einsparung

Laut europäischem Amt für Statistik (Eurostat) beträgt der durchschnittliche Strompreis für

Privatverbraucher in Deutschland 26,4 € 𝐶𝑒𝑛𝑡

𝑘𝑊ℎ. Damit errechnet sich eine monetäre

Einsparung von

26,4€ 𝐶𝑒𝑛𝑡

𝑘𝑊ℎ ∗ 186

𝑘𝑊ℎ

𝐽𝑎ℎ𝑟= 49,10

€

𝐽𝑎ℎ𝑟

6.6 CO2-Einsparung

Nach eigenen Berechnungen auf Datengrundlage der Datenbank Statistik (2014) und BWK

Bd. 59 (2007) Nr. 10, haben PV-Anlagen eine CO2 Einsparung von 413,79 𝑔

𝑘𝑊ℎ (die

Berechnungen sind in Anhang 1 aufgeführt).

Somit errechnet sich eine jährliche CO2 Einsparung von

413,79𝑔

𝑘𝑊ℎ ∗ 186

𝑘𝑊ℎ

𝐽𝑎ℎ𝑟= 76,96

𝑘𝑔

𝐽𝑎ℎ𝑟

20

7. Fazit und Ausblick

Das zu Beginn formulierte Ziel wurde erreicht: die Mini-PV-Anlage steht und produziert Strom

für ein Hausprojekt in Neukölln. Während zu Anfang des Projektes viel Zeit für ein

gegenseitiges Kennenlernen und das Angleichen des Wissensstands der Teilnehmenden

investiert wurde, pochten einige darauf, dass man doch endlich mal vorankommen müsse.

Als dann die einzelnen Arbeitsgruppen ihre Arbeit aufnahmen, wurde klar, dass noch ein

gutes Stück Arbeit zu bewältigen war. Das Thema der Sicherheitsbestimmungen und

rechtlichen Rahmenbedingungen hat alle erstmal etwas abgeschreckt, doch die intensive

Auseinandersetzung mit dem Thema sowie eine Anpassung des technischen Konzepts

brachte die Motivation zurück.

Das Thema Finanzierung der Anlagenkomponenten war zunächst eher unbeliebt, doch

durch das großes Engagement der Teilnehmenden sprangen glücklicherweise die TU und

einige PV-Installateure als Sponsoren ein, die die wichtigsten Anlagenkomponenten

finanzierten. Bereits im Besitz des Energieseminars befindliche PV-Module konnten aufgrund

der technischen Inkompatibilität zu den am Markt verfügbaren Wechselrichtern nicht

verwendet werden. Trotz der vielseitigen Anforderungen an die Auslegung der Anlage

konnte die sie durch gute Organisation innerhalb von nur zwei Tagen installiert werden. Der

elektrische Anschluss ans Hausnetz wurde entsprechend der Empfehlung des VDE

(Verband der Elektrotechnik und Elektronik) von einem Elektriker übernommen (vgl. VDE

2013), was einen höheren Sicherheitsstandard gewährleistet. Am 08.07.2014 kam dann die

Erfolgsmeldung: Die Anlage läuft und produziert Strom. Alle waren froh und erstaunt, dass

es am Ende doch so schnell ging. Die ganze Mühe, einen Ort, ein Anlagenkonzept und die

Komponenten zu finden, war schnell vergessen.

Und wie geht es jetzt weiter? Welche Konsequenzen hätte es eigentlich, wenn sich derartige

Mini-PV-Anlagen weiter verbreiten, wenn also alle Menschen in Berlin oder Deutschland ein

paar Module auf ihrem Dach, am Balkon, auf der Garage, am Gartenhaus oder auf Fabriken

und Geschäften installieren und sich damit teilweise selbst versorgen, ohne dies bei der

Netzbetreiber*in zu melden? Die Antwort darauf ist auch unter Expert*innen umstritten und

umfasst neben politischen auch technische Aspekte, wie im Folgenden erläutert werden soll.

