Solaranlage

Dieser Artikel soll als Ideensammlung für eine zukünftige Solaranlage auf den HaDiKo Gebäuden dienen. Die Dächer des Hadikos bieten genug Fläche, um mit einer Photovoltaikanlage(kurz: PV) einen erheblichen Teil des Stromverbrauchs zu decken. Da Photovoltaik mittlerweile sehr günstig ist, spielen Anlagen mit hohem Eingenverbrauchsanteil innerhalb von wenigen Jahren die Investitionkosten wieder ein und genierieren danach jedes Jahr stetiges, planbares Einkommen.

PV Anlage in Variante "Ertragsmaximierung"

Das Hadiko hatte 2019 einen Stromverbrauch von 1.064.216 kWh.

Grundlagen und Begriffe

Eigenverbrauch

Der erzeugte Strom wird vor Ort verbraucht. Das ist die wirtschaftlich effizienteste Form eine Solaranlage zu betreiben, denn der erzeugte Strom muss nicht mehr vom Stromanbieter gekauft werden. Für's Hadiko sind das ca. 18ct/kWh

Direktverbrauch

Eigenverbrauch ohne Zwischenspeicherung, also der Normalfall.

Netzeinspeisung

Wenn mehr Strom produziert wird, als verbraucht wird, wird der Überschuss in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Das gibt relativ wenig Geld. (ca 6ct)

Autarkie

Grad, wie viel von der Stromrechnung eingespart wird. (Erzeugte und auch verbrauchte Energie / Gesamtverbrauch an Energie)

Zu Beachten ist dass Stromerzeugung und Stromverbrauch normalerweise nicht gleichzeitig und gleichmäßig passieren. Es kommt beispielsweise vor, dass an einem Tag 100kWh Strom produziert wurde, 50kWh Strom verbraucht wurde, aber trotzdem 30kWh Strom dazugekauft werden musste, da dieser dann gebraucht wurde, als die Anlage nichts produziert hat. Der Eigenverbrauch(relativ) wäre in diesem Fall 50%, die Autarkie wäre 65%. (50kWh Erzeugt und auch verbraucht / 80kWh Gesamtverbrauch)

kWp

Kilowatt-Peak. Die maximale Leistung, die eine Solarzelle abgeben kann (wird in unseren Breiten praktisch nie erreicht)

Dimensionierung

Es gilt, eine Abwägung zwischen Komplexität, Investitionskosten und Gewinn zu treffen.

Reiner Direktverbrauch

PV Anlage in Variante "Reiner Direktverbrauch"

Es werden nur so viele Module verbaut, dass der erzeugte Strom in den allermeisten Situationen vollständig direkt zeitgleich vom Hadiko genutzt wird. Das heißt nicht, dass der Großteil des Energiebedarfs des HaDiKo's von der Solaranlage gedeckt wird. Nur wenn gleichzeitig ungewöhnlich hohe Sonneneinstrahlung und ungewöhnlich niedriger Strombedarf vorherrscht, wird ein Teil des erzeugten Stroms nicht genutzt werden können. Das ist "gut genug", denn um diese Verluste absolut auszuschließen, müsste man auf Panels verzichten, die 99% der Zeit nicht zum Stromüberschuss beitragen. Die Anlage würde damit deutlich weniger absolute Rendite bringen.

Hierfür böte es sich an, die Dachflächen des K3, K4, und K5's zu benutzen. Sie haben wenig Hindernisse und die Installation ist damit am einfachsten.

Vorteile

• geringe Amortisationszeit
• einfachere Planung, K3,K4 und K5 sind baugleich
• Keine Überschussstrom-Vermarktung notwendig, da kein Überstrom anfällt

Nachteile

• Ungenutzte Dachfläche, die keine Gewinne abwerfen kann

Die mit K2-Base berechnete Leistung für die Dächer K3,K4,K5 beträgt ca. 300kWP. Mit dem PV Rechner der Energieagentur NRW ergibt sich einen Eigenverbrauch von 97% und ein Autarkiegrad von 18%.

Ertragsmaximierung

PV Anlage in Variante "Ertragsmaximierung"

Hierbei werden alle freien Flächen ausgenutzt. Bei hoher Einstrahlung wird mehr Strom produziert, als das Hadiko verbraucht. Dieser Strom muss vermarktet werden, um ihn nicht zu verschwenden, oder ein ausreichend dimensionierter Stromspeicher muss beschafft werden. Allerdings bedeutet das einen Mehraufwand.

