Voraussetzungen und Dimensionierung

Dachtypen/Statik Ausrichtung

Für die Installation von Photovoltaikanlagen sind nahezu alle Dachtypen geeignet. Am einfachsten ist die Installation auf Flachdächern sowie Schrägdächern mit Trapezblecheindeckung. Da die Photovoltaikanlage mehrere Jahrzehnte auf den Dächern verbleiben wird, sollte der Zustand des Daches vor der Installation geprüft werden, damit Schäden ausgebessert werden können. Ist eine Dachsanierung kurzfristig in Planung, bietet diese Maßnahme einen sinnvollen Zeitpunkt für die parallele Installation einer PV-Anlage, da z. B. eine Einrüstung des Gebäudes bereits vorhanden ist und von den Installateuren genutzt werden kann. Neben Dächern sind prinzipiell auch Fassaden für die Installation von Photovoltaikmodulen geeignet. Diese Variante kommt allerdings eher im Neubau in Frage.

Neigung/Ausrichtung

  • Geeignet:
    • Flachdächer (Neigung = 0°),
    • Schrägdächer aller Ausrichtungen mit geringer Neigung (Neigung < 15°),
    • Schrägdächer in Ausrichtung O/W mit moderater Neigung (Neigung < 40°)
    • Sheddächer in südlicher Ausrichtung
    • Fassaden in südlicher Ausrichtung
  • Weniger geeignet:
    • Sheddächer, die nicht in südliche Richtung ausgerichtet sind
    • Schrägdächer in Ausrichtung Nord mit einer Neigung > 15° scheiden für eine Belegung mit Modulen in den meisten Fällen aus.
    • Flachdächer mit einer großen Anzahl an Hindernissen (Verrohrung, Klimatisierung, Dachkuppeln, Verglasung, Schornsteine)

Statik

Photovoltaikanlagen bringen zusätzliche Dachlasten mit sich. Aus diesem Grund muss im Vorfeld ggf. durch einen Statiker geprüft werden, ob das Dach genügend Traglastreserven aufweist. Durch das Eigengewicht der Module und der Unterkonstruktion entstehen neue Flächenlasten. Zudem können bei windigem Wetter Druck- und Sogkräfte auf die Module und das Dach wirken. Hierzu kann die Unterkonstruktion mit Gewichten künstlich beschwert werden, um ein Abheben der Module zu verhindern.

Je steiler die Module aufgeständert werden, desto umfangreicher muss die Ballastierung ausfallen - es sei denn, die Unterkonstruktion kann im Dach mechanisch verankert werden. Um die Dachlasten zu minimieren, wird daher meist auf eine flache Aufständerung (Neigung < 10 °) zurückgegriffen, um auftretende Druck- und Sogkräfte zu reduzieren. Die Zusatzbelastung einer modernen PV-Anlage beträgt heutzutage nur noch 13 bis 20 kg/m². Bei sehr knappen Lastreserven kann darüber hinaus auf besonders leichte PV-Module zurückgegriffen werden. Zudem können die Modul- bzw. Reihenabstände vergrößert werden, um die Flächenlast besser zu verteilen bzw. insgesamt weiter zu reduzieren. Diese Maßnahmen ermöglichen daher die Installation einer PV-Anlage auf Dächern, die bisher aus statischer Sicht nicht geeignet waren. Bei Schrägdächern spielt die Statik meist eine untergeordnete Rolle, da die Unterkonstruktion mit den Modulen in der Dachkonstruktion verschraubt wird. In schneereichen Gebieten sollte aber auch hier die Traglastreserve geprüft werden.

Da im gewerblichen Kontext sehr oft Flachdächer vorhanden sind, stellen flach aufgeständerte Photovoltaikanlagen (Neigung ca. 10°) in Ost-West Ausrichtung einen sinnvollen Kompromiss in Bezug auf Flächeneffizienz, Ertrag, Ertragsverlauf, Kosten und statischer Eignung dar.

Größe und Leistung einer PV-Anlage

Es gibt unterschiedliche Herangehensweisen, eine Photovoltaikanlage zu dimensionieren. Ein Ansatz ist, den Strombedarf des Unternehmens für die Bestimmung der Anlagenleistung heranzuziehen. Hierbei gilt für NRW die Daumenregel „1,2 kWp pro 1 MWh Stromverbrauch“. Allerdings sollten auch die Leistungsgrenzen, die durch das EEG und die TAR (technische Anschlussregeln) vorgegeben sind, mit in die Dimensionierungsentscheidung einfließen. Zudem ist die geeignete Dachfläche unter Umständen zu gering oder deutlich größer als notwendig. Auf Flachdächern sind ca. 7 m² Dachfläche pro kWp erforderlich. Für Schrägdächer liegt der Wert bei ca. 5 m² pro kWp. Diese Werte können je nach Modulneigung und Modulleistung nach oben und unten abweichen. Auch der Netzbetreiber muss letztlich zustimmen, ob sich die installierte Leistung in die bestehende Infrastruktur integrieren lässt und ohne weitere Maßnahmen in der gewünschten Dimensionierung realisiert werden kann.

