Es geht voran! Gute Neuigkeiten für die BERR und ihre Mitglieder! Das Solarpaket I wurde am 26. April 2024 vom Bundestag und Bundesrat verabschiedet. Damit wird der Bau von Solarstromanlagen von nun an einfacher und unbürokratischer. Wir fassen kurz zusammen, welche Regelungen in Kraft treten und wie diese sich auf die BERR auswirken!

Bis 2035 soll laut dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz die Stromversorgung gänzlich durch erneuerbare Energien erfolgen. Dazu wird der Ausbau von PV-Anlagen jährlich erhöht, wobei das Ziel von 9 Gigawatt Solarleistung im Jahr 2023 mit 14,6 Gigawatt sogar übertroffen wurde. Mit dem Solarpaket I wird es nun noch einfacher, diese Ziele einzuhalten!

Die wichtigsten Neuerungen

Das Gesetz zur Änderung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) und weiterer energiewirtschaftsrechtlicher Vorschriften zielt darauf ab, den Bau und Betrieb von Solarstromanlagen zu vereinfachen und zu entbürokratisieren. Im Vergleich zum Entwurf aus dem Vorjahr wurden zusätzliche Regelungen zur Batteriespeicherung, Gemeinschaftsversorgung mit Solarstrom und deutschlandweit einheitliche technische Anschlussbedingungen aufgenommen. Einziger Wermutstropfen ist das Fehlen von Regelungen zum Thema Energy Sharing.

Besondere Förderung von Agri-PV und Parkplatzüberdachung 

Die kombinierte Nutzung von Flächen für Landwirtschaft und PV-Freiflächenanlagen sowie die Installation von Solarstromanlagen auf Parkplätzen werden besonders gefördert. Bei einer Zusatzvergütung von 2,5 ct pro kWh wird die BERR noch mehr in Freiflächen investieren können.

Unkomplizierte Nutzung von Balkonkraftwerken

Die Inbetriebnahme von Photovoltaik-Anlagen auf dem Balkon wird für Bürgerinnen und Bürger deutlich einfacher und schneller möglich. Zum Beispiel entfällt die Anmeldung beim Netzbetreiber, da diese automatisch von der Bundesnetzagentur übernommen wird. Außerdem muss zur Installation eines Balkonkraftwerks kein Zweirichtungszähler (digitaler Stromzähler) eingerichtet werden. Als Übergang reicht völlig ein alter Ferraris-Zähler. Und auch die Leistung der Balkonsolaranlagen darf nun erhöht werden. Bei einer Leistung bis zu 2 Kilowatt und einer Wechselrichterleistung von bis zu 800 Voltampere reicht eine einfache Anmeldung. Letztlich muss noch eine Norm für den Schukostecker (Schutzkontaktstecker) mit den Verbänden erarbeitet werden. Denn zukünftig soll eine Inbetriebnahme mit dem herkömmlichen Stecker genügen, was wiederum die Anschaffung erheblich erleichtert. 

Gemeinschaftliche Gebäudeversorgung

Um Haushalten in Mehrfamilienhäusern den Zugang zu günstigerem Solarstrom zu ermöglichen, wird die „Gemeinschaftliche Gebäudeversorgung“ eingeführt. Diese ermöglicht es, dass mehrere Haushalte hinter dem Netzanschlusspunkt denselben Solarstrom nutzen können. Der Abschluss eines günstigen Ergänzungstarifs für Mieter und Mieterinnen zur Abdeckung des Stroms, der nicht von PV-Anlagen stammt, soll ebenfalls erleichtert werden.

Verbesserungen beim Mieterstrom

Mieterstrom soll künftig auch auf Gewerbegebäuden und Nebenanlagen gefördert werden, wenn der erzeugte Strom sofort verbraucht wird. Dazu können auch mehrere Anlagen zusammengefasst werden. Zusammen mit dem virtuellen Summenzähler werden Mieterstromkonzepte nun auch wirtschaftlicher!

Weniger Bürokratie bei Solarstrom im Gewerbe

Anlagenbetreiber von Solaranlagen mit einer installierten Leistung von mehr als 100 Kilowatt müssen künftig ihre Überschussmengen ohne Vergütung, aber auch ohne Direktvermarktungskosten an die Netzbetreiber weitergeben. Anlagenbetreiber mit einem hohen Eigenverbrauch werden sich über diese Regelung freuen.

Blick in die Zukunft

Die Bundesgeschäftsstelle Energiegenossenschaften beim DGRV hat sich intensiv in den Prozess eingebracht und wird weiterhin im Interesse der Energiegenossenschaften am Gesetzgebungsprozess zum Solarpaket I teilnehmen. Der Fokus liegt dabei auf der schnellen Umsetzung von Energy Sharing in Deutschland und auf einer höheren Vergütung für Anlagen in der Überschusseinspeisung.

Mit dem Solarpaket I werden wichtige Schritte unternommen, um den Ausbau der Solarstromerzeugung in Deutschland voranzutreiben und bürokratische Hürden abzubauen. Dies wird nicht nur dazu beitragen, die Energiewende voranzutreiben, sondern auch die Bürgerinnen und Bürger ermutigen, aktiv an der Erzeugung erneuerbarer Energien teilzunehmen.

Das Bündnis Bürgerenergie (BBEn) e.V. sieht sich in seinem 10-jährigen Jubiläumsjahr mit einem neu gewählten und erweiterten Vorstand gut aufgestellt und diskutiert vor der Rekordkulisse von 250 Teilnehmenden auf dem Bürgerenergie-Konvent 2024 mit Spitzenvertretern aus Politik, Wissenschaft und Bürgerenergie-Praxis in Berlin. Die prominenten Expert*innen Claudia Kemfert und Volker Quaschning wurden erneut in den fachlichen Beirat des Bündnis Bürgerenergie gewählt. Das BBEn begrüßt die Verabschiedung des Solarpakts am Freitag, das wichtige Verbesserungen für die Bürgerenergie enthält, für die sich Bündnis Bürgerenergie (BBEn) erfolgreich eingesetzt hat.

