Programm Dokumentation/Photovoltaik

Der Dialog Photovoltaik beschreibt die PV-Anlage des Projekts über Modultyp, Modulanzahl, Neigung und Azimut. Aus den Moduldaten und den Klimadaten berechnet EPOS-Plan Einstrahlung, Zelltemperatur, temperaturkorrigierten Wirkungsgrad und Ertrag.

Wie eine PV-Anlage Strom erzeugt und welche Kennzahlen zählen, steht unter Grundlagen/Photovoltaik; diese Seite zeigt, wie EPOS-Plan die Anlage einbindet, rechnet und mit den übrigen Techniken verrechnet.

Einbindung in EPOS-Plan

Eine PV-Anlage entsteht in vier Schritten; die Felder im Einzelnen beschreiben Eingaben und Wechselrichter und Stränge.

Modul im Katalog. Administration → Energiesysteme → Photovoltaik → PV Module pflegt den Modulkatalog. Datensätze aus der CEC-Liste oder im PVsyst-Format liest Administration → Daten & Import → Photovoltaik → PV Module (CEC, PAN)... ein.
Anlage im Projekt. Auf der Startseite öffnet im Reiter Energieerzeuger die Kachel Photovoltaik den Dialog Verwaltung Photovoltaik Module. Das Modul in Module aus Datenbank wählen und In das Projekt übernehmen: Jede Übernahme legt eine eigene Anlage an, die als Zeile in ausgewählte Module steht. Für die markierte Zeile stehen im Block PV Anlage Eigenschaften die Felder Neigung [°], Azimut [°] (0° = Süden, Osten negativ, Westen positiv), der Energieträger und Anzahl Module. Gesamtleistung [kW] im Block Modul Eigenschaften zählt alle Anlagen des Projekts zusammen.
Rechenweg der Anlage. Beim Rechenmodell rechnet Einfach mit isotroper Einstrahlung und dem pauschalen WR-Wirkungsgrad (leer = 0,95), Erweitert mit anisotroper Einstrahlung nach Hay-Davies, einem Schwachlichtmodell und einer Wechselrichterkennlinie. Die Zelltemperatur folgt in beiden Modellen aus Außentemperatur, Einstrahlung und dem NOCT-Wert des Moduls. Systemverluste [%] mindern jede Stunde um denselben Anteil (leer = 0 %). Ein Gerät aus dem Katalog mit Strängen und Clipping rechnet im Weg mit Wechselrichter, siehe Wechselrichter.
Simulationskonfiguration. In Schritt ① der Ansicht Simulation steht die Photovoltaik in der Gruppe Stromerzeuger. Solange die Kaskade nicht von Hand gepflegt ist, setzt das Programm eine vorhandene PV-Anlage beim Öffnen selbst auf diesen Platz; sonst einblenden, + aufnehmen und Konfiguration speichern. Alle PV-Anlagen des Projekts rechnen gemeinsam auf diesem einen Platz (Simulation).

Teilfelder. Eine Dachfläche mit anderer Ausrichtung wird eine eigene Anlage – dasselbe Modul ein zweites Mal übernehmen – oder, im Weg mit Wechselrichter, ein Strang mit eigener Neigung und eigenem Azimut. Teilen sich Dachflächen einen Wechselrichter, müssen es Stränge derselben Anlage sein: Jede Anlage rechnet nur ihre eigenen Geräte. Den Ertrag aller Anlagen addiert der Lauf Stunde für Stunde.

Den Strom einer Stunde verteilt der Projektlauf so:

Aufteilung des PV-Stroms im Projektlauf

Photovoltaik
Ertrag der Stunde nach Wechselrichter

① gleichzeitig

Strombedarf
Profil oder Messdaten

Wärmepumpe
mit Heizstab, dazu Elektrokessel und Kälte

② Überschuss

Stromspeicher
lädt mit der Ladequelle „PV-Überschuss“

③ Rest

Netz
Einspeisung

Prinzipbild. Strombedarf und Wärmepumpe derselben Stunde bilden eine Summe ohne Vorrang; den Strom eines BHKW zieht der Lauf schon vor der Photovoltaik vom Bedarf ab.