Da die Stromgestehungskosten mit der Anlagengröße sinken, bietet es sich in den meisten Fällen an, die vorhandene bzw. geeignete Dachfläche maximal auszunutzen und die Anlage knapp unter oder deutlich über den Grenzwerten des EEGs bzw. der TAR auszulegen. Übliche Anlagengrößen im Rahmen des EEG sind daher 30 kWp, 99 kWp, 300 kWp und 750 kWp.

Beispiel: Für ein Unternehmen mit 100.000 kWh Stromverbrauch pro Jahr und einer Dachfläche von 4.500 m², bieten sich folgende Anlagengrößen an:

  • 99 kWp: leichte Unterdimensionierung, keine Direktvermarktung.
  • 134 kWp: leichte Überdimensionierung, Direktvermarktung, kein Anlagenzertifikat notwendig.
  • 300 kWp: deutliche Überdimensionierung, Direktvermarktung, Anlagenzertifikat notwendig, hoher kumulierter Cashflow über 20 Jahre, keine Wahl hinsichtlich der Vergütungsvarianten notwendig

Wenn die Dachfläche bspw. auch die Installation einer PV-Anlage mit bis zu 600 kWp zulässt: Aufgrund der Überschreitung der 300-kWp Grenze muss in diesem Fall zwischen den folgenden Varianten gewählt werden (ab 1.4.2021):

  • Variante 1: Für das Anlagensegment über 300 kWp wird an der EEG-Ausschreibung teilgenommen. Für dieses Segment ist dann kein Eigenverbrauch möglich.
  • Variante 2: Der Anlagenbetreiber erhält nur für 50 % des eingespeisten Stroms der Gesamtanlage eine Markprämie.

Wird Variante 1 gewählt, kann der Strom aus dem in der Ausschreibung befindlichen Anlagensegment nicht vor Ort genutzt werden, d. h. Einsparungen durch den Eigenverbrauch sind hier nicht möglich. Die Wirtschaftlichkeit des zweiten Anlagensegments bemisst sich daher rein an dem im Rahmen der Ausschreibung gebotenen anzulegenden Wert.

In Variante 2 kann der Strom vor Ort genutzt werden. Aufgrund der erheblichen Anlagengröße dürfte es bei vielen Unternehmen der Fall sein, dass mehr als 50 Prozent der erzeugten Strommenge eingespeist wird und der Betreiber für diese Menge neben den Einnahmen des privatwirtschaftlichen Stromverkaufs keine Förderung (Marktprämie) erhält.

Aufgrund der in den letzten Monaten stark gestiegenen Börsenstrompreise kann die Direktvermarktung von Solarstrom auch ohne Marktprämie sehr attraktiv sein. In den ersten drei Monaten des Jahres 2022 waren Einnahmen zwischen 11,9 ct und 20,7 ct pro Kilowattstunde eingespeisten Solarstroms möglich.

Es ist daher mittlerweile wirtschaftlich sehr sinnvoll, die PV-Anlage möglichst groß zu dimensionieren und den überschüssigen Solarstrom via Direktvermarktung einzuspeisen. Auch für kleine PV-Anlagen ohne Direktvermarktungspflicht (d. h. Anlagen < 100 kWp) und mit moderatem Eigenverbrauch sollte darüber nachgedacht werden, die Anlagen fernsteuerbar auszustatten, sodass eine Direktvermarktung mittels eines Dienstleisters möglich ist. Denn laut EEG besteht für alle PV-Anlagenbetreiber < 100 kWp die Möglichkeit, monatlich zwischen geförderter Einspeisung und ungeförderter Direktvermarktung zu wechseln.

LANUV-Solarkataster

Wer sich in Bezug auf das Photovoltaik-Potenzial detaillierte Daten zur eigenen Liegenschaft anschauen möchte, der kann das Solarkataster des Landesamts für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (LANUV NRW) ausprobieren (Link). Dort erhalten Interessierte Informationen zur solaren Dachneigung sowie genauere Angaben zur möglichen Anlagenleistung. Mithilfe der Tools lassen sich mit wenigen Eingaben die Eigenverbrauchsquote sowie die zu erwartende Wirtschaftlichkeit berechnen.