Das Bündnis Bürgerenergie (BBEn) e.V. hat am vergangenen Wochenende seine Mitgliederversammlung und den Bürgerenergie-Konvents 2024 im Festsaal der Berliner Stadtmission abgehalten. Im Zentrum der Mitgliederversammlung stand die Neuwahl Vorstands und Wahlen weiterer Gremien. Am Bürgerenergie-Konvent, dem großen Vernetzungstreffen der Bürgerenergie, wurden aktuelle politische Entwicklungen und Rahmenbedingungen für die Bürgerenergie und die Praxis der Bürgerenergie diskutiert. In diesem Jahr nahmen in Berlin rund 250 Menschen teil.

Auf dem Programm standen Keynotes von Sven Giegold (Staatssekretär im Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz), Volker Quaschning (Professor HTW Berlin, Experte für regenerative Energiesysteme) und Christoph Rinke (Vorstand der BürgerEnergie Berlin eG), eine Podiumsdiskussion im Fishbowl-Format mit den Bundestagsabgeordneten Tina Rudolph (SPD), Bernhard Herrmann (Grüne) und Konrad Stockmeier (FDP), gute Beispiele aus Praxis der Bürgerenergie sowie 12 interaktive Workshops zu aktuellen Themen und Herausforderungen der Bürgerenergie. Und auch das 10-jährige Jubiläum des BBEn wurde mit einem Rückblick mit alten Weggefährt*innen, einer großen Torte und ausgelassenen Geburtstagsparty angemessen begangen.

Jochen Scherrer, der Vorstandsvorsitzende der BERR konnte mit Sven Giegold (Staatssekretär im Wirtschaftsministerium) unter anderem über die „unmöglichen“ KfW-Konditionen diskutieren. Er erfuhr bei diesem Gespräch, dass die Grundlagen für die Zinsgestaltung gerade aufgrund unserer Intervention in der EU-Kommission neu erarbeitet werden.

https://www.buendnis-buergerenergie.de/konvent/konvent-2024/programm

Außerdem wurde das neue gemeinsame Beratungsangebots des BBEn und des Netzwerks Energiewende jetzt e.V. auf dem Konvent präsentiert. Während der Präsentation betrat plötzlich ein Zauberer den Saal, ging auf die Bühne und beeindruckte schließlich die Teilnehmenden mit Zauberkunststück. Doch weil gute Beratung eben keine Zauberei ist, stellten sich die Beratungsteams von NEWJ und BBEn sich und ihre Beratungsleistungen vor.

Weil die Bürgerenergie vor allem vom ehrenamtlichen Engagement lebt, ergeben sich bei der Gründung oder Weiterentwicklung einer Bürgerenergiegemeinschaft viele Fragen. Organisationsentwicklung, neue Geschäftsfelder oder die Zusammenarbeit mit Kommunen sind große Herausforderungen, bei denen die Beratungsteams von NEWJ und BBEn Bürgerenergiegemeinschaften mit kompetenter Beratung zu Seite stehen möchte. 

Weitere Infos BBEn: https://www.buendnis-buergerenergie.de/buendnis/beratung

Weitere Infos NEWJ: https://www.energiegenossenschaften-gruenden.de/coaching-und-beratung.html

Auf der Mitgliederversammlung des Bündnis Bürgerenergie (BBEn) e.V., die im Vorfeld des Bürgerenergie-Konvents stattfand (Freitag, 26. Apri, 10 -12 Uhr), wurde der Vorstand neu gewählt und einzelne Mitglieder für den Aufsichtsrat und der Rat neu gewählt.

Der bisher zweiköpfige Vorstand wurde auf vier Personen erweitert. Die bisherigen Vorstandsmitglieder Katharina Habersbrunner und Malte Zieher wurden wiedergewählt, neu in den Vorstand gewählt wurden Lydia Takit und Martin Bialluch.

Claudia Kemfert, Volker Quaschning, Susanne Jung und Kristina Wittig wurden in den Rat für Bürgerenergie, den fachlichen Beirat des Bündnisses Bürgerenergie, gewählt. Svea Balzer für Green Planet Energy in den Aufsichtsrat.

Über das BBEn:

Das Bündnis Bürgerenergie (BBEn) e.V. setzt sich für die dezentrale Energiewende in Bürgerhand ein. Mit über 300 Mitgliedern vereint es über 500.000 Energiebürger*innen aus ganz Deutschland, die sich einzeln als Privatpersonen, gemeinschaftlich als Genossenschaftsmitglieder oder als Mitglieder in Organisationen für eine Stärkung der Energiewende in Bürgerhand engagieren. Diese Menschen eint die Überzeugung, dass die Energiewende nur mit breiter Verankerung der Bürgerenergie erfolgreich fortgeführt werden kann

Da kommt Freude auf: die BERR wurde zur Genossenschaft des Monats ernannt! Diese außergewöhnliche Anerkennung hat uns der Deutsche Genossenschafts- und Raiffeisenverband e.V. verliehen und darauf können wir stolz sein. Als Zeichen der Wertschätzung führte der Verband ein inspirierendes Interview mit unserem Vorstandsvorsitzenden Jochen Scherrer.

Die Bedeutung des DGRVs

Der Deutsche Genossenschafts- und Raiffeisenverband e.V. (DGRV) ist eine treibende Kraft bei der Förderung und Unterstützung von Genossenschaften, sowohl innerhalb Deutschlands als auch auf internationaler Ebene. Als Dachverband fungiert der DGRV als wichtige Prüfstelle und vertritt genossenschaftliche Interessen gegenüber politischen Entscheidungsträgern. Seine Expertise im Bereich Wirtschaftsprüfung und Finanzmarktaufsicht stellt der Verband all seinen Mitgliedern zur Verfügung. Besonders im Bereich der Energiewirtschaft spielt der DGRV aber auch eine maßgebliche Rolle, indem er sich für stabile Rahmenbedingungen für Energiegenossenschaften einsetzt und für eine partizipative Energiepolitik eintritt.

Der DGRV und Deutschlands Energiegenossenschaften

Die Bundesgeschäftsstelle Energiegenossenschaften des DGRV ist die zentrale Anlaufstelle für Mitglieder, Institutionen, und die Öffentlichkeit. Sie fördert den Austausch und die Vernetzung von Mitgliedern mit relevanten Akteuren und internationalen genossenschaftlichen Netzwerken. Mit 877 Energiegenossenschaften, die insgesamt 220.000 Mitglieder repräsentieren, hat der DGRV eine starke Stimme, um die Interessen der Energiegenossenschaften auf nationaler und europäischer Ebene zu vertreten.

