Solare Energie
Wirtschaftliche Nutzung & Speicherung
Direkte Warmwasserbereitung mit PV
Für die Betreiber von Photovoltaikanlagen stand aus Renditeüberlegungen bisher die Netzeinspeisung im Vordergrund. Doch in letzter Zeit rücken auch andere Überlegungen in das Blickfeld der Anlagenbetreiber. Das Thema Batteriespeicher für Solarstrom hat Hochkonjunktur und der Nutzungscharakter der PV-Anlagen ändert sich: Sie wandeln sich vom Renditeobjekt zum Energiekostendämpfer. Dafür gibt es zwei Gründe: PV-Strom ist günstiger geworden, weil die Kosten für PV-Anlagen deutlich gesunken sind. Zudem ist die Einspeisevergütung deutlich unter die Tarife für Bezugsstrom gefallen. Auch in den kommenden Monaten wird die Einspeisevergütung weiter gekürzt. Daher werden Konzepte benötigt, die die Nutzung solarer Energie auch außerhalb des EEG attraktiv machen.
Für eine Photovoltaikanlage mit 5 kWp, die im Jahr 2005 gebaut und ans Netz angeschlossen wurde, musste der Besitzer eines Einfamilienhauses rund 25 000 € investieren. Doch diese Investition lohnte, denn er bekam durch das EEG pro eingespeiste kWh rund 54,5 Cent gezahlt. Für eine heute installierte PV-Anlage, die im August 2013 ans Netz angeschlossen wird, bekommt der Einfamilienhausbesitzer pro eingespeister kWh noch rund 14,8 Cent vergütet und die Stromgestehungskosten liegen nur unwesentlich darunter. Eine Renditeerwirtschaftung wird damit immer schwieriger. Stellt man dem die derzeitigen Kosten für netzbezogenen Strom gegenüber, liegen wir heute schon in vielen Bereichen unter den Bezugskosten. Mit der „Grid Parity“ ist es also wirtschaftlicher, den eigenen Strom zu nutzen, weil das günstiger ist, als Strom zu kaufen.
In den letzten Jahren sind nicht nur die Stromgestehungskosten deutlich gesunken. Heute kann man auch auf eine große Erfahrung mit Photovoltaik bauen und in Photovoltaikanlagen steckt bewährte und wartungsarme Technik.
Die Nutzung von Photovoltaik außerhalb des EEG
Um Photovoltaik wirklich für jedermann attraktiv zu machen, gibt es weiteres Optimierungspotential. So sollte ein Einstieg in die Photovoltaik zukünftig auch mit geringem Budget möglich sein. Ebenso sollten weitere etwaige Hürden herabgesetzt werden. Ein Beispiel hierfür ist die Reduzierung des bürokratischen Aufwandes. Für den Netzanschluss müssen heute einige administrative Aufgaben wie bspw. die Netzanmeldung und die Berücksichtigung bei der Steuererklärung gemeistert werden.
Auch das EEG birgt mögliche Hürden wie z.B. konkrete Anforderungen an den Standort und die Auslegung der Photovoltaik-Anlage. Laut EEG werden nur Aufdachanlagen vergütet, Freifeldanlagen unterliegen besonderen Regularien, die aber die wenigsten privaten Gärten erfüllen. Um Photovoltaik einer breiten Masse zugänglich zu machen, bedarf es daher weiterer innovativer Konzepte zur Nutzung außerhalb des EEG.
Warmwassererzeugung mit PV
Diese Aspekte wurden in einem innovativen Konzept zur Warmwasserbereitung mit Photovoltaik berücksichtigt. Vor allem durch die stark steigenden Energiekosten wie Öl und Gas und die gefallenen Materialkosten der PV stellt heute die Erzeugung von Wärme durch Photovoltaik eine wirtschaftliche Lösung dar. Der „PV Heater“ von Refusol (www.refusol.com) bringt die langjährige Erfahrung der Photovoltaik in das neue Segment der solaren Warmwassererzeugung – unabhängig von Einspeisetarifen und Netzanschlüssen.
Dabei wird die vom PV-Modul generierte Energie mit einem elektrischen Wirkungsgrad von mehr als 99 % zur Warmwasserbereitung umgesetzt.
Der von den Modulen erzeugte Gleichstrom wird ohne Umweg über einen Wechselrichter direkt in ein Heizelement eingespeist und in Nutzwärme umgewandelt. Somit entfällt eine Netzanmeldung beim EVU. Die Kosten liegen mit 5 bis 10 Cent/kWh unter denen fossiler Energieträger wie Gas oder Öl. Es ist so wirtschaftlicher, die eigene aus Strom erzeugte Wärme zu nutzen anstatt Öl zu verheizen. Doch es ist nicht nur wirtschaftlicher sondern auch ökologisch sinnvoll.
