Wie viel Strom kann eine Photovoltaikanlage für Privathaushalte pro Jahr erzeugen?

Nehmen wir das 60 Quadratmeter große Dach als Beispiel:

Die Förderung von Photovoltaikanlagen für Privathaushalte in Städten gestaltet sich derzeit schwierig, da die meisten Haushalte dort nicht über die nötige Dachfläche für die Photovoltaik verfügen. Die Anlagen eignen sich daher nur für ländliche Gebiete und freistehende Häuser oder Villen. Die nutzbare Dachfläche eines durchschnittlichen Haushalts beträgt 60 Quadratmeter, was vergleichsweise großzügig bemessen ist. Wie hoch ist also die maximale installierte Leistung eines 60 Quadratmeter großen Daches? Wie viel Strom kann täglich erzeugt werden?

Aktuell verwenden Photovoltaikanlagen für Privathaushalte in der Regel monokristalline und polykristalline Siliziummodule. Die gängige Spezifikation beträgt 36 V 280 W, und die Fläche eines einzelnen Moduls liegt bei etwa 1.8 Quadratmetern. Die quadratischen Photovoltaikmodule sind in verschiedenen Strängen parallel geschaltet. Bei der Installation ist auf einen geeigneten Neigungswinkel und die korrekte Ausrichtung der Sonneneinstrahlung zu achten. Die einzelnen Stränge sollten zudem versetzt angeordnet sein, um eine gegenseitige Beeinflussung durch Sonneneinstrahlung zu vermeiden.

Gleichzeitig sollten zur Erleichterung von Reinigung und Wartung Gänge zwischen den Photovoltaikmodulen freigelassen werden. Daher empfiehlt sich für ein 60 Quadratmeter großes Dach eine sinnvolle Anzahl von 20 Photovoltaikmodulen mit einer installierten Leistung von 5.6 kW und einer Gesamtfläche der Photovoltaikmodule von 36 Quadratmetern.

Dies wird hauptsächlich durch Faktoren wie den photoelektrischen Wirkungsgrad der Photovoltaikmodule, die Sonnenscheindauer und den Installationsneigungswinkel bestimmt.

Der sogenannte photoelektrische Wirkungsgrad eines Photovoltaikmoduls bezeichnet das Verhältnis der maximalen Ausgangsleistung des Moduls zur einfallenden Sonnenenergie unter Standardtestbedingungen. Gemäß den am 8. Juni 2015 gemeinsam von der Nationalen Energieverwaltung, dem Ministerium für Industrie und Informationstechnologie und der Nationalen Zertifizierungs- und Akkreditierungsbehörde herausgegebenen „Stellungnahmen zur Förderung der Anwendung fortschrittlicher Photovoltaik-Technologieprodukte und zur industriellen Modernisierung“ wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der photoelektrische Wirkungsgrad von Batteriekomponenten aus polykristallinem Silizium bzw. monokristallinem Silizium mindestens 15.5 % bzw. 16 % betragen muss.

Unter Standard-Sonneneinstrahlungsbedingungen (1000 W/m²) beträgt die tatsächliche Leistung der quadratischen Photovoltaik-Modulanordnung 5.6 kW / 0.16 = 3.5 kW. Die effektive Solarstromerzeugungszeit wird anhand der idealen 6 Stunden (10:00–16:00 Uhr) berechnet, wodurch eine tägliche Stromerzeugung von 21 kWh möglich ist. Hochgerechnet auf 240 Tage im Jahr (20 Tage effektive Solarstromerzeugungszeit pro Monat) ergibt sich eine Gesamtstromerzeugung von 5040 kWh.

Ein wichtiger Bestandteil einer Photovoltaikanlage ist die Trägerkonstruktion. Die Tragfähigkeit der Dachkonstruktion ist der Hauptfaktor für die Installation des Photovoltaiksystems. Erfüllt sie nicht die erforderlichen Spezifikationen, muss das Gebäude verstärkt werden, um seine Sicherheit und Stabilität zu gewährleisten. Vor der Montage der Trägerkonstruktion sind außerdem Maßnahmen wie die Instandhaltung der Dachbeschichtung und die Abdichtung zu beachten. Gleichzeitig beeinflussen umliegende Hindernisse wie große Bäume und benachbarte Gebäude die Zeit, in der die Photovoltaikmodule Sonnenstrahlung aufnehmen können, und damit die Effizienz der Stromerzeugung.

Hauseigene Photovoltaikanlagen werden über zwei verschiedene Netzanschlussarten an das öffentliche Stromnetz angeschlossen: einphasig mit 220 V oder dreiphasig mit 380 V Wechselstrom. Bei einphasigem 220-V-Netzanschluss können in der Regel Wechselrichter mit einer Leistung von 3 kW oder 5 kW gewählt werden; bei dreiphasigem 380-V-Netzanschluss hingegen Wechselrichter mit einer Leistung von über 10 kW.