PV-Anlage richtig auslegen

Beim Thema Auslegung einer Photovoltaikanlage gehen die Meinungen auseinander: Einige Fachleute raten dazu, möglichst die gesamte Dachfläche auszunutzen, um maximale Erträge zu erzielen. Andere wiederum verfolgen einen pragmatischen Ansatz und stellen den Bedarf des Haushaltes oder Gewerbes in den Vordergrund der Planung. Fakt ist: Es gibt keine allgemeingültige Idealgröße. Die Auslegung einer Photovoltaikanlage richtet sich vielmehr nach individuellen Gegebenheiten.

Folgende Aspekte sind bei der Berechnung entscheidend:

• der eigene Strombedarf und das Nutzungsverhalten
• die nutzbare (Dach-)Fläche
• die Art der Solarmodule
• der Zweck der Solaranlage
• die Wirtschaftlichkeit

Stromverbrauch und Nutzungsverhalten

Noch vor zehn Jahren war es wirtschaftlich sinnvoll, viel Solarstrom in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen. Aufgrund der vergleichsweise niedrigen Einspeisevergütung und der steigenden Strompreise liegt der Fokus heute eher auf dem Eigenverbrauch: Der Großteil des selbst erzeugten Solarstroms wird direkt vor Ort genutzt. 

Im Zusammenhang mit dem Eigenverbrauch wird auch oft der Autarkiegrad angeführt. Während der Eigenverbrauch der Anteil des Solarstroms vom Dach ist, der auch selbst verbraucht wird, beschreibt der Autarkiegrad den Anteil von selbst produziertem Strom am gesamten Stromverbrauch. Je höher dieser Wert ist, desto weniger Strom wird aus dem Netz bezogen. Während es sinnvoll ist, den Eigenverbrauch so hoch wie möglich zu halten, ist ein hoher Autarkiegrad in der Regel nur mit zusätzlichen Investitionen in PV-Anlage und Speicher zu erreichen.  Ob sich das lohnt, muss im Einzelfall errechnet werden.

Auslegung der PV-Anlage bei normalem Stromverbrauch

Für einen möglichst hohen Eigenverbrauchsanteil sollte die Photovoltaikanlage rechnerisch mindestens den jährlichen Strombedarf produzieren können. Ein Vierpersonenhaushalt verbraucht im Durchschnitt 4.500 kWh im Jahr. Diese Menge lässt sich mit einer installierten PV-Leistung von 4–5 kWp abdecken, vorausgesetzt die Solarmodule sind unverschattet und optimal ausgerichtet. Weiterführende Informationen liefert der Ratgeberartikel zum Standort und zur Ausrichtung einer Photovoltaikanlage.

In der Regel liegt der Eigenverbrauchsanteil in einem Erwerbstätigenhaushalt ohne PV-Speicher – bezogen auf die oben genannten Werte – bei etwa 30 %. Das heißt, 70 % des Solarstroms werden in das Stromnetz eingespeist. Die niedrige Quote mag den ein oder anderen vielleicht überraschen. Sie ergibt sich aber aus dem Umstand, dass der Großteil des Stroms erst in den Nachmittags- und Abendstunden benötigt wird – also dann, wenn die Photovoltaikanlage vergleichsweise wenig produziert.

Wird die Solaranlage größer ausgelegt, sinkt der Eigenverbrauchsanteil. Erhöhen lässt sich letzterer, wenn ein Stromspeicher oder große Verbraucher in das System eingebunden werden. 

So empfiehlt es sich, bereits bei der Planung der Photovoltaikanlage Änderungen im Strombedarf – etwa durch die Anschaffung eines Elektroautos oder die Kombination der PV-Anlage mit einer Wärmepumpe – zu berücksichtigen.

Auslegung der PV-Anlage bei erhöhtem Strombedarf

Der Stromverbrauch eines E-Autos liegt bei durchschnittlichen 15 kWh pro 100 km. Geht man dazu von der durchschnittlichen Jahresfahrleistung aus, die 2020 bei rund 13.300 km lag, kommt man auf einen zusätzlichen Stromverbrauch von knapp 2.000 kWh im Jahr. Das bedeutet einen Zubau von etwa 2 kWp PV-Leistung.

Wie viel Strom eine Wärmepumpe benötigt, hängt von ihrer Jahresarbeitszahl (JAZ), der Heizleistung und den Heizstunden im Jahr ab. Der Verbrauch lässt sich mit folgender Formel berechnen: 

Stromverbrauch = (Heizleistung/JAZ) × Heizstunden

Für eine Erdwärmepumpe mit einer JAZ von 4 und einer Leistung von 7 kW ergibt sich bei 2.000 Heizstunden im Jahr ein Stromverbrauch von 3.500 kWh. Für die Auslegung der PV-Anlage ergibt das ein Plus von weiteren 3–4 kWp.