Mini-PV-Anlagen haben laut Professor Quaschning (Hochschule für Technik und Wirtschaft

(HTW) Berlin, Professor im Studiengang Regenerative Energiesysteme) eine enorme

Symbolkraft für eine transparente und demokratische Energiewende, bei der jede und jeder

mitmachen könne (Vgl. Quaschning, 2013). Selbst das Europäische Parlament bekräftigt,

„dass Stromerzeugung in kleinstem Maßstab künftig von wesentlicher Bedeutung für die

Stromerzeugung sein wird“ (EU, 2013: S. 3). Herr Professor Engel (Technische Universität

Braunschweig, Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen) gibt

jedoch zu bedenken, dass eine massive, unkontrollierte Verbreitung der Mini-PV-Anlagen zu

erheblichen Problemen in der Stabilität des Stromnetzes führen kann, da sich diese Anlagen

nicht an der Frequenz- und Spannungsregelung beteiligen würden und die

Netzbetreiber*innen keinen Zugriff auf die Anlagen hätten (Vgl. Quaschning, 2013). Auch in

den betreffenden Berufsverbänden zeigt sich große Unsicherheit, wie mit dem Thema

21

umgegangen werden soll: Der Verband der Elektrotechnik VDE empfiehlt, dass eine

Installation nur durch qualifizierte Installateur*innen und keine Eigeninstallation

vorgenommen werden soll (VDE 2013). Der Zentralverband der Deutschen Elektro- und

Informationstechnischen Handwerke ZVEH rät jedoch seinen Betrieben davon ab, solche

Anlagen zu installieren bzw. Aufträge dazu anzunehmen (Vgl. DGS 2013 sowie Welt 2013).

Die Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.V. DGS hat darauf mit einem offenen Brief

reagiert, in dem sie die Verbände VDE, DKE und ZVEH aufruft, die „rechtlichen Grauzonen

umgehend zu beseitigen“ (DGS 2013), sodass zukünftig Haushalte PV-Kleinstanlagen auf

der Basis eindeutiger Richtlinien sicher nutzen können. Auch Quaschning fordert eine

Anpassung der Gesetze und Normen, sodass Mini-PV-Anlagen legal und sicher installiert

werden können, da sie die demokratischste Energieform sei. Solange die rechtliche

Unsicherheit aber noch bestehen bleibt, sei PV-Guerilla der richtige Weg des Widerstands

gegen die aktuelle Energiepolitik der Bundesregierung und die Interessen der

Energiekonzerne (Vgl. Quaschning 2013).

Die Teilnehmenden dieses PV-Projektes waren sich am Ende einig, dass die Errichtung

einer eigenen PV-Anlage nicht nur einen großen Lerneffekt hatte, sondern das „Ernten“ von

quasi selbst erzeugtem Solarstrom auch Sinn und Spaß macht.

22

Quellenverzeichnis Conrad 2014, Conrad (Hrsg.): Suchergebnisse für „Solarkabel“. URL: http://www.conrad.de/ce/ de/Search.html?search=solarkabel, letzter Zugriff am 09.08.2014 DGS 2013: Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.V.: Offener Brief an die Verbände VDE, DKE und ZVEH; 08.11.2013; Internetquelle: http://www.dgs.de/index.2922.0.html (zuletzt eingesehen am 02.08.2014) DIN VDE 0100-550:1988-04: Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V – Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel Steckvorrichtungen, Schalter und Installationsgeräte DIN VDE 0100-551:2011-06: Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 5-55: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Andere Betriebsmittel – Abschnitt 551: Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen (IEC 60364-5-55:2001/A2:2008 (Abschnitt 551)); Deutsche Übernahme HD 60364-5-551:2010 + Cor.:2010 http://nuklearia.de/2012/07/31/nutzungsgrad-wirkungsgrad-volllaststunden/ Letzter Zugriff: 11.09.2014 http://www.din.de/cmd?level=tplunterrubrik&menuid=47421&cmsareaid=47421&menurubricid=47429&cmsrubid=47429&menusubrubid=47433&cmssubrubid=47433 Letzter Zugriff: 29.07.2014 Energieseminar (Hrsg.) (2014): Energieseminar – Geschichte. Online unter http://www.energieseminar.de/energieseminar/geschichte Letzter Zugriff: 01.08.2014 https://www.minijoule.com/; letzter Zugriff: 10.09.2014 http://www.solarserver.de/service-tools/strahlungsdaten/deutschland/juli-2014.html Letzter Zugriff: 11.08.2014 http://www.suninvention.com/; letzter Zugriff: 10.09.2014 EU 2013: Europäisches Parlament: Entschließung des Europäischen Parlaments zur Strom- und Wärmeerzeugung in kleinem und kleinstem Maßstab; Plenarsitzungsdokument vom 22.04.2013, B7-0000/2013; Internetquelle: http://www.europarl.europa.eu/meetdocs/2009_2014/documents/itre/re/934/934458/934458de.pdf (zuletzt eingesehen am 02.08.2014 Gesetz über die Elektrizitäts- und Gasversorgung (Energiewirtschaftsgesetz – EnWG); Bundesgesetz der Bundesrepublik Deutschland, letzte Neufassung vom 07.07.2005, Fundstelle (Gesetzblatt): BGBl. I S. 1970, ber. S. 3621 Kondziella, Hendrik; Brod, Kristina; Bruckner, Thomas; Olbert, Sebastian; Mes, Florian (2013): Stromspeicher für die „Energiewende“ – eine akteursbasierte Analyse der zusätzlichen Speicherkosten. In: Zeitschrift für Energiewirtschaft 2013, Vol. 37 (4), S. 249-260. Lödl, Martin; Kerber, Georg; Witzmann, Rolf; Hoffmann, Clemens; Metzger, Michael (2010): Abschätzung des Photovoltaik-Potentials auf Dachflächen in Deutschland