Beispiel

Beispielanlage A – Mehrfamilienhaus (Bestand, teilsaniert): 12 Wohnungen, Haushaltsstrom 30 MWh im Jahr, Luft-Wasser-Wärmepumpe A mit Kessel 1 als Spitzenlast für 80 MWh Heizwärme und 20 MWh Trinkwarmwasser, Stromspeicher 1 mit 20 kWh. Auf dem Süddach stehen 30 kWp; dieselbe Anlage auf zwei Dachflächen im Weg mit Wechselrichter zeigt Wechselrichter: Beispiel.

Dialog	Feld	Wert	Warum
Verwaltung Photovoltaik Module	Module aus Datenbank, dann In das Projekt übernehmen	Modul 1, 400 W	eine Übernahme ist eine Anlage
Verwaltung Photovoltaik Module, PV Anlage Eigenschaften	Neigung [°]	30	Satteldach
	Azimut [°]	0	Süddach
	Energieträger / Art	vorbelegt lassen	der Stromträger des Projekts; mit ihm bewertet die Wirtschaftlichkeit den Strom
	Anzahl Module	75	75 × 400 W = 30 kWp; Gesamtleistung [kW] zeigt 30
	Rechenmodell	Erweitert	genauere Einstrahlung; der WR-Wirkungsgrad ist dann gesperrt
	Systemverluste [%]	3	Verschmutzung und Leitungen; leer rechnet mit 0 %
Verwaltung Photovoltaik Module, Wechselrichter und Stränge	Option	vereinfacht	das Gerät wird ausgelegt, wenn die Größe steht
Standard Stromprofil (Startseite, Reiter Strombedarf, Kachel Standardlastprofil)	Haushaltsprofil aus Datenbank Strombedarf übernehmen; unter Ändern des Jahresverbrauchs neuer Wert, dann Übernehmen	30 MWh	Haushaltsstrom der zwölf Wohnungen
Simulation, ① Konfiguration	Gruppe Stromerzeuger: Photovoltaik	aufgenommen	ohne Platz rechnet keine PV-Anlage
	Gruppe Energiespeicher: Stromspeicher	aufgenommen	Speicher 1 lädt aus dem Überschuss; Einstellungen unter Stromspeicher
	Karte der Wärmepumpe: Betriebsmodus	Laufzeitoptimiert - maximale Leistung (Vorgabe); als Variante PV-optimiert	die Variante zeigt, wie viel Überschuss die Wärmepumpe in Speicher 1 bringt

Was zu erwarten ist. In Deutschland liefert eine Süd-Anlage in der Größenordnung von 900 bis 1 000 kWh je kWp, hier also rund 27 bis 30 MWh. Mit rund 30 MWh Wärmepumpenstrom (Jahresarbeitszahl um 3) braucht das Haus etwa doppelt so viel: Der größte Teil bleibt im Haus, Überschuss entsteht von April bis September mittags, und der Speicher trägt einen Teil davon in den Abend.

Beispielanlage A: PV-Ertrag je Monat und seine Verwendung

MWh je Monat

0,7

Jan

1,3

Feb

2,3

Mär

3,2

Apr

3,8

Mai

3,8

Jun

3,9

Jul

3,5

Aug

2,6

Sep

1,9

Okt

1,0

Nov

0,6

Dez

direkt genutztin den Stromspeicher geladeneingespeist

Beispielwerte, gerundet – vereinfachte Überschlagsrechnung, kein Ergebnis von EPOS-Plan. Im Jahr rund 28,5 MWh: 59 % direkt genutzt, 12 % über den Speicher, 29 % eingespeist.

Wo Sie es prüfen.