In Deutschland spielen Energiegenossenschaften eine bedeutende Rolle bei der Förderung erneuerbarer Energien. Im Jahr 2022 wurden (laut DGRV) beeindruckende 3,4 Milliarden Euro in erneuerbare Energien investiert, wobei durchschnittlich 5.200 Euro pro Mitglied eingebracht wurden. Diese Investitionen haben nicht nur zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen beigetragen, sondern auch das Bewusstsein für partizipative und bürgernahe Energieprojekte gestärkt.

Auszeichnung dank langjährigem Engagement

Die Bürger Energie Region Regensburg (BERR) wurde offiziell am 31. Januar 2012 in Regenstauf gegründet, wobei der Vorstand (3 Mitglieder) und der Aufsichtsrat (12 Mitglieder) gewählt wurden. Zu Beginn zählte die Genossenschaft 178 Gründungsmitglieder. Seitdem ist die BERR stetig gewachsen, wir sind aktuell 440 Mitglieder – und wir werden immer mehr…;-)

Mit 45 PV-Anlagen in der Region um Regensburg konnte die BERR über viele Jahre ihr Engagement für Erneuerbare Energien unter Beweis stellen. Diese Anlagen erzeugen jährlich rund 4.150.000 kWh Strom und tragen somit zur jährlichen CO2-Einsparung von etwa 2.424 Tonnen bei. Aktuell sind 12 Projekte in der Umsetzung.

Die BERR spielt als Teil der Energiewende in der Region Regensburg also durchaus eine wichtige Rolle. Nach jahrelanger Mitwirkung an einem nachhaltigen Regensburg ist ihre Ernennung zur Genossenschaft des Monats ein großer Meilenstein und auch ein Zeichen der Anerkennung für den Einsatz der BERR in den letzten Jahren.

Im folgenden Artikel erläutert Georg Scharfenberg, welche brillanten Eigenschaften die Photovoltaik bietet, um gegen die Klimaveränderung anzukämpfen. Der folgende Artikel ist der fünfte in einer kleinen Serie zur Erzeugung Erneuerbarer Energien aus Photovoltaik.

Georg Scharfenberg ist emeritierter Professor der OTH in Regensburg und ein ausgewiesener Experte für Energietechnik. Er liefert uns mit seiner Reihe eine Einführung, die in die Tiefe geht, aber trotzdem auch für interessierte Laien verständlich sein sollte.

(1) Grüner Strom aus der Steckdose

(2) Energiewende mit Photovoltaik

(3) Mitgestalten der Energiewende durch Erneuerbare Energien vor Ort

(4) Aus Sonne wird Strom

Wo Licht ist, ist auch Schatten

Mit dem Aphorismus „Wo Licht ist, ist auch Schatten!“ lässt sich kaum besser auf den Punkt bringen, dass Strom, aus der direkten Sonnenstrahlung gewonnen, andere Energieerzeuger zum Teil wie im Schattenwurf hinter sich lässt. 

Es ist leicht zu erklären, dass die Solartechnik, oder umfassender, die Energieerzeugung aus Sonnenenergie, fossilen Stromerzeugungen z.B. bei den Kosten um Längen voraus ist:

• Die Investitionskosten sind stark gefallen:
  – Photovoltaikanlagen 700 €/kWp bis 1.800 €/kWp
  – Windkraftanlagen 1.200 €/kW bis 1.500 €/kW
• Die Betriebskosten sind ausgesprochen niedrig, weil die Sonnenenergie frei zur Verfügung steht; siehe dazu auch Abb. 1.

Bei fossilen Stromerzeugern fallen neben den Investitionskosten erhebliche Betriebskosten an, wobei mit der Verknappung der fossilen Ressourcen in Zukunft mit kaum schätzbaren Steigerungen der Betriebskosten zu rechnen ist. Die Betriebskosten, auf die gesamte Betriebsdauer der Anlage gerechnet, können die Investitionskosten übersteigen.

Nachfolgend möchte ich Beispiele für die Investition von fossilen Stromerzeugern zeigen, wobei die extrem hohen Kosten für AKW, hier als Warnhinweis zu verstehen, noch untertrieben sind, denn Kosten für die Risikoeinstufung sowie für die bisher nicht gelöste Entsorgung sind nicht berücksichtigt:

• Investitionskosten für ein Kohlekraftwerk ca.  1.500 €/kW
• Investitionskosten für ein Gaskraftwerk ca.  1.800 €/kW 
• Investitionskosten für ein Atomkraftwerk ca.         10.000 €/kW

Das Bild wird dann allerdings vollständiger, wenn zudem etwa Vollbetriebsstunden der Erzeugungsanlagen (für Deutschland) pro Jahr mit in die Betrachtung einbezogen werden:

• Photovoltaikanlagen     800 h bis 1.100 h 
• Windkraftanlagen 2.200 h bis 4.500 h
• Gaskraftwerk 2.500 h bis 3.000 h
• Kohlekraftwerk 3.000h bis 6.000 h

Die nachfolgende Graphik, von der internationalen Plattform „Our World in Data“ herausgegeben, zeigt eine 10-jährige Preisentwicklung für elektrischen Strom neu errichteter Stromerzeugungsanlagen. Die Darstellung berücksichtigt sowohl die Investitionskosten als auch die Kosten der zugeführten Energie sowie die Betriebskosten über die gesamte Betriebsdauer der Anlage [1].

