Projekt: Solaranlage GEN2

Kontakt: Boris Dirnfeldner

Link: – eigenes Projekt –

Obwohl die eigentliche Solaranlage inzwischen Fortschritte macht, aber leider immer noch nicht fertig aufgebaut ist, gilt es die grundlegende Rechnung neu aufzustellen. Bis vor ein paar Monaten war mein Fazit, dass sich für mich ein Speicher nicht rentabel betreiben lässt. Durch Änderungen im Markt und durch konkrete Maßnahmen seitens der Regierung sieht die Rechnung nun etwas anders aus.

Zuerst mal eine Übersicht der wichtigsten geänderten Rahmenbedingungen

Der Umsatzsteuersatz von PV-Komponenten wurde auf 0% gesetzt, wenn man damit (vereinfacht formuliert) die eigene Anlage aufbaut.
Bei den Solarmodulen wurde damit faktisch wieder der Einkaufspreis von vor 12 Monaten erreicht, allerdings nur wenn man die Umsatzsteuer nicht absetzen will.
Durch die bessere Verfügbarkeit sind nun aber Wechselrichter, Laderegler und vor allen auch Akkus günstiger geworden.

Die bisherige Praxis der Netzbetreiber, entweder nur 70% pauschal einspeisen zu dürfen oder eine dynamische Lastregelung per Rundfunksteuerempfänger zu akzeptieren, ist gestorben. Der Netzbetreiber muss die 100% Einspeisung akzeptieren.

Die Tätigkeit als „Energieerzeuger“ muss nicht mehr uneingeschränkt als Gewerbe angemeldet werden, sofern „keine Gewinnerzielungsabsicht“ angenommen werden kann. Damit spart man sich das Geplänkel mit dem Finanzamt, dass ohnehin für beide Seiten ziemlich sinnlos war.
Achtung allerdings bei der Gewerbesteuer: Diese ist weiterhin gültig als Abgabe. Wenn man also mehr als den Freibetrag mit der Anlage erwirtschaftet (weil man z.B. ein anderes Gewerbe betreibt), muss man für die Einnahmen auch Gewerbesteuer zahlen!

Das ist bei mir z.B. der Fall, daher wird meine Frau auch der Betreiber der Anlage und damit Kleingewerbetreibender, und schon sind alle glücklich und die Form korrekt eingehalten. In der Theorie sollten damit das ganze Abrechnungs- und Meldungsdrama hinfällig werden. Schon alleine das wäre für deutsche Verhältnisse ein unglaublicher Fortschritt.

Im Rahmen der Energiekriese sind auch die Bezugspreise deutlich angestiegen. Obgleich der Preis sich wieder etwas beruhigt hat (derzeit ca. 32ct/KWh) wird es wohl kaum wieder auf die vergleichsweisen niedrigen Preise von „früher“ zurück gehen. Auch werden sich die nächsten Jahre zunehmend Effekte aus CO2-Abgabe und dem bald startenden Emissionszertifikatehandel geben.

Strategisch scheint die Strategie der Regierung generell in Richtung Elektrifizierung zu gehen (siehe KFZ und Heizung). Es wird also auch in der Versorgung Effekte geben, die sich entweder in der Verfügbarkeit oder im Preis niederschlagen werden (oder in beidem).

Insgesamt wird also ein Speicher wieder interessanter, zumal der Unterschied zwischen Einspeisevergütung und Bezugspreis deutlich mehr für einen möglichst umfangreichen Eigenverbrauch spricht also noch vor einigen Monaten.

Stromspeicherarten

Bei den Speichern gibt es grundsätzlich zwei Strategien des Aufbaus: DC-gekoppelte Anlagen oder AC-gekoppelte Anlagen.

DC-gekoppelte Anlagen sind in der Realisierung faktisch Hybridwechselrichter mit Speicher (der Speicher und der Wechselrichter sind über die Batterie direkt gekoppelt und entsprechend effizient). Die Hersteller vom Hybridwechselrichtern lassen sich die Speicher allerdings derzeit vergolden. Bei den aufgerufenen Preisen war es mir bisher nicht möglich, eine rentable Nutzung zu erkennen. Auch ist man dann mit dem kompletten Maschinenpark von einem Hersteller abhängig (und dessen Zuvorkommen oder Service). Am wichtigsten ist aber anzumerken, dass alle Lösungen nicht geeignet sind im Carport genutzt zu werden (anders als die Wechselrichter selbst). Mangels eines geeigneten Kellers ist das Platzproblem im Haus damit ein K.O-Kriterium für eine solche Lösung. Auch sind diese Lösungen „Blackbox“-Systeme. Man hat also kaum Einblick in die Interna. Ersatzteile sind naturgemäß nur vom Hersteller zu beziehen, dann oft zu Mondpreisen. Einfach mal den Speicher abklemmen ist da nicht drin. Auch die Gehäuse sind für Outdoor-Rahmenbedingungen im Carport eher nicht geeignet.

