Rechenbeispiel: Matthias' Schritt für Schritt Planung seiner PV-Anlage

Matthias lebt mit seiner Frau Anna und seinen zwei Kindern Felix und Kira in einem Einfamilienhaus. Aufgrund der steigenden Energiekosten, haben sie sich dazu entschlossen, zukünftig ihren eigenen Strom zu produzieren und sich eine PV-Anlage zu installieren.

Matthias ermittelt den durchschnittlichen Energiebedarf pro Jahr

Um die Größe ihrer Photovoltaikanlage zu bestimmen, ermittelt Matthias als erstes den durchschnittlichen jährlichen familiären Energiebedarf. 

Neben dem bisherigen ‘normalen’ elektrischen Strom, den Matthias Familie im Haushalt benötigt, kommt zukünftig noch ein Elektroauto dazu. Eine Wärmepumpe ist auch im Gespräch.

1. Matthias ermittelt seinen bisheriger durchschnittlicher Strombedarf

Matthias schaut sich die Stromrechnungen der letzten 5 Jahre an. Im Durchschnitt hat die Familie 4.500 kWh verbraucht, wobei der Bedarf jährlich etwas angestiegen ist. Deshalb erhöht Matthias den Bedarf um etwas unter 5%.

Matthias rechnet mit einem Jahresverbrauch von 4.700 kWh.

2. Matthias berechnet den Energiebedarf für das Elektroauto

Beim Elektroauto tut sich Matthias etwas schwerer, weil sie zwar schon einen Hyundai IONIQ 5 bestellt haben, dieser aber erst in ein paar Monaten geliefert wird.

Deswegen rechnet Matthias den Verbrauch theoretisch aus. Laut Herstellerangaben verbraucht der Hyundai IONIQ 5 ca. 16.3 kWh pro 100 km. Da Matthias auch mit Ladeverlusten rechnet, nimmt er einen durchschnittlichen Verbrauch von 20 kWh pro 100 km an.

Im Jahr fahren er und seine Frau Anna ca. 12.000 km.

12.000 km im Jahr * 20 kWh pro 100 Kilometer = 2.400 kWh.

3. Matthias berechnet den Energiebedarf für die Wärmepumpe

Bisher haben Matthias und seine Frau mit Gas geheizt. Bei 100 m2 Wohnfläche haben sie bisher ca. 1.500 m³ Gas im Jahr verbraucht.

Damit Matthias den zukünftigen Strombedarf ermitteln kann, rechnet er mit dieser Quota: 1 Kubikmeter Gas entspricht ca. 10 Kilowattstunden an Wärmeenergie. Die gleiche Quota kannst du auch für Öl nutzen. 1 Liter Öl entspricht ca. 10 Kilowattstunden Wärmeenergie.

Damit Matthias das Haus genauso aufwärmen kann, wie bisher, benötigt er ca. 15.000 kWh im Jahr. Je nachdem, für welchen Wärmepumpentyp sich Matthias entscheidet, liegt sein jährlicher Strombedarf bei durchschnittlich 4.000 kWh.

Demnach benötigt Matthias’ Familie 11.100 kWh im Jahr, um ihren Bedarf für elektrische, Mobilitäts- und Wärmeenergie zu decken.

Im nächsten Schritt schaut Matthias, wie groß seine Dachfläche überhaupt ist und wie viel seines Strombedarfs er darüber decken kann.

Matthias ermittelt seine nutzbare Dachfläche und möglichen Ertrag der PV-Anlage

Matthias hat vor 2 Jahren das komplette Dach neu eindecken lassen und danach sein Dach genau vermessen. Alternativ kannst du einen Dachziegel abmessen, misst dann die Überlappung zu den umliegenden Dachziegeln, ermittelst die Anzahl der Dachziegel auf deinem Dach und berechnest so die genaue Fläche.

Generell gilt, dass links und rechts, oben und unten ca. ein Dachziegel Abstand zum Rand des Daches sein sollte. Damit kann das Wasser noch richtig in der Regenrinne abfließen und der Wind hat weniger Angriffsfläche.

Somit ergibt sich für Matthias eine Gesamtfläche von 52.25 m² (10 m - (2 x 0.25 m)) x (6 m - (2 x 0.25 m)).