Flexible Modulmontage
Der „PV Heater“ besteht aus einem Heizelement und einer Steuerung. Durch drei integrierte MPP-Tracker können sechs bis zwölf Module flexibel auf dem Dach, der Garage oder der Fassade angebracht werden. Es können nahezu alle Flächen belegt und Teilverschattungen berücksichtigt werden. Ebenso kann Platz genutzt werden, der für eine herkömmliche Photovoltaik-Anlage bisher nicht wirtschaftlich war oder aus Sicht des EEG nicht gefördert wird. Bisher freigelassene Teile des Daches können mit Modulen belegt werden und es ergibt sich ein ästhetisches Gesamtbild. Die Anlage wird also perfekt auf die Kundenbedürfnisse angepasst: Um bspw. die Heizung im Sommer komplett auszuschalten und die Bereitstellungsverluste sowie schlechten Teillastwirkungsgrade des Kessels zu reduzieren, werden dreimal drei parallel verschaltete Module à 250 Wp mit optimaler Ausrichtung montiert. Diese bringen ca. 2250 kWh Ertrag im Jahr.
Die gleiche Anlage als Fassadenmontage bringt hingegen 1600 kWh, und erzeugt in den Übergangszeiten im Vergleich mehr Wärme.
Wichtig für die wirtschaftliche Dimensionierung des gesamten Systems ist der im besten Fall vorhandene Speicher. Stehen hier, wie bei Ölheizungen meist üblich, nur 300 l Volumen zur Verfügung und sollen diese nur bis auf 40 °C und nicht bis zur Sicherheitsabschaltung von 95 °C aufgeheizt werden, um die durch hohe Temperaturen begünstigen Verkalkungen zu vermindern, so können rund 2000 kWh der solaren Erträge genutzt werden (auf Legionellenschutz ist zu achten). Bei Fassadenmontage können sogar die gesamten Erträge genutzt werden. Auf diesen Wert haben auch der tägliche Warmwasserbedarf und dessen Temperaturniveau großen Einfluss, der in beiden Beispielen mit 240 l (ca. 4 Personen) und 35 °C angenommen wurde.
Die Photovoltaikanlage und der „PV Heater“ schaffen in der beschriebenen Konfiguration eine solare Abdeckung der Warmwasserbereitung von 72 % bzw. 58 % bei Fassadenanlagen im Jahr. Bei einem ca. zwölf Jahre alten 12 kW Ölkessel spart dies rund 340 l Öl/Jahr bzw. 300 l/Jahr bei Fassadeninstallation ein, und das für die nächsten 25 Jahre.
Die Aufdachanlage mit optimaler Ausrichtung stellt in unserem Beispiel die wirtschaftlichste Lösung dar. Möchte man hingegen keine einzige kWh der Sonnenergie verschenken, so kann man dies bspw. durch Reduzierung der Anlagengröße auf sieben Module erreichen. Dabei können immer noch 64 % der Warmwasserbereitung solar abgedeckt werden.
Durch die drei integrierten MPP-Tracker können nicht nur unterschiedliche Ausrichtungen und Neigungen installiert, es können sogar unterschiedliche Module genutzt werden. Dies kann sinnvoll sein, wenn teilweise gebrauchte Module, unterschiedliche Technologien oder Restbestände verwendet werden.
Sicherheit & Wartungsfreiheit
Die Modulverschaltung erfolgt auf sicherer Niedervoltebene <50 VDC. Daher kann gänzlich auf einen Schutz gegen Berühren verzichtet werden. Dies sorgt für Sicherheit. Genauso wie die Einfehlersicherheit der Elektronik sowie integrierte Temperatursensoren, die bei 95 °C abregeln. Für die Ausnutzung des maximalen Energiespeichervermögens ist eine Einbaulage möglichst weit unten im Heizungswasserspeicher bzw. Trinkwasserspeicher sinnvoll. Für viele Trinkwasserspeicher ist auch eine Flanschplatte für die Revisionsöffnung mit 1 ½ Zoll Innengewinde erhältlich, um eine tiefe Einbaulage zu erreichen.
Die Elektronikeinheit kann anschließend ganz einfach aufgesetzt und mit den Kabeln des Heizsstabs bzw. der PV-Module verbunden werden. Anschließend wird das Gehäuse festgeschraubt. Man benötigt lediglich einen Kreuzschlitz-Schraubendreher, eine Zange und einen Seitenschneider. Der „PV Heater“ ist für die Nachrüstung geeignet. Im Gegensatz zu anderen Technologien zur solaren Warmwassererzeugung werden weder Installationsschächte für Rohre oder Pumpengruppen benötigt, noch müssen Rohre speziell isoliert werden. Die benötigten Kabel lassen sich einfach verlegen und haben zudem weniger Verlustleistung.
Monitoring
Einsparungen und Auswertungen der erzeugten Energie und Wärme können jederzeit tagesaktuell über das Online-Monitoring-Tool „Refulog“ oder die kostenlose „Refulog App“ abgerufen werden. So hat der Anlagenbesitzer seine solare Warmwassererzeugung immer im Blick und weiß bestenfalls, wann der günstigste Zeitpunkt zum Duschen ist.