Bleiben die AC-gekoppelten Systeme. Da wird der Speicher vom Wechselrichter unabhängig über Wechselstrom verbunden und über ein Messmittel hinter dem Zähler geregelt. Eigentlich sind die beiden Systeme autark voneinander und nur über Regelungslogik verbunden. Das ist weniger effizient, weil sowohl bei der Wandlung zu AC im Wechselrichter Verluste entstehen, das gleiche dann nochmal beim Laderegler für die Batterie. Tatsächlich sind diese Verluste zwar unschön, aber nicht mehr entscheidend. Bei den angedachten Anlagengrößen kann auch trotz dieser Verluste wirtschaftlich gearbeitet werden. Auch ist man aber wieder herstellerunabhängiger in der Auslegung und Beschaffung bzw. Reparatur. Am wichtigsten ist es aber, dass beide Teile an unterschiedlichen Orten platziert werden könnten, vor allen aber unabhängig voneinander arbeiten können. Das spart Kosten beim Wechselrichter und erlaubt den Außeneinsatz mit Teilzeitnutzung des Speichers nur bei Umgebungstemperaturen >0°C.

Darüber hinaus sind bei sogenannten „Hochvoltspeichern“ die verwendete Spannung über 60V definiert. Das kann schnell bei einigen 100V liegen. Gegenüber den „früher“ typischen Speichern bis 48V Systemspannung werden die auftretenden Stromstärken geringer, damit auch die Kabelauslegung günstiger. Allerdings sind diese Speicher wieder ausschließlich Herstellerlösungen, mit den oben genannten Rahmenbedingungen.

Bei den eigentlichen Zellen selbst sind inzwischen LiFePo4-Zellen (EVE oder CATL) wieder gut am Markt verfügbar und preislich ziemlich attraktiv geworden. In Verbindung mit einem Batteriemanagementsystem, entsprechenden Wechselrichter(n) und viel Arbeit lässt sich das ganze inzwischen gut selber aufbauen (auch sicher). Tatsächlich gibt es inzwischen sogar Fertigsets mit geprüften Zellen und gutem Hintergrund, daher wird das langsam interessant. Die Zellen lassen sich zwar auch nur sinnvoll bis ca. 0°C betreiben, aber eigentlich ist das ohnehin ein eher nebenläufiges Thema. Im Winter kommt eh kaum Leistung auf die PV-Anlage (soweit konnte ich schon Erfahrung sammeln), daher könnte ich dann den Teil einfach „kaltstellen“ und nur die PV-Anlage weiterlaufen lassen.

An sich würde mich ja ein Natriumspeicher („Salzspeicher) mit seiner Langlebigkeit interessieren oder eine andere Lösung, die z.B. auch für den Winter Kapazitäten vorhalten kann (z.B. Wasserstoffspeicher). Leider sind dafür die Anbieter entweder nicht mehr existent oder sehr übersichtlich und preislich bisher nicht konkurrenzfähig. Für einen späteren Tausch sehe ich hier aber erhebliches Potential. In naher Zukunft will CATL z.B. Natriumzellen für Automotive in Serienproduktion liefern. Sollte das kommen, wäre das eine sehr attraktive Alternative oder Ergänzung zu LiFePo4-Zellen.

Damit es nicht zu einfach wird, sind noch weitere Dinge zu berücksichtigen

• Irgendwann muss ich eine Lademöglichkeit für ein E-Auto vorsehen, sei es auch nur für die Kinder oder den Pflegedienst 🙂
• Mit den aktuellen Heizungsdebatten wird wohl mittelfristig eine Wärmepumpe mindestens unterstützend fällig werden oder andere elektrische Heizoptionen
• Analog ist die Warmwasserbereitung mittelfristig elektrisch umzusetzen. Auch hier wäre eine Wärmepumpe vermutlich sinnvoll.
• Der vorhandene Stromgenerator soll weiterhin im Notfall unterstützen können (als letzte Option).
• Wenn ein PV-Speicher angeschafft wird, soll der vor dem Generator die Notversorgung übernehmen.
  Wie schon beim Thema Stromgenerator beschrieben, kann dies Einphasig oder Dreiphasig erfolgen. Hier will ich dann mit einer echten Drehstromversorgung loslegen, daher braucht es auch eine entsprechende Lösung.
• Vielleicht wird in den nächsten Jahren eine Klimatisierung von einzelnen Räumen notwendig, so es noch weiter in der Temperatur nach oben geht. Das würde gut mit der Sonnenstromerzeugung zusammenpassen und wäre somit vielleicht sogar vorteilhaft in der Gesamtrechnung.

