Grundlagen/Photovoltaik: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 9. September 2026, 00:09 Uhr

Photovoltaik ist in der Energieplanung selten eine Frage des Jahresertrags, sondern eine Frage der Gleichzeitigkeit: Entscheidend ist, wie viel des erzeugten Stroms im Objekt selbst genutzt wird. Deshalb rechnet EPOS-Plan die Stromseite in Viertelstundenschritten und stellt Erzeugung und Bedarf zeitgleich gegenüber.

Ertragsmodell

Der Ertrag folgt aus der Einstrahlung auf die geneigte Modulebene, der Modulleistung und dem temperaturabhängigen Wirkungsgrad. Aus Sonnenstand, Neigung und Azimut wird für jede Stunde des Klimadatensatzes der Einfallswinkel bestimmt und daraus die Strahlung auf die Modulfläche; aus Einstrahlung und Außentemperatur ergibt sich die Zelltemperatur, die den Wirkungsgrad mindert. Typisch sind 0,3 bis 0,4 Prozent Verlust je Kelvin über der Referenztemperatur, weshalb der Ertrag an heißen Sommertagen unterproportional ausfällt. Wechselrichterverluste werden pauschal berücksichtigt.

Ausrichtung, Neigung und Teilfelder

Ausrichtung und Neigung verschieben nicht nur die Jahressumme, sondern vor allem die Tagesverteilung. Eine Südanlage mit 30 bis 35 Grad Neigung liefert den höchsten Jahresertrag, eine Ost-West-Aufteilung dagegen ein breiteres Erzeugungsfenster mit Spitzen am Vormittag und am Nachmittag – bei gleichem Bedarf oft der höhere Eigenverbrauch. Flachere Aufständerung begünstigt den Sommer, steilere den Winter und die Übergangszeit. Mehrere Teilfelder mit unterschiedlicher Ausrichtung lassen sich getrennt anlegen und werden in der Bilanz addiert; damit ist der Vergleich Süd gegen Ost-West unmittelbar zu rechnen.

Eigenverbrauch, Autarkie und Speicher

Die Bilanz folgt der üblichen Rangfolge: Der erzeugte Strom deckt zunächst den zeitgleichen Bedarf, lädt anschließend den Stromspeicher und wird erst danach als Überschuss eingespeist. Reicht die Erzeugung nicht, wird zuerst der Speicher entladen, der Rest ist Netzbezug. Daraus ergeben sich zwei Kennzahlen, die gegenläufig reagieren: Die Eigenverbrauchsquote sagt, welcher Anteil der Erzeugung selbst genutzt wird, und sinkt mit wachsender Anlage. Der Autarkiegrad sagt, welcher Anteil des Bedarfs aus eigener Erzeugung gedeckt wird, und steigt mit wachsender Anlage. Wirtschaftlich zählt vor allem die Eigenverbrauchsquote, weil selbst genutzter Strom den vollen Bezugspreis ersetzt, während die Einspeisung deutlich niedriger vergütet wird.

Zusammenspiel mit der Wärmeseite

Der wirksamste Hebel für mehr Eigenverbrauch ist oft nicht die Batterie, sondern die Wärmepumpe: Im PV-optimierten Betriebsmodus fährt sie bevorzugt in den Mittagsstunden und nutzt Pufferspeicher und Gebäudemasse als thermischen Speicher. Weil thermische Speicherkapazität deutlich günstiger ist als elektrische, lohnt es sich, diese Variante zu rechnen, bevor die Batterie vergrößert wird. Auch ein Elektroheizstab oder ein Elektrokessel kann als Überschussverbraucher sinnvoll sein – allerdings mit dem schlechtesten Wirkungsgrad aller Optionen.

Auslegung in der Praxis

Beginnen Sie mit dem Lastgang: Liegt ein gemessenes Jahr in Viertelstundenwerten vor, ist jede weitere Modellverfeinerung zweitrangig. Rechnen Sie dann die reine PV-Anlage in zwei bis drei Größen und lesen Sie Eigenverbrauch und Überschuss ab; ergänzen Sie erst danach Speicher und Wärmepumpenbetrieb. Ein Blick auf einen einzelnen Sommertag im Stromdiagramm zeigt anschaulicher als jede Jahreszahl, wie Erzeugung, Direktverbrauch, Speicherladung und Einspeisung zusammenspielen. Verschattung durch Nachbargebäude, Bäume oder Dachaufbauten wird im Modell nicht automatisch erfasst und ist gegebenenfalls über eine reduzierte Modulanzahl oder einen Abschlag zu berücksichtigen.