23

Normen der Reihe DIN VDE 0100 (VDE 0100); Bbl 5 1995-11 DIN VDE 0100: Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V – Maximal zulässige Längen von Kabeln und Leitungen unter Berücksichtigung des Schutzes bei indirektem Berühren, des Schutzes bei Kurzschluss und des Spannungsfalls Strafgesetzbuch (StGB); Bundesgesetz der Bundesrepublik Deutschland, letzte Neufassung vom 13.11.1998, Fundstelle (Gesetzblatt): BGBl. I S. 3322 1) Stromnetzzugangsverordnung (StromNZV); Verordnung der Bundesrepublik Deutschland, letzte Neufassung vom 25. 07 2005, Fundstelle (Gesetzblatt): BGBl. I S. 2243 Quaschning, Volker (2013): Regenerative Energiesysteme. 8. Auflage, Hanser Verlag München Quaschning 2013: Prof. Volker Quaschning: Streitgespräch: Ein bisschen Guerilla ist gut; erschienen in PV Magazin 2/2013; Internetquelle: http://www.volker-quaschning.de/interviews/2013/2013-09_pv-magazine/index.php (zuletzt eingesehen am 02.08.2014) VDE-AR-N 4105:2011-08 - Technische Anschlussbedingungen: Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, Technische Mindestanforderungen für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz VDE 2013: Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.: VDE warnt vor Photovoltaik-Anlagen mit Steckern; Pressemitteilung vom 23.04.2013, Internetquelle: http://www.vde.com/de/Verband/Pressecenter/Pressemeldungen/Fach-und-Wirtschaftspresse/2013/Seiten/39-2013.aspx (zuletzt eingesehen am 02.08.2014) Verordnung über Allgemeine Bedingungen für den Netzanschluss und dessen Nutzung für die Elektrizitätsversorgung in Niederspannung (Niederspannungsanschlussverordnung - NAV); Verordnung der Bundesrepublik Deutschland, letzte Fassung vom 01.11.2006, Fundstelle (Gesetzblatt): BGBl. I S. 2477 Verordnung zur Gewährleistung der technischen Sicherheit und Systemstabilität des Elektrizitätsversorgungsnetzes (Systemstabilitätsverordnung - SysStabV); Bundesgesetz der Bundesrepublik Deutschland, letzte Neufassung vom 20.07.2012, Fundstelle (Gesetzblatt): BGBl. I 2012, S. 1635 Welt 2013: Eva Neumann: Das eigene Mini-Solarkraftwerk kann tödlich sein; Artikel in der Zeitung Welt vom 18.06.2013; Internetquelle: http://www.welt.de/wissenschaft/article117224154/Das-eigene-Mini-Solarkraftwerk- Wirth, Harry (2014): Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland. Fassung vom 28.07.2014, Fraunhofer ISE www.go-green-solutions.de/; letzter Zugriff:10.09.2014 www.solar-pac.de/; letzter Zugriff: 10.09.2014

24

Anhang

Durchschnittliche CO2-Belastung [g/kWh]

• Die Daten wurden in 41 Studien zwischen 1996-2007 erhoben.

• Hohe Streuung bei Photovoltaik, auf Grund unterschiedlicher Rechenarten. (33 – 306 g/kWh)

Meistens Werte zwischen 50-60 g/kWh

CO2 Belastung eines durchschnittlichen Stromerzeugers

CO2 – zur Generierung einer kWh Strom von Vattenfall:

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Ergaskraftwerke

Steinkohle

Braunkohle

Nuklearenergie

Windenergie (onshore)

Wasserkraftwerk

multikristalline Solarzelle

25

0,3148 ∗ 1082,2 + 0,2856 ∗ 29,42 … . 0,0022 ∗ 776 = 473,79𝑔

𝑘𝑊ℎ

CO2 Einsparungen durch PV-Zellen:

473,79𝑔

𝑘𝑊ℎ− 60

𝑔

𝑘𝑊ℎ= 413,79 𝑔/𝑘𝑊ℎ