Die in Abb. 1 gezeigte Kostenminderung für Strom aus PV-Anlagen (89%) hat sich auch über das Jahr 2019 hin fortgesetzt. Eine deutliche Abschwächung der Kostensenkung ist nicht zu erwarten, zumal der positive Kreislauf aus steigender Nachfrage und sinkenden Preisen noch keine Sättigung erreicht hat.  Aus meiner Sicht sollten für ein vollständiges Bild zudem die zukünftigen Kosten für elektrische Speicher zur wirtschaftlichen Kostenbestimmung der Photovoltaik- und Windkraftanlagen angerechnet werden. Bis zum Jahr 2030 soll die Erzeugung elektrischer Energie durch Photovoltaikanlagen auf 215 GW und durch Windkraftanlagen auf 110 GW ausgebaut sein [9]. Damit ist der Ausbau von Speichersysteme unerlässlich, um die Fluktuation der erneuerbaren Energien aufzufangen und um Regelenergie für ein stabiles Netz zur Verfügung zu stellen. Bei Vollversorgung aus Erneuerbaren Energien, etwa im Jahre 2050, wird eine gesamte Speicherkapazität im Worst-Case für mehrere Wochen erforderlich. Der Grund dafür liegt darin, dass die Erzeugung im Winter bei geschlossener Schneedecke und Windflaute weitgehend ausfallen kann [4].

Stärken der Photovoltaikanlage nutzen

Mit der Darstellung und dem Gesagten sind die zunehmenden Kostenvorteile für Elektrizität aus Photovoltaikanlagen parallel zu denen der Windkraftanlagen aufgezeigt. Dieses sind die Energieerzeugungsanlagen, mit denen wir gegen die Klimaveränderung ankämpfen. 

In der jetzt vorläufig abschließenden Serie zur Photovoltaik möchte ich, ausgehend von den Schwächen, die für diese Energieform zu nennen sind, die starke Seite dieser Technologie im vorliegenden Artikel erarbeiten, um zu zeigen, wie ein Optimum mit Photovoltaik erreichbar ist.

Die Schwächen der Photovoltaik liegen hauptsächlich in der Fluktuation der Sonnenenergie infolge des Tag-Nachtzyklus, des regelmäßig veränderten Einstrahlungswinkels der Sonne im Tages- und Jahresverlauf sowie infolge der Abschwächung der Sonnenstrahlung durch Wolken. 

Zudem müssen wir uns mit dem Aufstellungsort (Breitengrad) auseinandersetzen und den Wirkungsgrad der Solarzelle in Betracht ziehen. 

• Sonneneinstrahlung am Breitengrad

Die Dauer und Intensität der Sonneneinstrahlung, gemessen in Sonnenstunden, variieren mit dem Breitengrad. Grundsätzlich nehmen die Sonnenstunden zu, je weiter südlich sich der Aufstellungsort der Photovoltaikanlage befindet. In tropischen Regionen nahe dem Äquator, die einen Breitengrad von etwa 0° bis 23,5° (Neigung der Erdachse) haben, sind die Sonnenstunden am höchsten. Die Sonneneinstrahlung wird dort das ganze Jahr über intensiv sein, mit relativ geringen Unterschieden zwischen den Jahreszeiten. In unseren gemäßigten Breiten nehmen die Sonnenstunden mit steigendem Breitengrad, bedingt durch die Jahreszeiten, weiter ab. Zudem wird die Intensität zum Norden hin schwächer, weil die Sonnenstrahlen einen längeren Weg in der Atmosphäre zurücklegen.

In Abb. 2 zeigen die Sonnenbahndiagramme den Bahnverlauf der Sonne in der Tageszeit über dem Horizont (Elevationswinkel) für Regensburg und Oslo. Am Beispiel für den 21.Juni, jeweils mittags um 12 Uhr ist erkennbar, dass die Sonne in Regensburg um knapp 11^o höher über dem Horizont steht als in Oslo. Der geringere Gewinn in nördlichen Regionen ist aber zudem in der schwächeren Intensität der Sonnenstrahlen infolge des längeren Weges in der Atmosphäre begründet. Der Unterschied in der Intensität beträgt fast 20 % (Oslo 1.163 kWh/m²; Regensburg 1.390 kWh/m²) [3].

• Neigung und Ausrichtung des Solargenerators 

Die Neigung und Ausrichtung der PV-Module beeinflussen die Effizienz der Anlage. Für Deutschland ist eine Neigung zwischen 39 ^o im Norden und 35 ^o im Süden anzustreben, um eine optimale Energieerzeugung über das Jahr hinweg zu gewährleisten. Die Ausrichtung sollte idealerweise nach Süden gerichtet sein, um auf den höchsten Elevationswinkel der Sonne zu optimieren.

Grundsätzlich sind allerdings lokale Wetterbedingungen oder Verschattungsrichtungen zu berücksichtigen. So kann es notwendig sein, in Regionen mit häufig länger auftretendem Frühnebel eine Ausrichtung in westlicher Abweichung zu untersuchen. 

Die aufgezeigten Parameter können im Neubaubereich, z.B. bei der Planung der Ausrichtung und Neigung von Schrägdächern, einbezogen werden. Etwas anders stellt es sich bei der Aufständerung von Solarmodulen auf Flachdächern oder bei Freiflächenanlagen dar. Hier ist die gegenseitige Verschattung der Solarmodule zu berücksichtigen. Es muss ein Kompromiss hinsichtlich der Belegungsdichte der Fläche und der Neigung der Solarmodulen gefunden werden. Nach den Erfahrungen für Freiflächenanlagen mit reduzierten Neigungswinkeln (ca. 20° – 25°) und passenden Reihenabständen können Solarleistungen von 1 MW/ha erreicht werden. Diese Aussage gilt für den Einsatz von Modulen mit Wirkungsgrad von 21 % [4].  

In diesem Zusammenhang sei auf die Möglichkeit zur Nachführung der Solarmodule auf Freiflächen hingewiesen. Die Nachführung steigert die jährliche Solarernte und vermindert die Fluktuation der jahreszeitlichen Ernteausbeute. Das Montagegestell kann die Solarmodule entweder einachsig oder zweiachsig dem Sonnenstand angleichen. Eine einachsige Nachführung kann entweder horizontal in Ost-West-Richtung erfolgen oder, dem Elevationswinkel der Sonnenbahn folgend, vertikal angepasst sein. Die zweiachsige Nachführung realisiert die vollständige Ausrichtung zur Sonnenbahn.  

Die Anlagen sind technisch aufwendig (mechanische Stabilität und Motorantrieb), benötigen Antriebsenergie und erfordern sorgfältige Nachrechnungen, damit die Abstände eine gegenseitige Verschattung vermeiden.