Wie der Ertrag in die Gesamtbilanz eingeht, beschreibt Vergleich der Energiebilanz; die Bewertung des selbst genutzten Stroms behandelt die Erlösrechnung.

Strang und Wechselrichter: Normen und Auslegungspraxis

Die elektrische Zusammenstellung von Modulen und Wechselrichter ist der Teil der Planung, der am engsten an Regelwerken hängt – und zugleich der, den ein Planungswerkzeug nur zum Teil abnehmen kann. EPOS-Plan prüft, ob Modul und Gerät elektrisch zusammenpassen: Leerlaufspannung im kalten Fall, MPP-Fenster in beiden Temperaturfällen, Strom je MPP-Tracker, Eingangsleistung und Gerätezahl. Maßstab sind dabei ausschließlich die Datenblattgrenzen des gewählten Wechselrichters; wie im Einzelnen gerechnet wird, steht unter Berechnung: Modul, Strang und Wechselrichter.

Nicht Gegenstand dieser Prüfung und Sache einer Elektrofachkraft ist alles, was darüber hinausgeht: Schutz gegen elektrischen Schlag und Brandschutz, Querschnitte der Gleichstromleitungen samt Sicherungen und Schaltern, Überspannungsschutz, Erdung und Potentialausgleich sowie Netzanschluss und Anmeldung. Eine grüne Ampel im Programm heißt: Das Gerät nimmt keinen Schaden und regelt im Fenster. Sie heißt nicht: Die Anlage ist normkonform. Den Rahmen dafür setzen im Wesentlichen DIN VDE 0100-712 (Errichten von Niederspannungsanlagen – Photovoltaik-Stromversorgungssysteme), IEC 62548 (Auslegungsanforderungen an Photovoltaik-Generatoren) und die Anwendungsregel VDE-AR-N 4105 (Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz). Die folgenden Grundsätze geben sie dem Sinn nach wieder; verbindlich ist allein der jeweilige Normtext in der geltenden Fassung.

Über die Spannung entscheidet der kalte Fall. Maßgeblich ist die Leerlaufspannung des Strangs bei der niedrigsten am Standort zu erwartenden Temperatur, gerechnet mit dem Temperaturkoeffizienten des Modulherstellers – Kälte hebt die Spannung, und der ungünstigste Zustand ist der klare Wintermorgen, bevor der Wechselrichter zuschaltet. Liegt kein Koeffizient vor, ist ersatzweise ein pauschaler Korrekturfaktor vorgesehen; für kristallines Silizium beträgt er 1,15 auf die Leerlaufspannung unter Standardbedingungen. In der deutschen Planungspraxis verbreitet ist das feste Wertepaar −10 °C für den kalten und +70 °C Zelltemperatur für den heißen Fall; mit ihm rechnet auch EPOS-Plan. An einem Standort mit tieferen Wintertemperaturen ist der kalte Fall gesondert nachzurechnen.

Der Strom bekommt einen Aufschlag. Gleichstromleitungen, Sicherungen und Schalter werden nicht auf den Kurzschlussstrom unter Standardbedingungen bemessen, sondern auf das 1,25-fache davon: Wolkenrand- und Albedoeffekte lassen die Einstrahlung kurzzeitig über 1 000 Watt je Quadratmeter steigen. Dieser Faktor gehört zur Bemessung der Betriebsmittel. Die Strangprüfung in EPOS-Plan enthält ihn nicht – sie vergleicht den temperaturkorrigierten Strom mit der Eingangsgrenze des Geräts und ersetzt die Leitungsberechnung nicht.

Die Systemspannung begrenzt die Betriebsmittelklasse. Module, Leitungen, Steckverbinder und Schalter sind für eine Spannungsklasse gebaut; im Gebäudebereich sind das üblicherweise 1 000 V Gleichspannung, bei Großanlagen 1 500 V. Diese Grenze ist eine Eigenschaft der verbauten Betriebsmittel und nicht des Wechselrichters allein, weshalb EPOS-Plan sie nicht prüft – die Spannungsprüfung misst gegen die maximale Eingangsspannung des gewählten Geräts. Bei langen Strängen ist sie zusätzlich zu beachten.