Im nächsten Schritt zieht Matthias die Dachfenster (0.9 m x 1.2 m = 1.08 m) und den Schornstein (0.6 m x 0.3 m = 0.18 m) ab. Dabei dürfen PV-Module bei Fenstern und Schornsteinen direkt bis an den Rand gehen.  Die potenziell verfügbare Fläche beträgt somit 50.99 m².

Damit kann Matthias mit einer üblichen Modulleistung von 350 W und einer Modulgröße von 1.7  m²  bis zu 10 kWp erreichen.

Matthias berechnet den möglichen Ertrag 'Photovoltaik Geographical Information System’

Das Dach von Matthias Einfamilienhaus ist Süd/West ausgerichtet. Der Neigungswinkel vom Dach liegt bei 40°. 

Dank des Tools ‘Photovoltaik Geographical Information System’ von der Europäischen Kommission braucht Matthias keine komplizierten Formeln, um genau auszurechnen, wie viel Strom er mit seiner Dachfläche potenziell generieren kann, sondern trägt einfach die wichtigsten Daten wie z.B. Standort, Größe der PV-Anlage, Effizienzverlust, Neigung des Daches und Azimut (Winkel für die Himmelsrichtung) ein und lässt das Tool für sich rechnen. 

Der Azimut gibt in dem Fall die Himmelsrichtung an. Je nach Tool und Quelle unterscheiden sich die Gradangaben für die unterschiedlichen Himmelsrichtungen.  Bei ‘Photovoltaik Geographical Information System’ bedeutet eine südliche Ausrichtung einen Azimut von 0°. Da das Dach von Matthias Familie Süd/West ausgerichtet ist, beträgt der Azimut 45°.

Ein Effizienzverlust von 10-15% ist je nach Hersteller normal. Das Tool selbst rechnet standardmäßig mit einem Verlust von 14%.

Laut ‘Photovoltaik Geographical Information System’ kann Matthias bei einer PV-Anlage mit 10 kWp, einem Neigungswinkel von 40° und einem Süd/West-Ausrichtung in Lübeck mit einer Stromproduktion von ca. 9.300 kWh pro Jahr rechnen.

Matthias plant und berechnet genau, was er für die Installation seiner Photovoltaikanlage benötigt

Die Größe des Solarmoduls ist für Matthias Ertrag entscheidend

Matthias und seine Frau Anna möchten nicht nur wissen, was sie theoretisch an Strom auf ihrem eigenen Dach produzieren können, sondern was real möglich ist. 

Sie fangen an zu recherchieren, welche Größen von Solarmodulen es gibt, um ihre Dachfäche optimal zu nutzen. Von unserem Blogbeitrag ‘Was du für die Installation deiner Photovoltaikanlage benötigst und wie viel davon’ haben sie erfahren, dass nicht die Effizienz eines Solarmodules entscheidend ist, sondern, ob ein Modul mehr oder weniger auf das Dach passt.

Damit Matthias leicht unterschiedliche Module auf seine Dachfläche projizieren kann, zeichnet er als erstes die verfügbare Fläche seines Daches einfach in einer Powerpoint-Folie ein. Die 25 cm Fläche vom Dachrand, den Schornstein und das Fenster zeichnet er ebenfalls ein. Jetzt weiß er ganz genau, was wo ist und wie viel Platz er hat.

Als erstes stolpert er über ein Angebot von Peak Oil. Die Solarmodule sind 1.754 m hoch, 1.096 m breit und haben eine Leistung  von 400 W. Genau diese Maße übernimmt Matthias auch wieder in seine PowerPoint-Zeichnung und vervielfältigt das Rechteck, bis die ganze Fläche mit Solarmodulen bedeckt ist. Dabei nimmt er erst einmal keine Rücksicht auf das Fenster. Dabei empfiehlt der Hersteller der Module einen Abstand von 2 cm.

Dann gruppiert er alle Solarmodule und rückt sie so zurecht, dass das Fenster möglichst so liegt, dass nur ein Solarmodul weichen muss:

Mit diesem Aufbau bekommen Matthias und Anna 20 Solarmodule auf ihr Dach. Mit jeweils einer Modulleistung von 400 W können Sie mit einer Maximalleistung von 8 kWp rechnen.

Matthias probiert weiter und ordnet alle Module horizontal an:

Jetzt bekommen Matthias und Anna 22 Solarmodule auf ihr Dach und erhöhen damit ihre mögliche Maximalleistung auf 8.8 kWp.