Ergebnisseite (Schritt ③), Reiter Photovoltaik: Gesamte Stromerzeugung der Module, davon direkt genutzt, Überschuss, Strombedarf, Reststrombedarf und Strombedarfsdeckung, darunter je Anlage die Modultabelle. Im Diagramm blendet der Schalter Speicherfüllstand den Ladezustand des Stromspeichers auf einer zweiten Achse ein.
Reiter Stromspeicher: Einspeisung ohne Speicher und Einspeisung mit Speicher, Netzbezug ohne Speicher und Netzbezug mit Speicher, Eigenverbrauchsquote (mit Speicher) und Autarkiegrad (mit Speicher).

Zusammenspiel mit anderen Technologien

Rangfolge des PV-Stroms

Der Projektlauf rechnet erst die Wärmeseite, dann die Photovoltaik und zuletzt den Stromspeicher. Für jede Stunde gilt:

Strombedarf: das Stromprofil des Projekts plus der Strom der Wärmeseite – Wärmepumpe mit Heizstab, Elektrokessel und Kälte. Den Strom eines BHKW zieht der Lauf schon auf der Wärmeseite davon ab.
Direktverbrauch: Die PV deckt, was von diesem Bedarf in derselben Stunde übrig ist. Haushalt und Wärmepumpe haben dabei keinen Vorrang voreinander.
Überschuss: Der Rest der Erzeugung lädt den Stromspeicher, sofern dessen Ladequelle PV-Überschuss an ist; was dann noch bleibt, geht als Einspeisung ins Netz.
Netzbezug: Fehlt Strom, entlädt der Speicher; den Rest bezieht das Projekt aus dem Netz.

Technik	Wirkung auf die PV	Wirkung der PV	So rechnet EPOS-Plan
Wärmepumpe	erhöht den gleichzeitigen Bedarf, vor allem im Winter	deckt Wärmepumpenstrom, der in dieselbe Stunde fällt	Wärmepumpen- und Heizstabstrom gehören zum Strombedarf der Stunde; nach der PV richtet sich die Wärmepumpe nur im Betriebsmodus PV-optimiert
Wärmepumpe im Betriebsmodus PV-optimiert	nimmt Überschuss auf und lädt damit den Pufferspeicher	mehr Direktverbrauch mittags	Der Lauf bestimmt den PV-Überschuss je Stunde vorab (Ertrag minus übriger Bedarf). In Stunden mit Überschuss fährt die Wärmepumpe erhöhte Leistung, begrenzt auf ihn, und lädt den Speicher, am Puffer in der Reihenfolge Bei PV-Überschuss (Ladeverhalten); sonst arbeitet sie leistungsoptimiert
Heizstab, Elektrokessel	erhöhen den Bedarf	–	Verbraucher, keine Überschussverbraucher: Der Heizstab deckt die Wärme, die die Wärmepumpe offen lässt, unabhängig vom PV-Ertrag
BHKW	deckt Strombedarf vor der PV	weniger Direktverbrauch, mehr Überschuss	BHKW-Strom mindert den Bedarf vor der PV-Verrechnung; sein Überschuss steht getrennt, zählt nicht als PV-Einspeisung und lädt den Stromspeicher nur mit der Ladequelle BHKW-Überschuss
Stromspeicher	nimmt Überschuss auf	verschiebt PV-Strom in den Abend	je Viertelstunde, siehe Stromspeicher
Lastspitzenkappung	–	senkt die Netzlast, wenn die Sonne zur Spitze scheint	gekappt wird am Netzanschluss: Last minus PV minus BHKW

Den eingespeisten Strom bewertet die Wirtschaftlichkeit mit der Vergütung unter PV-Vergütung; Eigenverbrauchsquote und Einspeiseanteil kommen dort aus der Stundensimulation.