Das DC/AC-Verhältnis ist eine Wirtschaftlichkeitsfrage. Mehr Modulleistung an einem Wechselrichter als dessen Wechselstrom-Nennleistung ist der Regelfall und kein Mangel: Die Spitzenleistung wird nur an wenigen Stunden im Jahr erreicht, und ein knapper bemessenes Gerät arbeitet die übrige Zeit in einem besseren Teillastbereich. Der Preis dafür ist das Abregeln der Mittagsspitze. Üblich sind Verhältnisse von 1,1 bis 1,3; EPOS-Plan mahnt erst außerhalb des Bandes 1,0 bis 1,5 an und verhindert die Eingabe nicht. Bei Ost-West-Anlagen darf der Wert höher liegen, weil die Teilfelder ihre Spitzen nicht zur selben Zeit erreichen.

Datenblatt und Katalog rechnen unterschiedlich. Datenblätter geben die Temperaturkoeffizienten meist relativ in Prozent je Kelvin an, der Modulkatalog von EPOS-Plan führt sie absolut in Volt je Kelvin und Ampere je Kelvin. Umgerechnet wird über die Werte unter Standardbedingungen:

β_{O C} [V / K] = \frac{β_{r e l} [% / K] \cdot U_{O C, S T C} [V]}{100} α_{S C} [A / K] = \frac{α_{r e l} [% / K] \cdot I_{S C, S T C} [A]}{100}

Ein ungerechnet übernommener Prozentwert verschiebt die Spannungs- und Stromprüfungen um Größenordnungen. Der Import aus PVsyst-Dateien rechnet deshalb selbsttätig um, und von Hand gepflegte Werte werden beim Speichern auf Plausibilität geprüft.

Siehe auch

Photovoltaik – Programmfunktion: Teilfelder, Modulleistung und Ausrichtung
Erzeuger und Speicher auswählen – Auswahl der Erzeuger im Programmablauf
Berechnung: Modul, Strang und Wechselrichter – die acht Prüfregeln mit Formeln, Rechenbeispiel und Auslegungshilfe

