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Unsere Photovoltaik-Anlage

(elkement. Zuletzt geändert: 2015-06-03. Erstellt: 2015-06-02. Tags: Photovoltaik, Solarenergie, PV, Sonnenenergie, Strom, Wechselrichter, Logging, Feuerwehrschalter)

Ein Ökofreak in Österreich oder Deutschland sollte eine haben, oder?

Ich muss zugeben, unsere Argumente waren eher ökonomisch.

Wirtschaftlichkeit

Seit unserem Dachbodenumbau haben wir mit dem Gedanken gespielt: die oberen Dachflächen unseres Mansardendaches haben auch zufällig die optimalen 30° Neigung. Nachdem die Modulpreise seit Jahren sinken und mittlerweile Wechselrichter und Installation schon einen größeren Teil der Kosten ausmachen, haben wir die Anlage im Frühling 2015 endlich errichten lassen.

Unsere Überschlagsrechnung:

  • Typische Kosten in Österreich für eine fertig installierte Anlage inklusive Wechselrichter: € 2.000 / kWp
  • Auf unsere Dachflächen passen ca. 5kW, also: € 10.000 Gesamtkosten.
  • Die Dächer sind nach Süd-Ost und Süd-West ausgerichtet. Das Tool PVGIS liefert 5300 kWh Jahresertrag.
  • Wir rechnen eigentlich mit eine mehr als durchschnittlichen Eigenverbrauch durch den Bürobetrieb und die Wärmepumpe. Unser Jahresstromverbrauch beträgt ca. 7.300 kWh, davon ist ca. die Hälfte der normale Haushalts-/Bürostrom, und die andere Hälfte braucht die Wärmepumpe. Im schlechtesten Fall können wir sicher mit dieser im Vergleich zum Verbrauch gar nicht so großen Anlage immer noch mit ca. 25% Eigenverbrauchsquote rechnen (nach Auslegungsdiagrammen von SMA).
  • Wir zahlen pro kWh - Energie plus Netz plus diverse Abgaben auf kWh umgerechnet - ca. € 0,19. Wir bekommen magere € 0,06 pro eingespeisten kWh. D.h. Gewinn wird in erster Linie erzielt durch die Einsparungen der sonst anfallenden Stromkosten:
    - Bei 25% Eigenverbrauch von 5300 kW sparen wir € 252
    - Dazu kommt die Einspeisevergütung für die restlichen 75%: Immerhin doch auch € 239
  • In Summe also fast € 500 oder 5% vom Kaufpreis.
  • Die Kosten werden oft € 100 - € 200 für Versicherung und Reinigung angegeben. In unserem Fall war das Update zur bestehenden Eigenheimversicherung sehr, sehr deutlich darunter (soweit aus mehreren Änderungen an der Versicherung herausrechenbar.)

Anlagendaten

Diese beiden Dachflächen - nach SO und SW orientiert - wurden möglichst gut ausgenutzt, aber mit dem Ziel unter 5 kWp zu bleiben - damit bleibt die Errichtung der Anlage nach der Burgenländischen Bauordnung ein geringfügiges Bauvorhaben.

Google-Maps-Plan mit eingezeichneten Modulen

Module und Strings

  • Um die Fläche gut auszunutzen, wurden monokristalline Module mit je 265 Wp Leistung gewählt (aus optischen Gründen: schwarze.)
  • Da die Flächen unterschiedlich beleuchtet werden, wird ein String pro Fläche gebildet.

Wechselrichter und Logging

  • Unterschiedliche Anzahl von Modulen pro String --> der Wechselrichter muss zwei MPP-Eingänge haben.
  • Unbedingt nötig (subjektive Anforderung der Messtechnik-Freaks): Lokaler Zugriff auf die eigenen Loggingdaten - auch ohne Portal, Logging im Abstand einiger Minuten.

Nachdem wir vorerst doch noch keine Batterie planen, wird es es dreiphasiger 4,5-kW-Wechselrichter (Fronius Symo), der unter anderem sein Logfile man als CSV-File auf einen USB-Stick schreibt.

Batterie?

Natürlich ein aktuelles Thema nach den Ankündigungen von Tesla!