Gesetzliche Vorgaben

Im Zuge einer Photovoltaik-Projektumsetzung sind sowohl aus planungsrechtlicher als auch technischer Sicht gesetzliche Vorgaben zu berücksichtigen. Für eine Aufdach-Photovoltaik ist in der Regel keine Baugenehmigung erforderlich. Ausnahmen können bei PV-Anlagen auf denkmalgeschützen Gebäuden, Fassaden-PV-Anlagen oder bauwerkintegrierten PV-Anlagen (z. B. im Rahmen einer Überkopfverglasung) bestehen. Die Bauordnung für das Land Nordrhein-Westfalen (BauO NRW) liefert hierzu wichtige Informationen zu Sonderfällen der Genehmigungsfreiheit und möglicher weiterer Verfahren (z. B. Anzeigeverfahren).

Möglichst früh im Planungsprozess sollte zudem eine „Anfrage zum Anschluss einer Eigenerzeugungsanlage“ beim zuständigen Netzbetreiber gestellt werden (Netzverträglichkeitsprüfung). Hierbei wird vom Netzbetreiber geprüft, welche Anlagenleistung unter welchen Voraussetzungen an das öffentliche Stromnetz angeschlossen werden kann.

Auch die technischen Anschlussbedingungen bzw. die VDE-Anwendungsregeln können Einfluss auf die Planung bzw. Anlagendimensionierung haben, da bei einer Überschreitung bestimmter Leistungswerte die Installation zusätzlicher Hardware bzw. die Zertifizierung der PV-Anlage notwendig wird. Die damit verbundenen höheren Installationskosten haben entsprechend Einfluss auch auf die Wirtschaftlichkeit der Investition.

  • Bis 25 kW installierter PV-Leistung ist die maximale Einspeiseleistung am Netzanschlusspunkt auf 70 Prozent zu begrenzen (sog. 70-%-Regel). Alternativ kann auch ein Funkrundsteuerempfänger (FRSE) installiert werden.
  • Ab 25 kW installierter PV-Leistung ist eine Fernsteuerung durch den Netzbetreiber zu ermöglichen (z. B. mittels FRSE)
  • Ab 30 kW Wirkleistung des Wechselrichters ist ein NA-Schutz vorzusehen
  • Ab 30 kW installierter PV-Leistung erfolgt in der Regel eine halbindirekte Messung des Stroms (Wandlermessung)
  • Ab 100 kW installierter PV-Leistung erfolgt eine registrierende Leistungsmessung. Zudem ist eine Fernwirktechnik für die Kommunikation mit einem Dienstleister zur Direktvermarktung zu verbauen (Fernwirktechnik optional für Anlagen kleiner 100 kW).
  • Ab 135 kW Wirkleistung des Wechselrichters ist ein Anlagenzertifikat B erforderlich.*
  • Ab 270 kW installierter PV-Leistung muss in der Regel in Absprache mit dem zuständigen Netzbetreiber geprüft werden, ob eine Trafostation errichtet werden muss.

*Im Rahmen des Anlagenzertifikats B wird für Erzeugungsanlagen zwischen 135 und 950 kW nachgewiesen, dass die Elektroplanung netzkonform erfolgt ist und bestehenden gesetzlichen Forderungen entspricht. Bewertet wird auf Basis der technischen Anlagendokumente und bildet letztlich den Soll-Zustand der PV-Anlage ab. Das Zertifikat wird von einer nach DIN EN ISO/IEC 17065 akkreditierten Zertifizierungsstelle ausgegeben und einige Wochen vor der Inbetriebnahme dem Netzbetreiber vorgelegt. Erst nach erfolgreicher Zertifizierung kann die PV-Anlage an das Stromnetz angeschlossen werden und somit Strom einspeisen.

Sektorenkopplung

Batteriespeicher

Batteriespeicher können im Unternehmen auf vielfältige Weise eingesetzt werden. Zu den gängigsten Einsatzgebieten zählen die Erhöhung des Eigenverbrauchs und die Lastspitzenkappung. Hierbei wird der Batteriespeicher dazu eingesetzt, einen Teil der auftretenden Lasten zu kompensieren und diese ggf. über einen längeren Zeitraum zu strecken. Treten z. B. durch den Produktionsprozess gelegentlich höhere Lastspitzen auf als üblich, so kann diese Last vom Batteriespeicher bedient werden. Auf diese Weise können die Kosten gegenüber dem Energieversorger für die Leistungsbereitstellung gesenkt werden. Darüber hinaus kann ein Batteriespeicher den Eigenverbrauch um 20 bis 30 Prozentpunkte steigern.

Außerdem stellen auch Betreibermodelle wie Netzdienstleistungen, Not-/Ersatzstromkapazitäten, Stromqualität und die Reduzierung von Netzausbaukosten wirtschaftlich attraktive Einsatzmöglichkeiten von Speichern dar.