Fallstricke

Angelegt, aber nicht aufgenommen. Ohne Platz rechnet die Photovoltaik nicht: Das Laufprotokoll meldet „… ist im Projekt angelegt, aber nicht in die Simulation aufgenommen …“, und ein Stromspeicher rechnet ohne Erzeugung. Abhilfe: in Schritt ① einblenden, + aufnehmen, Konfiguration speichern.
PV-optimiert ohne Photovoltaik. Steht keine Photovoltaik auf dem Platz Stromerzeuger, arbeitet die Wärmepumpe leistungsoptimiert; die Konfiguration meldet das bei der Wahl des Modus.
Überschuss im Reiter Photovoltaik. Ohne aktive Projektflotte ist das der Überschuss vor der Speicherladung, während Reststrombedarf die Entladung schon abzieht. Die Einspeisung mit Speicher steht im Reiter Stromspeicher.
Autarkie Analyse mit theoretischem Speicher. Kachel und Monatsbild des Blatts Autarkie Analyse (Reiter Ergebnis) rechnen mit dem Feld Theoretischer Speicher (PV) (kWh) – vorbelegt mit der Kapazität der Stromspeicher des Projekts, ohne Stromspeicher mit 5 kWh – und mit Vorgabewerten (Leistung gleich Kapazität, Band 10 bis 90 %, Umlaufwirkungsgrad 0,90, nur aus PV geladen). Die Zahl wird nicht gespeichert und ändert den Lauf nicht; maßgeblich ist der Reiter Stromspeicher.
Stundenraster. Die Klimadaten sind Stundenwerte: Der PV-Ertrag ist innerhalb der Stunde gleich verteilt, und den Direktverbrauch verrechnet EPOS-Plan gegen den mittleren Bedarf der Stunde. Stromspeicher und Lastspitzenkappung rechnen je Viertelstunde mit diesem gleich verteilten Ertrag.
Keine Verschattung. EPOS-Plan rechnet ohne Horizont und ohne Verschattung durch Nachbargebäude, Bäume oder Modulreihen. Ein Abschlag über Systemverluste [%] mindert jede Stunde gleich und trifft die Tageszeit einer Verschattung nicht.
mit Wechselrichter ohne Gerät. Der Weg rechnet nur, wenn mindestens eine Strangzeile ein Gerät führt; sonst rechnet die Anlage vereinfacht, und das Protokoll sagt es. Stränge ohne Gerät rechnen nicht mit.
Keine Einspeisegrenze. Die Photovoltaik begrenzt nur am Wechselrichter (Clipping); eine Netzeinspeisegrenze kennt allein die Projektflotte (Netz und Planung).
Keine Alterung im Stundenlauf. Die Degradation [%/a] der PV-Vergütung wirkt nur in der Erlösreihe der Wirtschaftlichkeit.

Eingaben

Katalogliste – Module aus Datenbank lässt sich je Spalte filtern, etwa in der Spalte Hersteller; eine eigene Herstellerklappliste gibt es nicht.
Modul-Eigenschaften – Hersteller und Modul Leistung [W] in Watt; aus dem Katalogeintrag stammen außerdem Fläche, Wirkungsgrad und Temperaturkoeffizient.
PV-Anlage-Eigenschaften – Name, Beschreibung, Anzahl der Module und die daraus folgende Gesamtleistung in kW.
Ausrichtung – Neigung und Azimut in Grad.
Mehrere Teilfelder – eine Dachfläche mit anderer Ausrichtung wird eine weitere Anlage oder, im Weg mit Wechselrichter, ein Strang mit eigener Neigung und eigenem Azimut (Teilfelder).
Modul Bearbeiten… und Modul Löschen – pflegen den Katalog der PV-Module.
Energieträger – im Anlagenblock der markierten Projektzeile wird der Träger in zwei Stufen gewählt: Energieträger benennt die Gruppe (etwa Strom), Art den Träger dieser Gruppe (etwa Elektrische Energie). Vorbelegt ist der Stromträger des Projekts. Beim reinen Katalogsatz erscheint die Wahl nicht.

Wechselrichter und Stränge

Der Abschnitt bietet zwei Wege: vereinfacht rechnet mit den Pauschalen der Anlage ohne Wechselrichter, mit Wechselrichter mit Katalog, Strängen, Kennlinie und Clipping.