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 Wie der Ertrag in die Gesamtbilanz eingeht, beschreibt [[Grundlagen/Vergleich Energiebilanz|Vergleich der Energiebilanz]]; die Bewertung des selbst genutzten Stroms behandelt die [[Grundlagen/Erlösrechnung|Erlösrechnung]].
+== Strang und Wechselrichter: Normen und Auslegungspraxis ==
+{{Anker|normen-strangauslegung}}
+Die elektrische Zusammenstellung von Modulen und Wechselrichter ist der Teil der Planung, der am engsten an Regelwerken hängt – und zugleich der, den ein Planungswerkzeug nur zum Teil abnehmen kann. EPOS-Plan prüft, ob '''Modul und Gerät elektrisch zusammenpassen''': Leerlaufspannung im kalten Fall, MPP-Fenster in beiden Temperaturfällen, Strom je MPP-Tracker, Eingangsleistung und Gerätezahl. Maßstab sind dabei ausschließlich die '''Datenblattgrenzen des gewählten Wechselrichters'''; wie im Einzelnen gerechnet wird, steht unter [[Programm Dokumentation/Berechnung/Photovoltaik#strangpruefung|Berechnung: Modul, Strang und Wechselrichter]].
+Nicht Gegenstand dieser Prüfung und Sache einer Elektrofachkraft ist alles, was darüber hinausgeht: Schutz gegen elektrischen Schlag und Brandschutz, Querschnitte der Gleichstromleitungen samt Sicherungen und Schaltern, Überspannungsschutz, Erdung und Potentialausgleich sowie Netzanschluss und Anmeldung. Eine grüne Ampel im Programm heißt: Das Gerät nimmt keinen Schaden und regelt im Fenster. Sie heißt nicht: Die Anlage ist normkonform. Den Rahmen dafür setzen im Wesentlichen '''DIN VDE 0100-712''' (Errichten von Niederspannungsanlagen – Photovoltaik-Stromversorgungssysteme), '''IEC 62548''' (Auslegungsanforderungen an Photovoltaik-Generatoren) und die Anwendungsregel '''VDE-AR-N 4105''' (Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz). Die folgenden Grundsätze geben sie dem Sinn nach wieder; verbindlich ist allein der jeweilige Normtext in der geltenden Fassung.
+'''Über die Spannung entscheidet der kalte Fall.''' Maßgeblich ist die Leerlaufspannung des Strangs bei der '''niedrigsten am Standort zu erwartenden Temperatur''', gerechnet mit dem Temperaturkoeffizienten des Modulherstellers – Kälte hebt die Spannung, und der ungünstigste Zustand ist der klare Wintermorgen, bevor der Wechselrichter zuschaltet. Liegt kein Koeffizient vor, ist ersatzweise ein pauschaler Korrekturfaktor vorgesehen; für kristallines Silizium beträgt er 1,15 auf die Leerlaufspannung unter Standardbedingungen. In der deutschen Planungspraxis verbreitet ist das feste Wertepaar '''−10 °C für den kalten und +70 °C Zelltemperatur für den heißen Fall'''; mit ihm rechnet auch EPOS-Plan. An einem Standort mit tieferen Wintertemperaturen ist der kalte Fall gesondert nachzurechnen.
+'''Der Strom bekommt einen Aufschlag.''' Gleichstromleitungen, Sicherungen und Schalter werden nicht auf den Kurzschlussstrom unter Standardbedingungen bemessen, sondern auf das '''1,25-fache''' davon: Wolkenrand- und Albedoeffekte lassen die Einstrahlung kurzzeitig über 1&nbsp;000 Watt je Quadratmeter steigen. Dieser Faktor gehört zur Bemessung der Betriebsmittel. Die Strangprüfung in EPOS-Plan enthält ihn '''nicht''' – sie vergleicht den temperaturkorrigierten Strom mit der Eingangsgrenze des Geräts und ersetzt die Leitungsberechnung nicht.
+'''Die Systemspannung begrenzt die Betriebsmittelklasse.''' Module, Leitungen, Steckverbinder und Schalter sind für eine Spannungsklasse gebaut; im Gebäudebereich sind das üblicherweise 1&nbsp;000 V Gleichspannung, bei Großanlagen 1&nbsp;500 V. Diese Grenze ist eine Eigenschaft der verbauten Betriebsmittel und nicht des Wechselrichters allein, weshalb EPOS-Plan sie nicht prüft – die Spannungsprüfung misst gegen die maximale Eingangsspannung des gewählten Geräts. Bei langen Strängen ist sie zusätzlich zu beachten.
+'''Das DC/AC-Verhältnis ist eine Wirtschaftlichkeitsfrage.''' Mehr Modulleistung an einem Wechselrichter als dessen Wechselstrom-Nennleistung ist der Regelfall und kein Mangel: Die Spitzenleistung wird nur an wenigen Stunden im Jahr erreicht, und ein knapper bemessenes Gerät arbeitet die übrige Zeit in einem besseren Teillastbereich. Der Preis dafür ist das Abregeln der Mittagsspitze. Üblich sind Verhältnisse von 1,1 bis 1,3; EPOS-Plan mahnt erst außerhalb des Bandes 1,0 bis 1,5 an und verhindert die Eingabe nicht. Bei Ost-West-Anlagen darf der Wert höher liegen, weil die Teilfelder ihre Spitzen nicht zur selben Zeit erreichen.
+'''Datenblatt und Katalog rechnen unterschiedlich.''' Datenblätter geben die Temperaturkoeffizienten meist '''relativ''' in Prozent je Kelvin an, der Modulkatalog von EPOS-Plan führt sie '''absolut''' in Volt je Kelvin und Ampere je Kelvin. Umgerechnet wird über die Werte unter Standardbedingungen:
+: <math>\beta_{\mathrm{OC}}\;[\mathrm{V/K}] = \frac{\beta_{\mathrm{rel}}\;[\%/\mathrm{K}] \cdot U_{\mathrm{OC,STC}}\;[\mathrm{V}]}{100}
+   \qquad
+   \alpha_{\mathrm{SC}}\;[\mathrm{A/K}] = \frac{\alpha_{\mathrm{rel}}\;[\%/\mathrm{K}] \cdot I_{\mathrm{SC,STC}}\;[\mathrm{A}]}{100}</math>
+Ein ungerechnet übernommener Prozentwert verschiebt die Spannungs- und Stromprüfungen um Größenordnungen. Der Import aus PVsyst-Dateien rechnet deshalb selbsttätig um, und von Hand gepflegte Werte werden beim Speichern auf Plausibilität geprüft.
 == Siehe auch ==
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 * [[Photovoltaik]] – Programmfunktion: Teilfelder, Modulleistung und Ausrichtung
 * [[Erzeuger und Speicher auswählen]] – Auswahl der Erzeuger im Programmablauf
+* [[Programm Dokumentation/Berechnung/Photovoltaik#strangpruefung|Berechnung: Modul, Strang und Wechselrichter]] – die acht Prüfregeln mit Formeln, Rechenbeispiel und Auslegungshilfe
 {{Navigation Grundlagen}}
 [[Kategorie:Grundlagen]]

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