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 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 2013 einen Stromverbrauch von 1294kWh pro Kopf. Mit ca. 1000 Bewohnern ergibt sich ein Stromverbrauch von ca 1300MWh pro Jahr.

Ansätze

Zu erwähnen ist, dass Stromerzeugung und Stromverbrauch zeitlich entkoppelt sind. Da in diesem Modell nicht von einem Speicher ausgegangen wird, kommt es 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.

Reiner Direktverbrauch

PV Anlage in Variante "Reiner Direktverbrauch"

Es werden nur so viele Module verbaut, dass der erzeugte Strom in den allermeisten Situationen vollständig vom Hadiko genutzt wird. Das heißt nicht, dass der Großteil des Energiebedarfs des HaDiKo's von der Anlage 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
• 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.

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
• erhöhter Wartungsaufwand

Wirtschaftlichkeit

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
• Installtationskosten: 850€/kWp
• Laufende kosten (z.B. Versicherung): 1% des Anlagenwerts pro Jahr

• 
  Wirtschaftlichkeit im Szenario "Eigenbedarf Decken"
• 
  Wirtschaftlichkeit im Szenario "Ertrag Maximieren"

	Reiner Direktverbrauch	Ertrag Maximieren
Investitionskosten	255.000€	440.000€
Amortisationszeit	7 Jahre	7,5 Jahre
Gewinn nach Amortisation	38 000€/Jahr	60 000€/Jahr

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

Modulgröße: 2094x1038mm

K1

• Bietet Platz für ca. 236 Module, ca. 105kWp.

Im Weg: Dachfenster?,..?

K2

• Bietet Platz für ca. 224 Module, ca. 100kWp.

Im Weg: Dachfenster?,..?

K3/4/5

• Bieten Platz für ca. 228 Module ca. 100kWp.

Im Weg: Sattelitenschüsseln,..?

DB

• Bietet Platz für ca. 26 Module ca. 11kWp

Im Weg: nichts(?)