Wechselrichter aus dem Katalog – das Auswahlfeld führt die Geräte nach derselben Bewertung und in derselben Reihenfolge wie Wechselrichter vorschlagen, gerechnet mit den Auslegungstemperaturen des Projekts: geeignete Geräte zuerst, mit DC/AC-Verhältnis und Zahl der nötigen Geräte im Text (etwa Wechselrichter 1 — geeignet · DC/AC 1,10 · 1 Gerät), danach bedingte und ungeeignete Geräte mit ihrem wichtigsten Grund in Kurzform (etwa bedingt: 6 Geräte nötig oder ungeeignet: Strangstrom 13,7 A > 12,0 A). Nach einer Änderung der Auslegungstemperaturen ordnet sich die Liste neu. Das gewählte Gerät bekommt der nächste Strang; in der Tabelle lässt es sich je Strang ändern. Die Klapplisten der einzelnen Zeilen bleiben alphabetisch, denn dort steht das Gerät eines Strangs, die Bewertung gilt dem ganzen Modulfeld.
Wechselrichter vorschlagen – die Schaltfläche neben dem Auswahlfeld prüft jedes Gerät des Katalogs, das der Herstellerfilter zeigt, für das Modulfeld der Anlage und listet sie in einem eigenen Fenster: Bewertung (geeignet, bedingt oder ungeeignet) mit Grund, DC/AC-Verhältnis, Aufteilung als Geräte × (Stränge × Module in Reihe), Leerlaufspannung im kalten Fall gegen die Höchstspannung des Geräts und die Lage der MPP-Spannung im MPP-Fenster. Geeignet heißt: alle Module finden einen Strang, alle Spannungsgrenzen sind geprüft, DC/AC liegt zwischen 1,0 und 1,3. Bedingt nennt den Abstrich – DC/AC über 1,3, Module ohne Strang, mehr als vier Geräte für das Feld, nicht gepflegte Grenzen des Geräts oder eine fehlende Anzahl MPPT im Katalog (Katalogwerte unvollständig (1 Tracker angenommen) – gerechnet wird dann mit einem MPP-Tracker); ungeeignet nennt, warum keine Aufteilung möglich ist. Fehlt dem Gerät der Kurzschlussstrom je MPPT, gilt der Betriebsstrom als Stromgrenze, und ein Gerät, das daran scheitert, trägt zusätzlich den Vermerk Katalogwerte unvollständig (Betriebsstrom als Grenze). Geeignete Geräte stehen oben, darunter geordnet nach der Nähe des DC/AC-Verhältnisses zu 1,1…1,2 und nach der Zahl der Geräte. Eine Zeile anklicken und Übernehmen setzt das Gerät in das Auswahlfeld und den Herstellerfilter auf dessen Hersteller; danach füllt Auslegung vorschlagen die Strangtabelle. Abbrechen lässt alles unverändert; gespeichert wird in beiden Fällen nichts. Ohne Modul oder Modulzahl der Anlage ist die Schaltfläche gesperrt, ein Klick nennt dann den Grund.
Strangtabelle – je Zeile Rang, Bezeichner, Wechselrichter, Modul, Gerät, MPPT, Module in Reihe, Stränge parallel sowie Neigung und Azimut. Gerät und MPPT sind Nummern, leer heißt 1: Stränge mit derselben Gerätenummer hängen an einem Wechselrichter, ein zweiter Wechselrichter desselben Typs bekommt Gerät 2. Ein leeres Modulfeld bedeutet: Der Strang rechnet mit dem Modul der Anlage. Die Klappliste Modul bietet neben (Modul der Anlage) nur die Module, die dem Projekt oben in der Liste der ausgewählten Module zugeordnet sind; wer ein Modul zuordnet oder entfernt, findet die Liste sofort angepasst. Trägt ein Strang ein Modul, das nicht mehr im Projekt ist, steht es mit dem Zusatz (nicht mehr im Projekt) da und rechnet weiter, bis ein anderes gewählt wird.
Auslegungstemperaturen – die zwei Zelltemperaturen, mit denen die Ampel und die Vorschläge rechnen: kalt und heiß in °C, Vorgabe −10 und +70. Eine Zeile darunter nennt die gerade geltenden Werte. Der Knopf Vorschlag aus Klimadaten übernehmen schlägt aus dem Klimadatensatz des Projekts eigene Werte vor – kalt aus dessen Jahresminimum der Außentemperatur, heiß aus dessen Jahresmaximum und der Nennbetriebstemperatur des Anlagenmoduls – und übernimmt sie erst auf erneuten Klick.