Die Installation von Solargeneratoren auf Dächern von Bestandsgebäuden müssen an die vorhandenen Strukturen der Gebäude angepasst werden. Dabei ist von der Installation mit einer Neigung von nur 15° oder weniger abzuraten, weil bei so geringer Neigung die anfallende Verschmutzung nicht mehr ausreichend vom Regen von der Moduloberfläche heruntergewaschen wird. 

Liegt eine Steildach-Ost-/West Ausrichtung, z.B. mit einer Neigung von 40° vor, ist mit etwa 24 % weniger Stromertrag als auf einem optimalen Süddach zu rechnen [4]. Unter dem Gesichtspunkt, dass bei Eigennutzung ggf. der Strombedarf im Vormittag sowie im Nachmittag höher als in der Mittagszeit ist, kann die Ost-/Westausrichtung des Generators wirtschaftlich vorteilhaft sein. 

Es sei außerdem auf eine Flachdachaufständerung in Ost-/Westanordnung mit relativ flacherer Neigung (> 15°) hingewiesen, mit der z.B. die Energieversorgung von Klimaanlagen in Bürogebäuden für den Sommer optimiert ist und eine gegenseitige Verschattung vermieden und zudem eine hohe Belegungsdichte erreicht wird. 

Weitere Möglichkeiten bestehen in der Fassadenmontage der Solarmodule, für die eine Minderung von ca. 30 % im Vergleich zu einem optimalen Süddach akzeptiert wird. Der Vorteil dieser Ausrichtung liegt in der geringeren Abhängigkeit von der Jahreszeit. Die Fassadenmontage kann besonders ästhetisch und zudem mit der Funktion zum Sonnenschutz gestaltet sein.

	Position	Volllaststunden je kWp	Optimale Dachneigung	Optimale Dachausrichtung
Flensburg	54,8oN; 009,44oE	932	39 °	1 °
Erfurt	50,98oN; 011,03oE	1001	39 °	– 3 °
Regensburg	49,02oN; 012,1oE	1061	37 °	0 °
München	48,14oN; 011,58oE	1072	38 °	0 °

• Stärken der Solarzellen-Technologien 

Im vorherigen Artikel hatte ich mich mit den Solarzellen-Technologien auseinandergesetzt. 

Zur Planung einer Anlage wird grundsätzlich unter den wirtschaftlichen und energetischen Aspekten, dem Platzbedarf und ggf. hinsichtlich der Ästhetik entschieden, welche Technologie genutzt wird. Die größten Marktanteile haben kristalline Solarzellen auf der Basis von Siliziummaterial, wobei monokristalline Solarmodule trotz der höheren Kosten aufgrund des besseren Wirkungsgrads bevorzugt werden. Bei der Planung einer Neuanlage kann, aus meiner Sicht, ein erster Analyseschritt mit Bezug auf monokristalline Solarmodule zeigen, welche maximale Energieernte z.B. auch bei problematischen Parametern der Anlage erreicht werden kann.

Für Dünnschicht-Solarzellen ist der geringere Wirkungsgrad und eine deutlich höhere Anfangs-Degradation bei geringeren Modulkosten im Vergleich zu kristallinen Modulen eines der Rechenexempel. Allerdings sind Kriterien zu nennen, die einen vorteilhaften Einsatz der Dünnschicht-Technologie gegenüber kristallinen Modulen sinnvoll machen können:

• Schlechte Lichtverhältnisse
  Dünnschichtmodule weisen eine bessere Leistung bei diffusem Licht auf. Sie eignen sie sich daher besser für Standorte mit bewölktem Himmel oder schwächerer Sonneneinstrahlung. Dieses gilt insbesondere auch für Standorte, an denen zeitweise mit Verschattung zu rechnen ist. Sie sind damit auch weniger schmutzanfällig.
• Bessere Wärmebeständigkeit
  Dünnschichtmodule haben im Allgemeinen eine geringere Temperaturabhängigkeit. Damit sind die Leistungsverluste relativ geringer, trotz der höheren Wärmeverluste aufgrund des geringeren Wirkungsrades.
• Flexibler und leichter
  Dünnschichtmodule sind flexibler und können auf eine Vielzahl von Oberflächen montiert werden, einschließlich gebogener oder unebener Oberflächen. Aufgrund ihres niedrigen Gewichts können Dünnschichtmodule ggf. auf Dächern eingesetzt werden, die keine schwereren Konstruktionen tragen können. 

• Wechselrichter schultern den Solargenerator 

Dem Wechselrichter (WR) kommen hinsichtlich der Nutzung und Optimierung der solaren Energie zwei primäre Aufgaben zu:

• DC/AC Wandlung:
  Umwandlung des Gleichstroms des Solargenerators in netzkonformen Wechselstrom 
• MPP-Tracking:
  Kontinuierliche Aufsuche des optimalen Arbeitspunktes auf der Kennlinie des Solargenerators. MPP steht für ‚Maximum Powerpoint‘ und ist der Arbeitspunkt, an dem bei der momentanen solaren Einstrahlung das Produkt aus Spannung und Stromstärke des Solargenerators maximal ist. 

Eingangsseite Wechselrichter

Die Dimensionierung des Wechselrichters berücksichtigt auf der Generatorseite die maximale Stringspannung und muss die angeschlossene Generatorleistung übertragen können. Besteht der Solargenerator aus verschiedenen Gruppen z.B. mit unterschiedlichen Ausrichtungen bzw. Neigungen oder sind verschiedene String-Konfigurationen zu steuern, bietet der Multistring-Wechselrichter mehrere Stromkreiseingänge mit getrenntem MPP-Tracker an.

Zentrales oder modulares Konzept

Größere Solargeneratoren, z.B. bei Freiflächenanlagen, kann ein zentraler Wechselrichter und damit die Gesamtleistung steuern. Alternativ kann ein modulares Konzept mit einer Anzahl von Wechselrichtern für Teilleistungen gewählt werden. Das modulare Konzept bietet eine größere Flexibilität sowie Gesamt-Zuverlässigkeit und kann zudem einfacher erweitert werden. Es ist beim modularen Konzept ein etwas niedriger Wirkungsgrad des WR hinzunehmen. Zu erwähnen sind noch Mikrowechselrichter, die einzelnen Solarmodulen zugeordnet sind.