Damit kann die Familie gut leben, da sie neben dem Dach auch plant, ihr Carport mit Solarmodulen auszustatten. Zusammen ergibt sich so eine Maximalleistung von ca. 13 kWp.

Im zweiten Schritt schaut Matthias, was er neben den Solarmodulen an weiteren Teilen benötigt und vor allem wie viele davon.

In unserem Blogbeitrag ‘Was du für die Installation deiner Photovoltaikanlage benötigst und wie viel davon’ erfährt Matthias, was er weiterhin benötigt:

1. Wechselrichter

2. Dachhaken

3. Schienen

4. Schienen-Verbinder

5. Klemmen

6. Kabel

7. Stecker

Der Wechselrichter entscheidet über die Effizienz von Matthias PV-Anlage

Der Wechselrichter ist neben den Solarmodulen eine der wichtigsten Komponenten. Dieser bestimmt letztendlich den möglichen Ertrag und damit die Wirtschaftlichkeit jeder Photovoltaikanlage. 

Da der Wechselrichter die max. Modulleistung abdecken muss, entscheidet sich Matthias für einen Wechselrichter, der mind. 13 kWp Gleichstrom aufnehmen und umwandeln kann. Er plant damit, dass zukünftig auch die Solarmodule vom Carport an den gleichen Wechselrichter angeschlossen werden.

Da die Wechselrichter sich kaum unterscheiden, hat Matthias etwas intensiver recherchiert und erfahren, dass sich die Hersteller vor allem durch ihre zugehörigen Apps differenzieren. Bei dem Hersteller Growatt werden die Daten… das gefällt Matthias und er entscheidet sich für diesen Wechselrichter.

Die Dachschienen halten Matthias’ Solarmodule da, wo sie hingehören

Als nächstes zeichnet Matthias die Dachschienen ein. Dabei verläuft eine Schiene oben und eine Schiene unten beim jeweiligen Solarmodul lang. Da Matthias 5 Reihen Solarmodule hat, benötigt er 10 Schienen  mit ca. 9 Metern Länge.

Die Breite der Solarmodule liegt bei 1.754 m, der Abstand zwischen den Modulen bei 2 cm. Damit errechnet Matthias die Breite einer Solarmodulreihe. Diese liegt bei 8.85 m.

Da die Schienen etwas vorschauen, damit Matthias die Endklemmen befestigen kann, rechnet er vorsichtshalber mit ca. 9.18 m. Bei fast 10 Metern Länge ergibt das eine Gesamtlänge von 90 m. Das Fenster rechnet er nicht raus, statt dessen achtet er darauf, dass die Schienen immer von Dachsparre zu Dachsparre gehen.

Im Shop von Peak Oil sieht Matthias, dass die Schienen mit einer Länge von 5.2 m angegeben sind. Matthias liest auch, dass Verbindungsstücke immer eine Schwachstelle sind und beschließt, lieber 2 Schienen pro Bahn zu bestellen. Somit benötigt er 20 Schienen.

Jeweils 2 Schienen pro Bahn verbindet er dann mit einem Schienen-Verbinder. Deshalb benötigt Matthias insgesamt 10 Verbindungsstücke.

Die Dachhaken tragen die Last von Matthias Photovoltaikanlage

Die Dachhaken sind das Verbindungsstück zwischen den Dachsparren und der Unterkonstruktion der Solarmodule. Sie müssen neben dem Gewicht von Matthias’ Photovoltaikanlage auch der Wind- und Schneelast standhalten.

Auch hier erfährt Matthias aus unserem Blogbeitrag, wovon die Anzahl der Dachhaken abhängt:

1. Dachsparrenabstand 

2. Wind- und Schneelast

3. Matthias’ Körpergewicht bzw. derer, die ihm dabei helfen, die PV-Anlage zu installieren.

4. Größe des Modules

Er fängt an, die Dachhaken in seiner Zeichnung hinzuzufügen. Er beschließt auf Grund seines geringen Körpergewichtes von 75 kg, zweimal den Abstand von 1.7 m zu überbrücken und nur am Rand die ersten drei Dachsparren mit jeweils einem Dachhaken pro Schiene zu befestigen.

Matthias benötigt 8 Dachhaken über eine ganze Dachschienenlänge von 9.18 m. Bei 10 Schienenlängen sind das 80 Dachhaken.

Da die Dachhaken von der Lage und Größe der Dachziegel abhängt, sind die Abstände zwischen den Schienen unregelmäßig. Damit rechnet Matthias jetzt noch nicht, das wird er spätestens bei der Installation bemerken.

