Wie viel Strom kann eine PV-Anlage für einen Haushalt erzeugen?

Bereits im Jahre 1980 führte die deutsche Regierung eine Reihe von Solarsubventionen ein, um damit die Menschen zu ermutigen, Photovoltaikanlagen zu installieren, um die Nutzung und Entwicklung erneuerbarer Energien zu fördern. Zu dieser Zeit war die Photovoltaik-Technologie jedoch noch nicht ausgereift und die Kosten für die Anlagen waren so hoch, so dass die großen Investitionen trotz der Maßnahmen der Regierung von der Mehrheit der Haushalte nicht akzeptiert wurden und sich somit auf dem Markt für Privathaushalte nicht durchsetzen konnten. In Deutschland wurde die Photovoltaik anfangs vor allem in der Landwirtschaft und in abgelegenen Gebieten zur Stromversorgung eingesetzt, bevor sie sich nach und nach auf den Dächern von Gewerbe- und Industriegebäuden durchsetzt. Mit der Stärkung des Bewusstseins der Menschen für den Umweltschutz in den letzten Jahren und dem Ausbruch des Russland-Ukraine-Krieges ist Europa in eine Energiekrise geraten. Mit der Einführung einer Solarpflicht für Neubauten in Deutschland im Jahr 2022 und einer Reihe entsprechender Steuerbefreiungen Anfang 2023 steigt die Zahl der Haushalte, die sich für die Installation von Solaranlagen entscheiden, explosionsartig an, und Solarenergie wird zu einer nachhaltigen und umweltfreundlichen Energieoption, die von den Haushalten akzeptiert wird.

Wie viel Strom kann eine Solaranlage auf dem Dach eines Haushalts tatsächlich erzeugen? Wie viel des Stromverbrauchs eines Haushalts kann sie abdecken?

Zunächst muss klargestellt werden, dass die installierte Leistung von Solaranlagen je nach der für die Installation auf verschiedenen Dächern verfügbaren Fläche variiert. Je höher die installierte Leistung ist, desto größer ist die erzeugte Strommenge. Zweitens variiert die von PV-Solaranlagen erzeugte Strommenge je nach Jahreszeit und geografischer Lage: im Sommer und in südlichen Regionen, wo die Lichtintensität höher und die Temperaturen wärmer sind, ist die von den Anlagen erzeugte Strommenge etwas höher als im Winter und in nördlichen Regionen. Darüber hinaus wird die Leistungsabgabe von PV-Anlagen durch eine Reihe von Installationsfaktoren beeinflusst, darunter die Ausrichtung der Anlage, der Installationswinkel und die Sauberkeit der Oberfläche des PV-Panels. Daher müssen diese Faktoren bei der Diskussion über die Leistungsabgabe von PV-Anlagen berücksichtigt werden.

Die Einheit der Leistung von Photovoltaikmodulen und Photovoltaikanlagen – kWp

Die Leistung einer Photovoltaikanlage wird in kWp ausgedrückt, ein Wert, der ein wichtiger Indikator für die Bewertung der Leistung einer Photovoltaikanlage und ihrer Fähigkeit zur Stromerzeugung ist. kWp bezieht sich auf die Spitze (Peak) der Gleichstrom-Nennleistung (in Kilowatt, kW) einer Photovoltaikanlage. Das heißt, es ist die maximale elektrische Leistung, die von einer PV-Anlage abgegeben werden kann, wenn die Sonne auf das PV-Modul scheint und die Lichtverhältnisse optimal sind. Die maximale elektrische Leistung eines PV-Moduls wird unter einer Reihe von Standardtestbedingungen geprüft, um eine vergleichbare Leistung zwischen PV-Modulen verschiedener Hersteller zu gewährleisten. Die Standardtestbedingungen sind: Lichtintensität von 1 kW pro Quadratmeter, Spektralverteilung entsprechend einer Luftqualität von AM1.5 und eine Temperatur von 25 Grad Celsius. In der Praxis schwanken die Lichtintensität, die spektrale Verteilung und die Modultemperatur je nach Zeit, Standort und meteorologischen Bedingungen, so dass die tatsächliche Ausgangsleistung des Geräts niedriger sein kann als die Spitzenleistung.

Laut Branchenstatistiken beträgt die durchschnittliche Anzahl der Sonnenstunden pro Jahr für PV-Module in Deutschland je nach geografischem Standort etwa 900 bis 1200 Stunden, so dass jedes kWp einer PV-Anlage tatsächlich etwa 800-1100 kWh Strom pro Jahr erzeugen kann.

Ein Beispiel: Eine 10-kWp-Photovoltaikanlage hat eine Spitzenleistung von 10 kW, d. h. die maximale Leistung, die die Anlage unter den oben beschriebenen Standardtestbedingungen abgeben kann, beträgt 10 kW. In der Praxis ist jedoch aufgrund verschiedener Faktoren nicht garantiert, dass die tatsächliche Leistung der Anlage dem Spitzenwert entspricht. Auf der Grundlage von Branchendaten und -erfahrungen sowie dem durchschnittlichen deutschen Sonnenscheinindex kann jedes kWp einer PV-Anlage in Deutschland je nach geografischem Standort und Installationsbedingungen etwa 850-1200 kWh pro Jahr erzeugen. Das bedeutet, dass eine 10-kWp-PV-Anlage 8500-12000 kWh pro Jahr erzeugen kann.

An dieser Stelle stellen sich viele Menschen die Frage: Kann eine 10-kWp-PV-Anlage mehr Strom erzeugen, als mein Haus in einem Jahr verbraucht? Kann die PV-Anlage den jährlichen Stromverbrauch meines Hauses zu 100 % decken, ohne dass ich Strom aus dem öffentlichen Netz beziehen muss?