• Ausgangsseite Wechselrichter

Die Umwandlung der anstehenden Solarleistung wird vom Wechselrichter mit einem hohen Wirkungsgrad zwischen 95 % bis 99 % auf der Ausgangsseite dem Wechselstromnetz zur Verfügung gestellt. Solarleistungen bis 4,6 kW können dabei einphasig, größere Leistungen müssen grundsätzlich im 3-Leiternetz eingespeist werden. 

Die Einspeisung erfolgt bei niedrigen bis mittleren Leistungen im Niederspannungsnetz. Größere Leistungen, etwa im Bereich mehrerer hundert kW und im Umfang von MW, werden dem Mittelspannungsnetz zugeführt. Oft werden in diesem Zusammenhang auch Transformatorstationen erforderlich, um die Spannung der PV-Anlage auf das Niveau des Mittelspannungsnetzes zu heben.

Weitere Wechselrichter-Funktionen

Netzüberwachung: Zur Vermeidung von Netzüberlastungen und im Falle eines Netzausfalls überwacht der Wechselrichter Änderungen der Spannung oder Frequenz am Netz und kann bei Fehlerbedingungen die Solaranlage vom Netz trennen.

Fehlererkennung, Diagnose und Fernüberwachung: Der Wechselrichter erkennt und meldet Fehler und Betriebsstörungen, die in der PV-Anlage auftreten, wie z.B. Modulfehler, Überspannung, Unterspannung oder Überstrom. Über eine Datenleitung werden Betriebs- und Fehlerzustände mitgeteilt. Dies ermöglicht eine schnelle Fehlerbehebung und reduziert die Ausfallzeiten der Anlage.

Sicherheitsfunktionen: Der Wechselrichter überwacht auch die elektrische Sicherheit der Anlage, einschließlich der Erdung, Isolationswiderstände und Schutzschalter. Im Falle eines Fehlers oder einer Störung kann der Wechselrichter automatisch mittels DC-Schalter die Stromerzeugung der Anlage abschalten und damit den Wechselrichter freischalten, um Personen- und Sachschäden zu vermeiden.

Hybridwechselrichter, Solarbatterie und Inselanlagen: Die genannten Themen führen zu weit und werden in der vorliegenden Artikelserie nicht näher behandelt. Nur so viel dazu: Der Hybrid-Wechselrichter hat die oben erläuterten Funktionen des WR und kann zudem die Aufgaben zur Speisung bzw. Rückspeisung einer Solarbatterie übernehmen. Eine Inselanlage benötigt einen Wechselrichter, der nicht netzgeführt ist. Dieser Wechselrichter übernimmt autark die Frequenz- und Spannungsregelung und benötigt im Allgemeinen auch eine Solarbatterie. Dieses System kann auch für Notstrombetrieb erforderlich sein.

Brillante Stärken von PV-Anlagen

• Umweltfreundlichkeit 

Photovoltaikanlagen erzeugen geräuschlos, saubere, erneuerbare Energie, ohne schädliche Emissionen oder Umweltverschmutzung zu verursachen. Sie tragen im vollen Umfang zur Bekämpfung des Klimawandels bei.

• Nachhaltigkeit

Die Sonne stellt eine unerschöpfliche Energiequelle dar, und die Nutzung von Photovoltaik ermöglicht eine nachhaltige Energieerzeugung über einen langen Zeitraum hinweg. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, deren Vorräte begrenzt sind, ist Solarenergie im menschlichen Maßstab unbegrenzt verfügbar.

• Unabhängigkeit, Dezentralisierung und Sicherheit

Photovoltaikanlagen bieten den Betreibern eine Teilunabhängigkeit von traditionellen Energieversorgern. Sie fördern die Dezentralisierung der Energieerzeugung, indem sie die Erzeugung näher an die Verbraucher heranbringen und die Abhängigkeit von großen zentralen Kraftwerken verringern. Durch die eigene Stromerzeugung werden die persönlichen Energiekosten gesenkt. Die Nutzung der Solarenergie erhöht damit die Energieunabhängigkeit des Landes von externen Ressourcen.

• Vielfache Dachflächen vorhanden

Die für die Energiewende benötigten Flächen, insbesondere Dachflächen, sind in Deutschland vorhanden. Nach Angaben [5] müssten neben dem massiven Ausbau von Freiflächenanlagen etwa 17% der Dächer in Deutschland dazu mit PV-Solaranlagen ausgerüstet werden, um die Energiewende zu schultern.

• Doppelnutzung von Freiflächen; AgriPV

Die Doppelnutzung von Freiflächen sieht eine Fläche für die landwirtschaftliche Pflanzenproduktion (Photosynthese) und mit spezieller Aufständerung der PV-Anlage, gleichzeitig zur Stromproduktion vor. Die landwirtschaftliche Nutzung kann Sonderkulturen oder Ackerkulturen bis hin zur Beweidung oder der Schaffung artenreicher Biotope vorsehen [6]. Die Fläche geht damit der Landwirtschaft nicht verloren. Gem. einer Nachrechnung [7] kann mit Abständen zur Befahrung mit Ackerfahrzeugen und einachsig nachgeführten PV-Modulen eine elektrische Leistung von 0,7 MWp/ha Grünland und bis 0,5 MWp/ha auf Ackerflächen installiert werden. 

• Wirtschaftliche Vorteile

Solaranlagen können langfristig beträchtliche Kosteneinsparungen ermöglichen, da sie eine kostenlose Energiequelle nutzen und somit niedrige Betriebskosten haben. 

• Technologische Fortschritte

Die Technologie der Photovoltaik hat sich in den letzten Jahren stark weiterentwickelt, was zu effizienteren und kostengünstigeren PV-Modulen geführt hat. Bereits heute ist im Forschungsbereich zu sehen, dass in Zukunft eine Verdopplung des Wirkungsgrads der PV-Zelle erreichbar sein kann. Parallel dazu hat der Skaleneffekt zur Optimierung der Herstellung und einer massiven Preisminderung geführt. Dieses stützt den erforderlichen flächendeckenden Ausbau der PV-Energie und ermöglicht breitere Anwendungen in verschiedensten Bereichen.