Mit den Klemmen befestigt Matthias die Solarmodule an den Dachschienen

Dafür braucht er zwei verschiedene Arten von Klemmen. Endklemmen, die jeweils am Ende eine Solarmodulreihe platziert sind und Mittelklemmen. Die Mittelklemmen kommen zwischen den Solarmodulen zum Einsatz.

Pro Seite eines Solarmoduls benötigt Matthias zwei Klemmen. Er zeichnet diese ein und zählt dann einfach alle Klemmen. Matthias braucht 32 Endklemmen und 28 Mittelklemmen.

Und zum Schluss: Matthias berechnet, wie viel Kabel und wie viele Stecker und Schrauben er benötigt

Kabel für den Gleichstrom und den Wechselstrom

Matthias achtet bei den Kabeln darauf, dass diese der Norm PV1-F oder H1Z2Z2-K entsprechen und damit für Photovoltaikanlagen geeignet und wetterbeständig sind.

Er benötigt Kabel für den Gleichstrom und für den Wechselstrom mit einem Querschnitt von 4 mm².

• Die Solarkabel für den Gleichstrom benötigt Matthias einmal für plus und minus zwischen dem letzten Solarmodul eines Strings und dem Wechselrichter.

• Ein handelsübliches Kabel für den Wechselstrom (AC NYM) benötigt er zwischen dem Wechselrichter und seinem Zähler

Matthias Wechselrichter steht im Keller. Vom Solarmodul bis hin zum Wechselrichter muss er 15 Meter überbrücken. Da er einmal ein Kabel für plus und einmal ein Kabel für minus braucht, benötigt er die doppelte Menge. Also 30 Meter. Da Matthias noch etwas Spiel haben möchte, bestellt er 32 Meter Kabel.

Der Zähler befindet sich direkt neben dem Wechselrichter. Er braucht max. 2x 0.3 Meter und die hat er zufällig noch von seinen Renovierungsarbeiten übrig.

Stecker, damit der Strom von den Solarmodulen zum Wechselrichter fließt

Die MC4 Solarstecker benötigt Matthias, um das Solarkabel zwischen PV-Modul und Wechselrichter anzuschließen. Matthias hat nur einen String. Deswegen braucht er seitens der Solarmodule einen Verbindungsstecker für plus und einen für minus und das gleiche auch auf Seiten des Wechselrichters.

Wenn Matthias 2 Strings hätte, dann bräuchte er insgesamt 6 Steckerpäärchen.

Das Besondere an den Steckern? Einmal verbunden, kann Matthias die Stecker nur mit einem Spezialwerkzeug wieder voneinander trennen. So stellt er sicher, dass das Solarkabel nicht rausreißt, wenn er aus Versehen dagegen kommt.

Was ein Vorteil ist, kann während der Installation auch schnell zum Nachteil werden. Deswegen bestellt Matthias lieber 2 MC4 Solarstecker mehr.

Schrauben, damit alles zusammen hält

Schrauben benötigt Matthias einige. Das gute: alle Teile, wo er Schrauben benötigt, werden bei Peak Oil gleich mit den passenden Schrauben geliefert inkl. Ersatzschrauben, falls doch mal etwas verloren geht.

Matthias Einkaufsliste für seine eigene PV-Anlage

Matthias benötigt bzw. bestellt die folgenden Teile:

• 20 Solarmodule

• 1 Wechselrichter

• 80 Dachhaken

• 20 Dachschienen

• 10 Verbindungsstücke

• 32 Endklemmen

• 28 Mittelklemmen

• 32 Meter Solarkabel

• 6 MC4 Solarstecker

• Schrauben bekommt Matthias bereits mit den entsprechenden Elementen mitgeliefert

Bist du bereit für deine eigene Einkaufsliste?

Wir haben bereits mehrere PV-Anlagen selbst montiert und wissen genau, was du für die eigene Installation benötigst. Um dich bestmöglich bei deinem Projekt zu unterstützen, haben wir bereits PV-Anlagen Komplettsets erstellt, die du auf deine Bedürfnisse anpassen kannst: zum Produkt-Konfigurator.

Du hast noch Fragen? Wir helfen dir gerne weiter.

Ruf uns einfach unter der 0451 20987615 an oder schreib uns eine E-Mail an service@peak-oil.eu.