Das alles zusammen berücksichtigt, ist das eigentlich kompakte Projekt PV-Anlage nun doch ein ziemlicher Brocken geworden. Eigentlich ein richtiges Großprojekt.

Aktuelle Verbrauchsdaten und Erzeugungsdaten

Das Haus hat eine Grundlast in der Nacht von ca. 250W, am Tag etwa 350W und einen Gesamtverbrauch von 9-13KWh pro Tag (Heizung und Warmwasser werden von der Gastherme geleistet). Dazu kommen saisonale Verbraucher wie die Poolpumpe extra.
Die aktuelle „Balkonanlage“ liefert ca. 400W über eine lange Zeit mit Spitzen von knapp über 600W. Im Jahr speist die Anlage ca. 25KWh ein, also wird das meiste verbraucht.

Aktuelle Planung / Konfiguration

Die alte Balkonanlage wird in eine Inselanlage überführt und versorgt primär Pool und Carport.
Das System beinhaltet eine Vorrangschaltung, dass bei mangelnder Leistung des Wechselrichters automatisch auf das Hausnetz umgeschaltet wird.
Da die Inselanlage keinen Beitrag zur Hausversorgung übernimmt (nur die Saisonlast), bleibt es in der Rentabilitätskalkulation beim Ertrag außen vor.

• Batteriewechselrichter: EASUN 3KVA 2400W 230VAX Off Grid Inverter
• Batterie: XENES ECO-Line 24V 100Ah LiFePO4 Smart-BMS Akku 25.6V mit Bluetooth
• Die vorhandenen Solarmodule JaSolar JAM6 60/270, 4 Stück

Die PV-Anlage besteht inzwischen aus folgenden (leistungsbestimmenden) Teilen:

• Wechselrichter: Kaco BLUEPLANET 10.0 NX3 M2, 3-phasig angebunden
  Ethernet to RS485 Bridge zum Smartmeter
• Smartmeter: SDM630 Modbus V2 mit RS485 to Wifi-Bridge im Schaltschrank
• Module: Trina Solar 400 W Vertex-S Triple Cut PERC Mono-Solarmodul, 21 Stück

ergibt dann 8.4KW Generatorleistung.

Der Hausspeicher wiederum wird ein Eigenbau (Selbstbauset oder Komponenten):

• 16 LifePo4 280Ah CATL Zellen in Reihe aufgebaut.
• DALI BMS 16S 200A 48V
• DALI Balancer (für Installation und Wartungszwecke, wenn die Zellen zu stark voneinander abweichen und das BMS das nicht mehr ausgleichen kann)
• 3 Victron Multiplus-II 48V/3000/35-32 für 3-phasenbetrieb
• Ethernet to RS485 Bridge zum Smartmeter
• Victron Cerbo GX (nicht notwendig, aber ein schönes Spielzeug zur Visualisierung und Datenerfassung)

ergibt ca. 14KWh nutzbare Kapazität.

Damit das ganze sicher aufgeräumt und im Carport aufgebaut werden kann ein passender (gebrauchter) Elektroschrank mit aktiver Zwangsbelüftung und entsprechenden Aufbau. Der Schrank ist schon da und war ein Abenteuer für sich.
Vom Elektroschrank zum Hausverteiler liegt dann noch einiges an Kupfer und entsprechende Leitungsschutzschalter und Trennschalter.
Dazu noch einiges an Sicherungen und allerlei anderes Kleinzeugs für Detailfragen.