Dank der in den letzten Jahren weiterentwickelten und gereiften Batterietechnologie erreichen moderne Batteriespeichersysteme Lebensdauern von bis zu 20 Jahren. Zudem sind die Anschaffungskosten im Zuge des Hochlaufs auf teils unter 1.000 Euro pro Kilowattstunde gesunken. In Verbindung mit der breiten Einsatzmöglichkeit von Batteriespeichern ergibt sich daher für Unternehmer eine sinnvolle und langfristige Investition in die Zukunft.

Das Land NRW bietet mit dem Programm progres.nrw attraktive Fördermöglichkeiten bei der Anschaffung von Batteriesystemen in Verbindung mit einer neu zu errichtenden PV-Anlage.

Zu Progres.nrw – Klimaschutztechnik

Elektromobilität

Die Elektromobilität stellt eine der aussichtsreichsten Lösungsmöglichkeiten für die Dekarbonisierung des Verkehrssektors dar und bietet auch für Unternehmen eine effektive Möglichkeit die CO2-Emissionen sowie die Betriebskosten des eigenen Fuhrparks zu senken.

Um beide Vorteile zu maximieren, ist die Kombination von Elektrofahrzeugen und einer Photovoltaikanlage ideal. Mit Hilfe moderner Lade-, Last und Energiemanagementsysteme können Ladevorgänge dynamisch an die PV-Stromproduktion angepasst werden. Somit werden die Elektrofahrzeuge nicht nur mit erneuerbarem Strom, sondern aufgrund der geringen Stromgestehungskosten auch äußerst günstig geladen. Das Unternehmen kann daher nicht nur Strombezugskosten sparen, sondern auch die Ausgaben für Kraftstoffe drastisch reduzieren.

Beispiel: Der Strombedarf eines Elektrofahrzeugs der Mittelklasse (17 kWh/100km) beträgt bei einer jährlichen Fahrleistung von 15.000 km ca. 2.250 kWh. Ein Benzinfahrzeug würde für die gleiche Strecke ca. 1.125 Liter Benzin benötigen (7,5 l/100km), was nach aktuellen Kraftstoffpreisen (2,15 €/l) ca. 2.420 EUR entspricht. Werden 50 % des benötigten Stroms von der PV-Anlage und die andere Hälfte aus dem Netz gedeckt (im Mittel ca. 22,5 ct/kWh), betragen die Stromkosten ca. 510 EUR und die Einsparung entsprechend knapp 1.910 EUR pro Jahr.  

Finden Ladevorgänge eher in den Abendstunden oder nachts statt, kann die PV-Anlage auch um einen Batteriespeicher ergänzt und in das Energiemanagementsystem integriert werden. Viele Systeme sind bereits auf den Einsatz von Elektrofahrzeugen und die damit verbundenen Ladevorgänge vorbereitet. Die Kombination aus Ladeinfrastruktur, Photovoltaik und Batteriespeicher wird vom Land NRW über progres.nrw „Emissionsarme Mobilität“ gefördert.

Zu progres.nrw „Emissionsarme Mobilität“

Wärme

Der Bereich Wärme stellt in Unternehmen hinsichtlich des Energiebedarfs einen der größten Sektoren dar. Der Einsatz einer Photovoltaikanlage kann den Energiebedarf zur Erzeugung von Wärme oder aber zur Klimatisierung deutlich reduzieren. Wärmepumpen bieten eine der effizientesten Möglichkeiten, nachhaltige Wärme zu erzeugen. Zudem können moderne, reversible Wärmepumpen auch zum Kühlen oder zur Klimatisierung von Büroräumen eingesetzt werden.

Ein besonders großes Potenzial bietet die Photovoltaik zudem bei der Kühlung und Klimatisierung mit Hilfe von Kälteaggregaten oder Klimaanlagen. Insbesondere in den warmen Monaten, in denen die Kühlleistung und der Kühlbedarf besonders hoch sind, kann die Photovoltaikanlage ihre Stärken ausspielen. Darüber hinaus können Kühlhäuser elegant als Wärmespeicher eingesetzt werden, indem die Kühltemperatur an besonders ertragsstarken Tagen weiter als üblich abgesenkt wird. Auch die Gebäudehülle kann im Rahmen der sog. Betonkernaktivierung als Wärmespeicher genutzt werden. Die Kühlung mittels Photovoltaik ist daher ein effektives Mittel, den Eigenverbrauch und somit die Wirtschaftlichkeit der Anlage zu steigern und die Energiekosten des Unternehmens zu senken

Auch im Bereich der Wärme bietet das Land NRW attraktive Fördermöglichkeiten für Maßnahmen der nachhaltigen Wärmeerzeugung bzw. effizienten Wärmenutzung.

Zu Progres.nrw – Klimaschutztechnik