Mit den veröffentlichen Kosten (Einkaufspreise für Anlagenanbieter!!) von  $ 3.000 für eine 7-kWh-Batterie zur Eigenverbrauchsoptimierung rücken Li-Ionen-Batterien preislich in die Nähe von Blei-Gel-Batterien.

  • Der zusätzliche 'Gewinn' durch eine Batterie ergibt sich aus dem Unterschied zwischen Stromkosten und Einspeisetarif für jene kWh, die sich durch die Batterie zusätzlich verschieben lassen - d.h. Strom den man über die oben angeführten ca. 25% hinaus selbst verbrauchen kann.
  • Je mehr Strom man auch ohne Batterie schon untertags verbrauchen kann, umso geringer ist der Zusatzgewinn durch die Batterie.
  • Wenn wir die Angaben von SMA als Richtwerte nehmen, könnten wir bei einer Anlage unserer Größe und einer 8kWh-Batterie den Eigenverbrauch von 25% auf etwas über 40% steigern.
  • Der theoretische Höchstwert von [PV-Jahresenergielieferung] / [Stromverbrauch] kann nie erreicht werden, da im Winter der Tagesverbrauch deutlich über der PV-Lieferung liegt. Die PV-Anlage liefert im Dezember einige  kWh, die Wärmepumpe benötigt z.B. an seinem sehr kalten Tag ~35 kWh (140kWh Heizenergie bei einer Tagesarbeitszahl von 4).
  • Insgesamt ergibt sich ein zusätzlicher Gewinn von jährlich € 150 - € 300. Damit wäre eine 3000-Euro-Batterie ca. am Ende ihres Lebens amortisiert (Das ist noch keine exakte Investitionsrechnung bzw. gilt für sehr niedrige Steigerungsraten von Preisen und einem sehr niedrigen internen Zinsfuß).

Ein zusätzliches Argument für eine Batterie wäre eine Notstromversorgung. Gegen diese haben wir uns vorerst aus diesen Gründen entschieden:

  • In Österreich beträgt die statistische Dauer eines Stromausfalls pro Kunde weniger als eine Stunde im Jahr - an unserem Standort aus Erfahrung eher weniger.
  • Gerade im Winter, wenn der Strom besonders dringend benötigt würde, liefert die PV-Anlage ohnehin zu wenig Energie, um die Batterie überhaupt voll zu bekommen.
  • Für den Notbetrieb müssen Vorkehrungen getroffen werden, welche Geräte gleichzeitig am - nun vom Wechselrichter anstelle des Netzes 'betriebenen' - Wechselstromnetz laufen dürfen. Die AC-Output-Leistungen von Inselwechselrichtungen scheinen deutlich kleiner als die DC-Eingangsleistungen zu sein - bei 3 kW kann es schon eng werden mit einem starken Verbraucher.
  • Für die Überbrückung kurzer Stromausfälle und den sicheren Betrieb der wichtigsten Elektronik und Computer (Server, Switch, Router,..) reicht auch eine USV. Diese haben wir schon lange, da vor vielen Jahren pünktlich jeden Tag um 16:00 das Netz ganz kurz unterbrochen wurde.

Sicherheitseinrichtungen

Der Wechselrichter hat AC-  und DC-Trennschalter, zusätzlich gibt es einen separaten Überspannungsableiter. Wir haben außerdem die Gelegenheit genutzt, den noch nicht vorhandenen Blitzschutznachrüsten zu lassen.

Ob und wann der Feuerwehrschalter jetzt wirklich Pflicht wird, ist nicht ganz so einfach festzustellen. Momentan ist er es nicht nicht - wir haben ihn trotzdem einbauen lassen mit folgenden überraschenden Erkenntnissen:

  • Eigentlich sind es zwei Schalter: einer unten in der Nähe von Wechselrichter und Zählerkasten, einer am Dach in der Nähe der Module.
  • Schaltet man einen aus, muss man auch den anderen manuell wieder einschalten.
  • Bei einem Stromausfall wird er automatisch ausgeschaltet.
  • Erkenntnis: Auch wenn Stromausfälle sehr selten sind, sollte man den Schalter oben erreichbar anbringen. 'Normalerweise' am Dachboden, über der 'Zwischendecke'. Mangels Dachboden prangt er aber nun an der Decke.
  • Den 16:00-Spannungsabfall gibt es immer noch - der ist aber mittlerweile so gering, dass weder Computer ohne USV noch dieser Schalter davon beeinträchtigt wird.