Kalkulation

Die Stromleitung für eine Ladeoption für ein potentielles E-Auto ist nur für die Zukunft gedacht und kann in die aktuelle Kalkulation nicht eingehen.
Alle anderen Teile sind aber erforderlich und somit kostentechnisch zu berücksichtigen.
Die Poolpumpe als Saisonverbraucher wird weiterhin von der Inselanlage versorgt und fällt damit aus der Betrachtung raus.
Die Inselanlage (GEN1) wird in der Kalkulation nur mit den Kosten berücksichtigt. Es wird kein Ertrag aus Einsparung oder Einspeisung angenommen.
An sich wäre das Teil nicht mehr notwendig. Allerdings hatte ich schon Anfang letzten Jahres mit der Umplanung zur Pilotanlage mit Speicher begonnen und Teile dafür angeschafft, also wird das jetzt mit aufgebaut.
Angenommen wird außerdem, dass der Bezugsstrom weiterhin benötigt wird zur Spitzenabdeckung und im Winter, wenn der Speicher weitestgehend leer bzw. deaktiviert bleibt (für ca. 3 Monate).
Ansonsten sollte der Speicher durch seine Dimensionierung den kompletten Bedarf über den kompletten Tag decken können.
Aktueller Jahresverbrauch wird mit 4000KWh gleichförmig übers Jahr angenommen.
Der Jahresertrag der EEG-Anlage (8,4Kwp) wird mit 8000KWh pro Jahr angenommen.
Bezugsstrom wird mit 32ct/KWh angenommen, EEG Vergütung mit 6,5ct/KWh.
Für die gesamte Anlage werden Investitionskosten von 16.500€ angenommen.
Es wird davon ausgegangen, dass die Anlage keine Reparaturen oder Ausfälle hat und keine laufenden Kosten verursacht.

In Summe würde nach ca. 12 Jahren damit die Investition refinanziert sein.
Das wäre immer noch lange, zumal das Risiko von Ausfällen komplett bei mir liegt, aber zumindest nicht mehr völlig absurd.
Auch ist die Kalkulation durchaus konservativ und durch Erfahrungswerte in den ersten Jahren zu verfeinern.
Ich persönlich finde auch die Aussicht auf eine sehr geringe Stromrechnung vom Versorger ziemlich attraktiv.

Einflussgrößen

• Wenn der Verbrauch absinkt, wird die Rentabilität ebenfalls geringer. Umgekehrt wird zusätzlicher Verbrauch jenseits der Sonnenzeiten bis zur Kapazitätsgrenze der Akkus die Rentabilität verbessern.
  Entsprechend wirkt auch Verbrauch in den Sonnenzeiten bis zur Kapazitätsgrenze der PV-Anlage.
• Ich gehe davon aus, dass aufgrund der Überdimensionierung des Speichers dieser auch nach Ablauf der Amortisierung mit geringerer Kapazität zur Verfügung steht und damit (vergleichbar den Modulen) weiter Ertrag bringt.
  Dies sollte durch schonende Ladung/Entladung der hochwertigen Zellen erreichbar sein.
• Je weiter Einspeisevergütung und Bezugspreis auseinander gehen, um so rentabler wird der Eigenverbrauch (und umgekehrt).
• Ein Absinken der Bezugsstromkosten verlängert den Amortisierungszeitraum.
  Allerdings ist aufgrund der politischen Rahmenbedingungen mittelfristig eher von gleichbleibenden oder wieder steigenden Kosten auszugehen.
  Auch wenn die Erzeugerkosten durch günstige erneuerbare Träger absinken können, müssen Speicher und Ausgleichserzeuger finanziert werden.
• Eine Wärmepumpe als Heizung wird vermutlich kaum relevant durch die Anlage unterstützt, da in den kalten Monaten die Solarleistung zu gering sein dürfte (Annahme). Damit dürfte diese kaum Einfluss auf die Rentabilität haben.
  Anders könnte das bei einer Wärmepumpe für Warmwasserbereitung aussehen. Wenn diese mit der Solarleistung koordiniert arbeiten kann, wäre hier Potential für Einsparungen.
• Ob ein E-Auto hier sinnvoll unterstützt wird, dürfte erheblich vom Ladezeitpunkt anhängen. Der Speicher ist dafür viel zu klein ausgelegt und die Bezugsleistung des Laders erheblich über der Leistungsfähigkeit des geplanten Speichers.
  Das Thema gehe ich dann an, wenn eine Anschaffung konkret im Raum steht. Derzeit sehe ich hier keine wirtschaftliche Grundlage, wenn ich meine Rahmenbedingungen berücksichtige.

Fazit

Derzeit scheint es tatsächlich auch wirtschaftlich sinnvoll zu sein, eine Anlage mit Speicher aufzubauen. Allerdings dürfte eine fertige Herstellerlösung immer noch schwer in die Gewinnzone zu bringen sein.
Ich werde wohl in jedem Fall die komplette Umgebung aufbauen, da für mich neben dem Kostenaspekt und der Rentabilität auch die höhere Unabhängigkeit und Notstromfähigkeit der Anlage eine Rolle spielt.
Mal sehen, ob am Ende die ganzen Annahmen und meine Umsetzung ein Erfolg oder nur ein (teures) Technikprojekt wird. Anders als vor ein paar Monaten glaube ich aber heute an den Erfolg.