Vorteile

• Langfristig das günstigste
• höhere Investitionskosten

Nachteile

• Überschussstrom-Vermarktung notwendig (oder Strom unentgeltlich einspeisen)?
• Teile des K2 Dachs sind leicht begehbar. Vandalismus/Diebstahl der Panels ist über die Lebensdauer nicht auszuschließen

Die mit K2-Base berechnete maximale Leistung beträgt ca. 515kWP Mit dem PV Rechner der Energieagentur NRW ergibt sich einen Eigenverbrauch von 89% und ein Autarkiegrad von 29%.

Ertragsmaximierung mit Speicher

PV Anlage in Variante "Ertragsmaximierung mit Speicher"

Ein Stromspeicher (ein großer Akku) kann genutzt werden, um überschüssige elektrische Energie zu speichern. Speicher sind im Jahr 2021 noch sehr teuer und würden die Amortisationszeit der Anlage deutlich verzögern, werden allerdings schnell günstiger. Um 97% Eigenverbrauchsanteil zu erreichen ist ein Speicher von ca. 600kWh nötig. Damit kann das Hadiko etwa 4h bei durchschnittlichem Strombedarf betrieben werden.

Vorteile

• Weitere Senkung der Stromkosten
• Überbrückung von Stromausfällen möglich
• bei ausreichender Dimensionierung: keine Überschussstrom-Vermarktung notwendig
• Speicher können über automatisierten An- und Verkauf von Strom aus dem Netz zusätzliches Einkommen generieren

Nachteile

• kaum mehr Eigenverbrauch, da er in "Ertagsmaximierung" schon 89% erreicht
• deutlich höhere Investitionskosten
• Unterbringung des Speichers braucht Platz
• erhöhter Wartungsaufwand

Risikomanagement

Risiken

• Taubennester und deren Verschmutzung
• Sturm, Hagel
• Diebstahl, Vandalismus

Absicherung

• Versicherung
• nicht-Eigentumsanlage

Recht

Die Rechtslage ist ziemlich komplex. Eine Clearingstelle für das EEG kann gegen Geld (60ct/kWp) befragt werden.

Steuerliche Betrachtung

noch ein wGB? Verlust der Gemeinnützigkeit? Wie viele Steuern fallen an und was macht das mit der Ammortationszeit?

EEG-Umlage

Für den eigenverbrauchten Strom, den die Solaranlage erzeugt, muss EEG grundsätzlich Umlage gezahlt werden. Wenn der Strom allerdings im Rahmen einer Eigenversorgung verbraucht wird, fällt die EEG Umlage auf 40% ab.

Volleinspeisung

Die Anlage kann evtl. in 5 Teilen auf 5 Häusern á < 100kWp angemeldet werden, um die Vergütungschwelle nicht zu überschreiten.

Anlage als Eigenversorgung

Damit die Anlage als Eigenversorgung gilt, muss der Betreiber der Anlage personenidentisch mit dem Verbraucher sein. Dazu reicht es nicht, wenn das HaDiKo oder der Wohnheim e.V als Letztverbraucher fungiert. Die Bundesnetzagentur schreibt dazu sinngemäß: "Das einzelne Mitglied der Gesellschaft ist nicht identisch mit der Gesellschaft selbst."

Allerdings ist der Allgemeinstrom, der von der Gemeinschaft selbst verbraucht wird (Flurbeleuchtung, Kühlschränke, Aufzug, Bars, Sauna) Eigenversorgung.

Vorteile

• nur 40% der EEG Umlage muss gezahlt werden

Nachteile

• Die Hadiko Bewohner selbst müssen rechtlich Betreiber der Anlage sein, rechtliches Abenteuer

Mieterstrom über HaDiKo

Vorteile

• Mieterstromzuschlag: 2,37 ct/kWh

Nachteile

• Hoher Organisationsaufwand: HaDiKo wird zu Elektrizitätsversorgungsunternehmen nach EnWG

Mieterstrom über Drittanbieter

Die Stadtwerke Kalsruhe bieten den sog. Community-Strom an.. Sie kaufen den Strom der Solaranlage, kümmern sich um Inbetriebnahme, Betrieb, Wartung, Instandsetzung und Fernüberwachung und erlassen im Gegenzug den Strompreis.

Vorteile

• Mieterstromzuschlag(Seit EEG 21)
• Keinen Organisationsaufwand

Nachteile

• Reibungsverluste. Die Stadtwerke wollen auch verdienen.