Die Antwort lautet leider nein. Dies hängt mit den Tag- und Nachtverhältnissen der PV-Anlagen und der ungleichmäßigen Produktionskapazität im Laufe eines Jahres zusammen.

Wie viel des Stromverbrauchs von Haushalt kann durch eine PV-Anlage gedeckt werden?

Die Antwort auf diese Frage hängt von einer Kombination aus zwei Faktoren ab: dem von der PV-Anlage erzeugten Strom und dem vom Haushalt verbrauchten Strom und seinen Stromverbrauchsgewohnheiten. Wie bereits erwähnt, hängt die von einer PV-Anlage erzeugte Strommenge von einer Reihe von Faktoren ab, und der Stromverbrauch eines jeden Haushalts ist unterschiedlich, so dass der Autarkiegrad, den eine PV-Anlage in verschiedenen Haushalten erreichen kann, unterschiedlich ist.

Normalerweise verwenden unsere PV-Experten eine spezielle PV-Auslegungssoftware, um Anlagenszenarien zu simulieren und Informationen über die simulierte Stromproduktion und den Autarkiegrad der Anlage zu erhalten. Um diese Frage zu klären, können wir sie Ihnen anhand eines Beispiels für die Berechnung eines Szenarios erläutern.

Beispielrechnung

Ein Beispiel für die Simulation eines Szenarios für eine vierköpfige Familie in Baden-Württemberg in Deutschland mit einer spezifischen Problemanalyse:

Szenario:

Nach Eingabe der Adressdaten in die professionelle PV-Auslegungssoftware, der Einstellung der Dachausrichtung und der Fertigstellung der Konstruktionszeichnungen für die PV-Anlage kann die Software die jährliche Stromerzeugung der 9,96-kWp-PV-Anlage in der Region auf 10.280 kWh berechnen.

Die Verteilung der Stromerzeugung für die 12 Monate des Jahres entsprechend dem lokalen Sonneneinstrahlungsindex ist in dem grünen Balkendiagramm unten dargestellt. Der jährliche Stromverbrauch der Haushalte beträgt 6.000 kWh und der monatliche Stromverbrauch ist in den schwarzen Balken in dem Diagramm unten dargestellt.

Aus dem Balkendiagramm geht hervor, dass aufgrund der ungleichmäßigen Erzeugung von Strom der PV-Anlagen im Jahresverlauf der Stromverbrauch der meisten Haushalte im Sommer aufgrund der langen Sonnenscheindauer, der kalten Mahlzeiten und der Urlaubsreisen in den Frühlings- und Sommermonaten von April bis Oktober eines jeden Jahres in der Regel niedriger ist als im Winter, während im Gegenteil die PV-Anlagen in den Frühlings- und Sommermonaten des Jahres am produktivsten sind und weit mehr PV-Strom erzeugen, als die Haushalte pro Monat tatsächlich benötigen. Der von der PV-Anlage erzeugte Überschussstrom wird über eine netzgekoppelte Einspeisung an das öffentliche Stromnetz verkauft, wobei Einspeisevergütungen erzielt werden. Im Winter, wenn die Sonnenscheindauer kurz ist und der Stromverbrauch der Haushalte ansteigt, insbesondere bei Haushalten mit Wärmepumpen, reicht die von der PV-Anlage im Winter erzeugte Strommenge nicht aus, um den Stromverbrauch des Haushalts zu decken. Somit ist es dann erforderlich, Strom aus dem öffentlichen Netz zu beziehen.

Die ungleichmäßige Stromerzeugung und das Missverhältnis zwischen Angebot und Nachfrage sind der Grund dafür, dass es selbst dann, wenn die jährliche Stromerzeugung aus PV-Anlagen viel größer ist als der jährliche Stromverbrauch der Haushalte und die ideale Situation eines ausreichend großen Energiespeichers zur Gewährleistung der Stromversorgung in der Nacht gegeben ist, nicht möglich ist, den jährlichen Stromverbrauch der Haushalte zu 100 % durch PV-Anlagen zu decken.

Anhand der Simulationen lässt sich errechnen, dass die vierköpfige Familie mit einer 9,96 kWp-PV-Anlage noch 1003 kWh pro Jahr aus dem Netz beziehen müsste, um damit die Winterlücke zu schließen und dass die von der PV-Anlage erzeugte jährliche Strommenge für den Eigenverbrauch der Familie 4997 kWh betragen würde (6000-1003). Daraus lässt sich der Selbstversorgungsgrad der Photovoltaikanlage für die Stromversorgung des Haushalts berechnen.

Natürlich basiert diese Berechnung auf der Annahme, dass der Stromverbrauch der Haushalte hauptsächlich tagsüber und weniger nachts stattfindet und dass der Energiespeicher den nächtlichen Bedarf vollständig abdecken kann und außerdem, dass es im Frühjahr und Sommer fast keine schlechten Regenwetterbedingungen gibt, um die ideale Situation zu erreichen, in der von April bis Oktober kein Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen werden muss. Da unser tatsächlicher Stromverbrauch und die Wetterbedingungen komplex und unvorhersehbar sind, können die von den PV-Experten erstellten Simulationen nur als Referenz für Ihre Investition und nicht als technische Verpflichtung für die Anlage verwendet werden.

Dank der Ausgereiftheit und Beliebtheit der Energiespeichertechnologie in den letzten Jahren können PV-Anlagen mit Energiespeichern den tagsüber erzeugten überschüssigen Strom für die Nutzung in der Nacht und an bewölkten Tagen maximal speichern, wodurch die Autarkie der PV-Stromerzeugung gesteigert wird. Es besteht keine Notwendigkeit, die Investitionskosten mit einer niedrigen Rendite zu erhöhen, um die Grenze der Autarkie zu erreichen.

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