Solaranlagen auf Dächern sind mittlerweile erschwinglich, in Neubauten üblich und in einigen Bundesländern bei Neubauten sogar verpflichtend. Die Wirkung der Anlage kann grob abgeschätzt werden: Nennleistung der Anlage in kWp multipliziert mit 1000 ergibt den jährlichen Ertrag in kWh, dieses abzüglich des jährlichen Verbrauchs ist die Energieeinsparung.

Diese überschlägige Rechnung mag für Marketingzwecke genügen und wird dazu auch oft genutzt, ist aber für eine echte Abschätzung viel zu ungenau und auch irreführend. Denn im Wohnbau ist der Energiebedarf zu der Zeit bei weitem am höchsten, wenn die Sonne kaum scheint: Im Winter. Während die im Sommer gewonnene elektrische Energie mit geringen Vergütungen ins Netz verschenkt wird.

Hier soll eine bessere Abschätzung der Ersparnis erfolgen, die den Verbrauch berücksichtigt und verwendet werden kann, um auch komplexe Solaranlagen, bestehend aus mehreren Strings (Zusammenschaltung gleicher oder ähnlicher PV-Module), zu optimieren.

Verfahren, Daten und Modell

Über das European Commission's Joint Research Centre wird das Online-Tool PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)) zur Verfügung gestellt, mit dem verschiedene Berechnungen an Solaranlagen vorgenommen werden können. Dieses beinhaltet einfach Berechnungen und z.B. Prognose monatlicher und jährlicher Erträge einfacher Solaranlagen mit einer festen Ausrichtung und Neigung wie auch den Download stundenaufgelöster Ertragsdaten aus

auswählbaren Jahren für solche Anlagen. Über ein Application Programmers Interface können diese Daten heruntergeladen und weiter verarbeitet werden. In diesen Daten ist enthalten, welchen Ertrag die vorgewählte Anlagenkonfiguration im gewählten Jahr in jeder Stunde erbracht hätte. Eine feinere Auflösung der Daten wäre wünschenswert ist aber nicht verfügbar. Mit einer feineren Auflösung könnten auch leistungsstarke aber nur kurz laufende Verbraucher, wie z.B. Durchlauferhitzer genauer betrachtet werden, diese werden im vorliegenden Modell nur durchschnittlich erfasst.

Die Verbrauchswerte können aus realen Daten ermittelt werden. Da die Anschaffung einer Solaranlage oft mit weiteren Veränderung, wie der Anschaffung eines Elektrofahrzeugs oder einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe einhergeht, werden hier nur modellhafte Annahmen gemacht. Diese Annahmen werden ebenfalls im Stundenraster vorgenommen. Um den Aufwand gering zu halten, werden alle Tage in einem Monat als gleich angenommen, jedoch die Monate unterschiedlich. So wird bspw. angenommen, dass an jedem Tag das Elektrofahrzeug zu einer bestimmten Zeit geladen wird, jedoch die Wärmepumpe nur in den Wintermonaten und dann nur zwischen beispielsweise 6 und 22 Uhr läuft. Details werden an einem konkreten Beispiel vorgestellt.

Im Folgenden soll ein Beispiel Vorgehen und Ergebnis illustrieren: Ein Eigenheim mit 4 Personen verbraucht 3600kWh Strom im Jahr, vor allem in den Abendstunden. Dazu kommt eine Wärmepumpe, die tagsüber das Haus heizt und warmes Wasser bereitet. Diese verbraucht ca. 5,kWh pro Tag für warmes Wasser im ganzen Jahr und 16kWh für die Heizung im Winter (macht ca. 50kWh Wärmeenergie am Tag). Zudem wird ein Elektroauto täglich am späten Nachmittag geladen und im Jahr ca. 20.000km bewegt. In Abbildung 1 ist der Verlauf des Verbrauchs für jeweils einen Tag in den 12 Monaten gezeigt. Deutlich ist der erhöhte Verbrauch im Winter und in den Abendstunden zu erkennen.