Wirtschaftlichkeit bei Eigentumsanlage und Eigenversorgung

Grundsätzlich gilt für den Geldbeutel: Eigenverbrauch gut, Einspeisen schlecht. Jede kWh, die von der Anlage produziert wurde, muss nicht eingekauft werden. Strompreis für's Hadiko bei ca 18ct. Für eingespeisten Strom hingegen gibt es nur eine geringe Vergütung von ca. 6ct. Die Wirtschaftlichkeit der Ansätze wird mit dem PV Rechner der Energieagentur NRW simuliert. Die Ergebnisse basieren auf folgenden Eingaben:

• Strompreis: 18ct/kWh (konstant angenommen)
• Installationskosten: 850€/kWp
• Laufende kosten (z.B. Versicherung): 1% des Anlagenwerts pro Jahr
• Speicherkosten: 500€/kWh
• Lebensdauer des Speichers: 15 Jahre
• Kosten für Speicheraustausch: 50% des Erstpreises

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  Wirtschaftlichkeit im Szenario "Reiner Direktverbrauch"
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  Wirtschaftlichkeit im Szenario "Ertrag Maximieren"
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  Wirtschaftlichkeit im Szenario "Ertrag Maximieren + Speicher"

	Reiner Direktverbrauch	Ertrag Maximieren	Ertragsmax+Speicher
Investitionskosten	255.000€	440.000€	740.000€
Amortisationszeit	7 Jahre	7,5 Jahre	15 Jahre
Gewinn nach Amortisation	38 000€/Jahr	60 000€/Jahr	65 000€/Jahr

Finanzierung

Die KfW fördert den Bau von Photovoltaikanlagen mit attraktiven Krediten

Implementierung

Ost/West Anlage

Vergleich Erzeugungsprofil Ost/West vs Süd

Die meisten Solaranlagen an Hausdächern sind nach Süden ausgerichtet. Das erlaubt, den maximalen Ertrag pro Panelfläche zu generieren. Auf Flachdächern läuft man dabei in ein Problem: Die Panels verschatten sich bei schräg stehender Sonne gegenseitig und es müssen verschwenderische Abstände zwischen den Panels eingefügt werden. Anlagen die nach Osten und Westen ausgerichtet sind, erlauben es auf Flachdächern mehr Ertrag pro Dachfläche zu generieren, da sie fast lückenlos das Flachdach bedecken. Pro verbautem kWp liefern sie aber weniger etwas Ertrag als Süd-Anlagen. Das Strombedarfsprofil des HaDiKo's passt besser zu Ost/West Anlagen, als zu Süd Anlagen: Insbesondere morgens und abends gibt es viel Strombedarf.

Befestigung der Solarpanels auf dem Flachdach

Eine generisches Ost/West Flachdachsystem

Die Panels werden auf Metallkonstruktionen montiert und mit Steinen beschwert, damit sie nicht vom Wind weggetragen werden. Damit das funktioniert, müssen die Panels mindestens in 4er Gruppen zusammen stehen. Das bedeutet, dass ein kleines Hindernis (z.B. ein Pfosen) die Installation von 8m² Solarfläche verhindern kann.

In der folgenden Planung wurde die Software "K2 Base" verwendet, die bei Solateuren, die die Metallkonstruktionen von K2 verwenden, zum Einsatz kommt. Es gibt zwar andere Hersteller von Metallkonstruktionen, das Grundprinzip ändert sich dabei aber nicht.

Gebäude

PV Anlage in Variante "Eignung der Dachflächen nach Sonneneinstrahlung laut Solarkataster Karlsruhe "

Modulgröße: 2094x1038mm

K1

Bietet Platz für ca. 236 Module, ca. 105kWp. Relativ verschattet, da umliegende Bäume höher

Im Weg: Dachfenster,...

K2

Bietet Platz für ca. 224 Module, ca. 100kWp. Im Weg: Dachfenster, Fallschutz-Ankerpunkte

K3/4/5

Bieten Platz für ca. 228 Module ca. 100kWp. Im Weg: Sattelitenschüsseln, Badezimmerentlüftungen,..

DB

Bietet Platz für ca. 26 Module ca. 11kWp Im Weg: nichts(?)

Ideensammlung

Eigenverbrauch erhöhen

• Ladesäulen für E-Autos

Bauliche Maßnahmen

• Demonatage und Remontage von Sattelitenschüsseln?