Die Ampel

Zu jedem Strang und zu jedem Gerät prüft das Programm die Auslegung und zeigt das Ergebnis als farbigen Satz – grün, gelb oder rot. Geprüft wird je Strang die Leerlaufspannung im kalten Fall und das MPP-Fenster im heißen wie im kalten Fall, je Gerät der Eingangsstrom und die Strangzahl an jedem MPP-Tracker, das Verhältnis von Modulleistung zu Wechselrichterleistung (DC/AC, zulässig 1,0 bis 1,5), die DC-Eingangsleistung sowie die Summe der Module gegen die Anzahl Module der Anlage. Fehlt ein Katalogwert, wird die betroffene Prüfung gelb und nennt den fehlenden Wert.

Kurzschlussstrom je MPPT – der Wechselrichter-Gerätedialog führt zusätzlich das optionale Katalogfeld max. Kurzschlussstrom je MPPT [A]. Ist es gepflegt, unterscheidet die Stromprüfung zwei Farben: rot, wenn der Trackerstrom diesen Kurzschlussstrom übersteigt (das Gerät kann Schaden nehmen), gelb, wenn er nur den Betriebsstrom (max. DC-Strom je MPPT) übersteigt („Leistung wird abgeregelt"). Ohne das Feld gilt die rote Grenze am Betriebsstrom.
Meldungen – die Sätze nennen die Diagnose und, wo nötig, die Folge: etwa $U_{o c}$ (−10 °C) … V > … V — der Wechselrichter kann bei Frost und Sonne Schaden nehmen, MPP im Sommer … V < … V — der Strang regelt ab, DC/AC … liegt außerhalb 1,0…1,5 oder Modulsumme … weicht von „Anzahl Module" … ab.
passend wären … – hinter jeder roten oder gelben Meldung steht der Bereich, der passen würde: passend wären 17…18 Module in Reihe am Strang, passend wären 12…16 Module je Gerät am Gerät. Passt zu einem Gerät überhaupt keine Reihenlänge, sagt der Satz auch das.
Auslegung vorschlagen – die Schaltfläche neben Strang anlegen füllt die Strangtabelle aus der Auslegungshilfe: Module in Reihe, Stränge parallel je MPP-Tracker und die Gerätenummer, gleich lange Stränge und gleich belegte Geräte. Der Vorschlag ersetzt die vorhandenen Zeilen, denn er teilt das ganze Modulfeld auf; eine Zeile darunter nennt das Ergebnis („Vorschlag: … — die Strangtabelle wurde ersetzt"). Neigung und Azimut bleiben leer und gelten damit als Anlagenwert. Kommt kein Vorschlag zustande, bleibt die Tabelle unverändert und eine Warnung nennt den Grund. Die Schaltfläche ist gesperrt, solange Gerät, Modul oder Modulzahl fehlen; ein Klick nennt dann, was fehlt.

Beim Start der Simulation stehen dieselben Sätze zusätzlich in den Hinweisen zum Lauf – rote Meldungen als Warnung, gelbe als Hinweis; das verhindert die Berechnung nicht.

Nicht geprüft werden Verschattung, Kabel- und Anschlussverluste sowie gemischte Ausrichtungen an einem Tracker; die Ampel ist Prüfung und Rat, kein Rechenergebnis.

Siehe auch

Zusammenspiel mit anderen Technologien – Strombilanz und Eigenverbrauch
Grundlagen/Photovoltaik – die fachlichen Hintergründe
Stromspeicher – Speicherung des Überschusses
Wechselrichter – Gerät, Stränge und Clipping

Berechnung

Einstrahlung, Modultemperatur, Wechselrichter und Einspeisung stehen unter Berechnung: Photovoltaik.