• Netzstabilität 

Photovoltaikanlagen können zur Verbesserung der Netzstabilität beitragen. Dieses versteht sich darin, dass Wechselrichter automatisch und zudem auf Anforderung des Netzbetreibers hierzu Aufgaben übernehmen. Wie bereits ausgeführt, werden beim weiteren Ausbau der Erneuerbaren Energien Speicher zwingend erforderlich. Diese können dann Aufgaben zur Netzregelung übernehmen.

• Brillante energetische Amortisationszeit von PV-Solaranlagen

Die energetische Amortisationszeit (Energy Payback Time / EPBT) oder Energierücklaufzeit gibt die Zeitspanne an, die ein Kraftwerk betrieben werden muss, um die investierte Primärenergie zu ersetzen. Die Energierücklaufzeit von PV-Anlagen variiert mit Technologie und Anlagenstandort. Eine Analyse im Auftrag des Umweltbundesamtes hat die energetische Amortisationszeit für PV-Kraftwerke bei einem Anlagenbetrieb in Deutschland von 1,6 Jahren für multi- bzw. 2,1 Jahren monokristalline Si-Module ermittelt (Annahme: mittlere jährliche Einstrahlungssumme in der Modulebene 1200 kWh/(m²·a)). Berechnungen des Fraunhofer ISE auf Basis neuester Produktionsdaten weisen eine EPBT von unter 1,3 Jahren für Anlagen mit marktüblichen monokristallinen Si-Modulen in Deutschland aus. Bei einer Lebensdauer von 25 – 30 Jahren und einer jährlichen Ertragsdegradation von 0,35% kann daraus gefolgert werden, dass die PV-Anlage das 11 bis 18-fache der Energie erzeugt, die zur Herstellung erforderlich war (Erntefaktor) [5], [8]. 

Literatur

[1] https://ourworldindata.org/cheap-renewables-growth

[2] https://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php#google_vignette

[3] PVGIS ©European Union, 2001-2024; https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/tools.html

[4] Fraunhofer Institut ISE: Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland; 16.01.2024

[5] https://energiewende.eu/flaechenbedarf-der-energiewende-in-deutschland/

[6] https://www.ise.fraunhofer.de/de/leitthemen/integrierte-photovoltaik/agri-photovoltaik-agri-pv.html

[7] Pustet, A.: liotec Projektentwicklung, Präsentation Konzept Agri-PV, V1.4, Januar 2023

[8] Fraunhofer Institut ISE: PHOTOVOLTAICS REPORT; Freiburg, 21. Februar 2023

[9] Fürmetz, P.: BERR „Solarpaket steckt Kurs ab für Verdreifachung des Zubautempos“, 9/2023

Gemeinsamer Workshop der Energieagentur und der BERR

Sechzig Anmeldungen trudelten bei der Energieagentur ein, das war ein beeindruckendes Interesse am Thema „Balkonkraftwerke“. Vor allem, weil diese Veranstaltung (am 17.April 2024) die erste war, welche die BERR und die Energieagentur gemeinsam organisierten. Es ging in einer kurzen Einführung um Bürgerenergie, Johannes Graf stellte die BERR und die Möglichkeiten der Beteiligung vor. 

Den Haupt-Beitrag im ersten Teil des Workshops lieferte dann Alexander Meisinger. Er arbeitet unter anderem an der OTH an der Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher.

Und er ging gemeinsam mit den Teilnehmerinnen und Teilnehmern die verschiedenen Schritte durch, die bei der Anschaffung eines Balkonkraftwerks zu gehen sind. 

Das Thema gewann übrigens auch noch konkret an Aktualität, weil ja kurz vorher im Bundeskabinett das „Solarpaket“ beschlossen wurde. Damit ist zu erwarten, dass in ein paar Wochen schon zum Beispiel Balkon-Anlagen mit 800 Watt (und nicht wie bisher nur mit 600 Watt) installiert werden dürfen.

Das Publikum bekam viele Hintergründe, aber auch jede Menge praktische Tips zu Fragen der Anschaffung, Genehmigung, Installation, Förderung etc.

Auch die „Rentabilität“ wurde besprochen, und zwar nicht nur in finanzieller Hinsicht, sondern auch in Bezug zum eingesparten CO2-Ausstoss. Jede einzelne Anlage ist zwar „Kleinvieh“, aber das macht ja bekanntlich auch Mist, und trägt damit zur Energiewende bei.

Johannes Graf von der BERR hatte für die Teilnehmerinnen und Teilnehmer, die lebhafte Fragen stellten und diskutierten, aber auch zum Beispiel ihr Wissen über Fördermöglichkeiten austauschten, noch ein besonderes Highlight. Die BERR hat nämlich eine komplette Anlage im Angebot, Interessenten können sich dazu gerne unter „balkonkraftwerk@berregensburg.de“ melden

Im zweiten Teil der Veranstaltung konnten diese Anlagen und ihre Komponenten gleich direkt und live vor Ort begutachtet werden. Module, Wechselrichter, aber auch Kabel und Stecker waren ausgepackt und vorbereitet, so dass sich alle einen direkten und persönlichen Eindruck machen konnten. Da wurde lebhaft gefachsimpelt, aber auch geschraubt und geklemmt, einige gaben ihr bereits vorhandenes Wissen auch gerne an die anderen weiter.

Alles in allem eine gelungene Veranstaltung, ein weiteres Mosaiksteinen zur Energiewende vor Ort und eine einfache Möglichkeit für viele von uns, einen kleinen Beitrag zu leisten.

Andreas Schnellbögl ist Vorsitzender des Klimaschutzvereins, der Klaus Berger und der Eine-Welt-Stiftung am Gymnasium Neutraubling. Im Interview mit der BERR spricht er darüber, was ihn bewegt und was der Klimaschutzverein und die Stiftung erreichen möchten.

Warum engagierst Du Dich für den Verein und die Stiftung?

Es geht uns um den Umweltbereich und speziell um erneuerbare Energien und die Frage, wie können wir die Nutzung erneuerbarer Energien voranbringen. Viele unserer Vereinsmitglieder haben schon sehr früh Solaranlagen auf ihren privaten Dächern installiert. Wir haben dann begonnen, auf den Schuldächern Photovoltaikanlagen zu installieren. Sie können im Unterricht vorgestellt werden, auch interessierte Eltern und Lehrkräfte begleiteten die Investitionen unseres Klimaschutzvereins. So wurden unsere Anlagen Vorbilder für viele weitere Solaranlagen. Mit Energiemanagerinnen und Energiemanagern wird auch das Thema Energieeinsparung besprochen und so wurden wir schon 2015 vom Landkreis Regensburg für unser Engagement ausgezeichnet.