Nicht immer lässt sich die PV-Anlage nach dem tatsächlichen Bedarf auslegen. Limitiert wird die Größe durch die nutzbare Dachfläche. Diese ist jedoch nicht identisch mit der vorhandenen Gesamtfläche. Fenster, Gauben und Schornsteine müssen davon abgezogen werden. Auch auf (zukünftige) Verschattungen ist zu achten. Die Vermessung übernimmt in der Regel der Solarteur. Wie Sie einen passenden Photovoltaik-Installateur finden, erfahren Sie im entsprechenden Ratgeber.

Die maximale Anlagengröße in Kilowatt-Peak lässt sich grob abschätzen, indem man die nutzbare Dachfläche durch den Faktor 10 teilt (10 m² Modulfläche entsprechen etwa einem kWp Anlagenleistung). Stehen beispielsweise 90 m² zur Verfügung, können etwa 9 kWp realisiert werden. 

Art der Solarmodule

Solarmodul ist nicht gleich Solarmodul. Es gibt verschiedene Arten von Solarmodulen, die sich hinsichtlich Material, Aufbau, Wirkungsgrad und Anschaffungskosten unterscheiden. Im Privatbereich kommen meist monokristalline Module zum Einsatz. Die schwarzen Solarmodule benötigen für jedes Kilowatt-Peak eine Fläche von etwa 5–6 m².

Zweck der Solaranlage

Ein wichtiger Aspekt bei der Auslegung der Photovoltaikanlage ist die Frage nach dem Zweck. Was möchte man mit der PV-Anlage erreichen? Geht es darum, den eigenen Strombedarf möglichst kostengünstig zu decken und sich von steigenden Strompreisen unabhängiger zu machen? Zielt man auf eine Volleinspeisung ab, für die im Jahr 2022 eine höhere Vergütung (ca. 13 Cent / kwh) festgelegt wurde? Oder steht der Klimaschutz im Vordergrund? In den letzten beiden Fällen wird man die Photovoltaikanlage vermutlich so groß wie möglich auslegen. 

Wirtschaftlichkeit der Photovoltaikanlage

Rein rechnerisch ließe sich mit einer sehr großen Photovoltaikanlage und einem entsprechend dimensionierten Speicher ein Autarkiegrad von nahezu 100 % erreichen – wirtschaftlich ist dieses Konzept allerdings (noch) nicht. Die zusätzlichen Module werden nicht für die ständige Stromversorgung benötigt, sondern decken lediglich gelegentliche Lastspitzen ab. Die Mehrkosten amortisieren sich bei einer Nutzungsdauer von 20–30 Jahren in der Regel nicht. 

Mit einer sinnvoll ausgelegten Kombination aus Photovoltaikanlage, Stromspeicher und intelligentem Energiemanagement, einer Photovoltaik-Komplettanlage, lässt sich ein Autarkiegrad von bis zu 80 % erreichen.

Wer sich mit der Auslegung von Photovoltaikanlagen beschäftigt, wird früher oder später auf die 10-kWp-Grenze stoßen. Im Privatbereich blieben die meisten Anlagen bisher unterhalb dieser Grenze. Das hat gleich mehrere Gründe:

• Betreiber kleinerer Anlagen bis einschließlich 10 kWp erhalten die höchste Einspeisevergütung. Mit der Reform des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) ist die Volleinspeisung wieder attraktiver geworden. Davon profitieren auch Betreiber kleinerer Anlagen bis 10 kWp, deren Vergütungssatz für Teil- und Volleinspeisung deutlich steigt. Allerdings ist letztere nur in wenigen Fällen sinnvoll, da die Preise für Netzstrom deutlich höher liegen als die Vergütung und sich deshalb der Eigenverbrauch mehr lohnt.
• Seit Herbst 2021 gilt die Vereinfachungsregelung des Bundesfinanzministeriums: Kleinere Anlagen bis 10 kW werden vom Finanzamt ohne bürokratischen Aufwand als „Liebhaberei“ anerkannt. Damit müssen Betreiber keine aufwendige Gewinnermittlung erstellen und sind zudem von der Einkommensteuer befreit. Durch die 2023er-EEG-Novelle ist diese Grenze auf 30 kWp angestiegen und damit auf nahezu alle PV-Anlagen auf Eigenheimen anwendbar.
• Weiterhin müssen (umsatzsteuerpflichtige) Betreiber von PV-Anlagen auch auf den Eigenverbrauch Steuern zahlen (Betriebsentnahme). Bei kleineren Anlagen entscheiden sich viele Betreiber für die Kleinunternehmerregelung, wodurch die Umsatzsteuerpflicht entfällt. Mit der EEG-Novelle 2023 entfällt auch die Pflicht, den Eigenverbrauch zu versteuern. Befreit sind Anlagen bis 30 kWp.
• Lange Zeit spielte auch die Pflicht zur Zahlung der EEG-Umlage auf selbst erzeugten Strom eine Rolle für die Limitierung. Bis Ende 2020 waren Solaranlagen mit einer Leistung von bis zu 10 kWp von der EEG-Umlage befreit, danach bis zu einer Anlagengröße von 30 kWp. Mit der Abschaffung der EEG-Umlage im Juli 2022 ist auch dieser Grund für eine Begrenzung der Anlagengröße hinfällig. 
• Für kleine PV-Anlagen muss kein Gewerbe angemeldet werden. Gewerbesteuer fällt erst bei einem Gewinn ab 24.500 Euro im Jahr an – ein Betrag, der mit einer typischen Aufdach-Anlage nicht erreicht wird. Eine Grund für eine Begrenzung auf 10 kWp gibt es daher nicht.