Feuerwehrschalter

Monitoring und Zähler

Wir haben einen Zweirichtungszähler erhalten, der an sich ein Smart Meter ist (Siemens AMIS), aber mangels Anbindung an die Zentrale noch nicht als solches funktioniert. Für die Messung des Eigenverbrauches und das Verfolgen von Lastspitzen haben wir folgende Möglichkeiten in Erwägung gezogen:

  • Einbau eines zusätzlichen M-Bus-Moduls und Anbindung an unsere Steuerung (UVR1611) über einen M-Bus-Konverter. Scheitert an:
    • Das M-Bus-Modul von Siemens ist nicht mehr erhältlich.
    • Der Bus-Konverter kann nicht für elektrische Zähler verwendet werden.
  • Der Siemens-Zähler verfügt über eine standarisierte IR-Schnittstelle (OBIS / DLMS), die auch für Servicezwecke verwendet wird. Andere Netzbetreiber bieten mittlerweile diese auch als die vom Regulator geforderte unidirektionale Kundenschnittstelle an. Für den Zugriff wird ein IR-Lesekopf benötigt und ein Geräte, dass dieses Protokoll spricht - eine Lösung dafür ist von Loxone erhältlich. Das individuelle Kundenpasswort für den Zähler würden wir erhalten. Die Einbindung in das eigene Logging könnte durch das Erstellen des Logfiles auf dem Loxone-Miniserver erfolgen (und anschließenden Import der CSV-Datei - für die Daten vom Wechselrichter läuft es ja ähnlich) oder - eventuell! - durch KNX-Kommunikation zwischen UVR1611 und Loxone.
  • Der Wechselrichter unterstützt die Einbindung (s)eines Smart Meters zur Messung des Verbrauchs, installiert 'hinter' dem Zähler des Netzbetreibers. Damit wären die Eigenverbrauchsdaten im Logging des PV-Wechselrichters verfügbar (pro Phase, mit 5-Minuten-Auflösung).
  • Ein Smart Meter kann man auch unabhängig von den anderen Komponenten beschaffen  und direkt hinter dem offiziellen Zähler installieren lassen. Je nach Typ werden folgende Funktionen unterstützt:
    • Lokales Zwischenspeicherung auf dem Zähler, der auch ein Logger ist.
    • Abholen der Daten über LAN oder WLAN.
    • Echtzeitloggen vom Zähler über MODBUS oder MODBUS TCP.

Für Details zu Zählern und den Schnittstellen siehe die hier zusammengestellten Links.

Wir haben uns jetzt für ein eigenes Smart Meter mit Logger-Funktion und WLAN entschieden (EM210 von TQ-Systems) aufgrund folgender Funktionen:

  • Minimierung zusätzlicher Kabelverbindungen.
  • Logger-Funktion - damit muss das WLAN auch nicht permanent aktiv sein. EM300 aus der gleichen Serie würde zwar Echtzeit-Loggen ermöglichen über MODBUS, MODBUS TCP, oder über ein simples Webinterface, allerdings hat der gewählte Zähler ein benutzerfreundliches Webinterface, über das man 'Ad-Hoc-Messungen' machen kann (und das wahrscheinlich auch ggf. das automatisierte Abgreifen der Daten ermöglicht - für das Webinterface des Wechselrichters war das relativ einfach über Powershell möglich)
  • Erzeugung einer CSV-Datei, ohne sich zuerst in die Programmierung einer anderen Lösung einzuarbeiten (Loxone).
  • Zusatzoption: Verfolgen von Spitzen in Echtzeit über das Webinterface des Loggers.

Weitere Informationen

Die Geschichte der Anlage und ihrer Konfiguration kann man - in hoffentlich unterhaltsamerer Form - auch auf unserem Blog nachlesen.

PV-Anlage, Module auf SO-Dach

Persönliche Website von Elke Stangl, Zagersdorf, Österreich, c/o punktwissen.
elkement [ät] subversiv [dot] at. Kontakt