Steuerrechtliche Aspekte werden im Ratgeberartikel zu Photovoltaik und Steuern näher erklärt.

Auslegung einer Photovoltaik-Inselanlage

Ziel einer Photovoltaik-Inselanlage ist es, 100 % des benötigten Stroms zu liefern. Da kein Anschluss an das öffentliche Stromnetz besteht, kann weder Solarstrom eingespeist noch zusätzlicher Strom aus dem Netz bezogen werden. Typisch sind Inselanlagen auf Ferienhäusern, Berghütten, in entlegenen Regionen, für das Wohnmobil oder auf Booten.

Für die Auslegung der PV-Anlage muss zunächst der Energiebedarf ermittelt werden. Am besten listet man dazu sämtliche Verbraucher auf und schätzt die gewöhnliche Betriebszeit am Tag ab. Um Leistungs- und Ladeverluste auszugleichen, empfiehlt es sich, den errechneten Wert um 15–30 Prozent zu erhöhen. 

Tagesbedarf in Wattstunden = Verbraucher (Watt) × Betriebszeit pro Tag

Die Leistung der Solarmodule sollte möglichst genau auf den Energiebedarf abgestimmt werden. Unentbehrlich ist zudem ein ausreichend großer Stromspeicher. Die notwendige Kapazität ergibt sich aus dem Gesamtenergiebedarf plus Reserve. Der Gesamtbedarf lässt sich errechnen, indem der Tagesbedarf mit der Anzahl der Tage multipliziert wird, an dem die Batterie auch ohne neuen Solarstrom auskommt. Zusätzlich sollten – je nach Bedarf – etwa 15 bis 30 Prozent Kapazitätsreserve hinzugerechnet werden.

Gesamtbedarf in Wattstunden = Tagesbedarf × Anzahl der autonomen Tage

Da die Batteriekapazität in Amperestunden (Ah) angegeben wird, muss der Wert schließlich noch durch die Batteriespannung, also zum Beispiel durch 12, geteilt werden. So erhalten Sie die benötigte Kapazität in Amperestunden.

Beispielrechnung:

• Tagesbedarf: 300 Wh
• Anzahl Autarkietage: 3
• Batteriespannung: 12 V

300 Wh × 3 = 900 Wh 

900 Wh + 30 % Reserve (270 Wh) = 1.170 Wh

1.170 Wh ÷ 12 V = 97,5 Amperestunden Batteriekapazität

Auslegungssoftware und Photovoltaikrechner 

Die Planung einer Photovoltaikanlage ist eine komplexe Angelegenheit, bei der viele Faktoren berücksichtigt werden müssen. Zur Berechnung der sinnvollen Größe einer Photovoltaikanlage gibt es verschiedene Programme oder Online-Tools zur Auslegung. Die HTW Berlin bietet beispielsweise einen Unabhängigkeitsrechner, mit dem sich anhand von Anlagengröße und Speicherkapazität in Sekundenschnelle der Autarkiegrad und der Eigenverbrauchsanteil berechnen lassen. 

Allgemeine Regeln für die Auslegung einer PV-Anlage:

• Je höher der Stromverbrauch im Haushalt ist, desto größer sollte die PV-Anlage sein.
• Anlage sollte so dimentsioniert sein, dass der Großteil des Stroms selbst verbraucht werden kann.
• Umso geringer die Dachfläche ist, umso leistungsstärker sollten die Module sein.