Seit wann gibt es Euch?

Umweltarbeit an der Schule gibt es schon sehr lange. Unser Verein wurde 2003 gegründet, die Stiftung 2012. Der Verein hat etwa 40 Mitglieder.

Welche Erfolge habt Ihr schon erreicht?

Unser Verein hat erfolgreich fünf Photovoltaikanlagen finanziert und sichert den technischen Betrieb. Auf einer Anzeige in der Aula können Interessierte jederzeit die aktuelle Leistung und die Menge an Kohlenstoffdioxid ablesen, die unsere Anlagen erfolgreich eingespart haben. Sie erinnern zuverlässig an die enge Verknüpfung der Themen Energie und Treibhausgase, die den Klimawandel verursachen.

Welche Umweltangebote für Schüler bieten die Stiftung und der Verein?

Umweltarbeit in der Schule stellt viele Angebote für die Beschäftigung mit erneuerbaren Energien bereit. Hier stellt der Verein Solarzellen und Akkus für Schülerarbeiten zur Verfügung oder stiftet kleine Preise für Energierätsel. Mit einem Energiefahrrad kann das Thema Strom auch gut ausprobiert werden. Es ist sehr mühsam einen Generator mit Muskelkraft zu betreiben, und wer selber ausrechnet, dass er 10 Stunden treten muss um eine Kilowattstunde zu erzeugen, die für 30 Cent vom Stromnetz bezogen werden kann, der merkt, wie wenig Energie eigentlich kostet. Für die Seminararbeiten in der Oberstufe gibt es jährlich Umweltpreise für Abiturientinnen und Abiturienten, die sich mit den Themen Energie, Elektromobilität, Biodiversität oder ganz allgemein mit Nachhaltigkeit beschäftigt haben.

Gibt es regionale Programme?

Eine Vernetzung mit regionalen Organisationen findet regelmäßig statt, bei Besuchen von Windparks oder Fotovoltaikanlagen im Rahmen von schulischen Exkursionen oder bei der Diskussion über Entwicklung und Regionalität mit dem Klimamanager der Stadt Neutraubling.

Wie werden internationale Initiativen unterstützt?

Mit unserer Stiftung fördern wir jedes Jahr ein Solarprojekt und stellen es in der Schule vor. Laut unserer Satzung sind diese Projekte auf Länder begrenzt, die besonders stark vom Klimawandel betroffen sind. Wir suchen Vereine, die zuverlässig vor Ort präsent sind und beteiligen uns bei der Finanzierung von Photovoltaikanlagen für Schulen oder für Krankenhäuser. So hat im vergangenen Jahr der Verein Green Step aus Regensburg einen Zuschuss für ein Waisenhaus in Kamerun erhalten, oder der Verein Direkthilfe Burkina Faso für sein Projekt Schulen, die weit von einem Stromnetz entfernt sind, mit Photovoltaik und Batteriespeicher. Wir laden die Vereine ein, ihre Projekte und das Land in der Schule vorzustellen. So bekommen unsere Schülerinnen und Schüler auch einen Eindruck von der Lebenssituation anderer Kinder, die nicht in einem modernen Industrieland leben.

Welche Projekte für die Schule konnten bereits umgesetzt werden oder sind noch in Planung?

In den letzten Jahren hat der Landkreis Regensburg das Schulgebäude saniert und ein besonderes Augenmerk unseres Vereins war es, die energetische Sanierung auf einen Effizienzhaus Plus Standard zu begleiten. Moderne Technik zur Energieeinsparung und eine Beheizung mit einer Wärmepumpe sind auch Themen, die mit interessierten Energiemanagerinnen und Energiemanagern besprochen wurden. Auch an einer Begleitstudie zur Evaluation haben wir teilgenommen.

Die BERR eG gibt ein Update zum aktuellen Stand des Photovoltaik-Projekts in Bernhardswald, bei dem eine PV-Anlage am Autotunnel errichtet wird. Mit Unterstützung unseres Partners GT-Systembau liegen wir voll im Zeitplan und nähern uns zügig der Fertigstellung.

Licht im Tunnel

Mit einer Leistung von 190 kWp ist die Anlage darauf ausgerichtet, den Großteil des Energiebedarfs des Tunnels zu decken. Dabei ergänzen sich Tunnel und Photovoltaikanlage ideal: Das Betriebsprofil des Tunnels korrespondiert perfekt mit der Energieproduktion der Anlage, da Beleuchtung und Belüftung vorwiegend tagsüber benötigt werden, wenn auch die Stromerzeugung am höchsten ist. Etwaiger Überschussstrom fließt ins öffentliche Netz.

Aufmerksamkeit und Stärkung für das Team

Bei einem jüngsten Baustellenbesuch hat der Vorstand der BERR eG Banner direkt am Gelände der Anlage befestigt, um auf das Bürgerenergieprojekt aufmerksam zu machen. Zum Dank für den Einsatz und die hervorragende Arbeit des Montageteams gab es Leberkässemmeln, die für die nötige Energie bei der Endphase der Montagearbeiten sorgten.

Besuch vom Verkehrsminister

Die offizielle Einweihung ist für Anfang Mai angesetzt. Wir freuen uns besonders auf die Zusage von Herrn Christian Bernreiter (CSU), dem Bayerischen Staatsminister für Wohnen, Bau und Verkehr, der die Bedeutung dieses Projekts für die regionale Infrastruktur und den Umweltschutz unterstreicht.

Wir laden alle Interessierten herzlich ein, die Entwicklungen dieses Projekts weiterzuverfolgen. Aktuelle Informationen und Updates finden Sie stets auf unserer Homepage.

Arbeitstagung bayerischer Solarinitiativen.

Ein sperriger Name für eine spannende Zusammenkunft. 
Die ABSI-Tagung hat sich ehemals nur auf den Bereich der Solarenergie fokussiert.  

Dieses Jahr, zur 31. Auflage, am 15. und 16. März 2024,  geht es inzwischen um die Energiewende als Ganzes, von der Erzeugung mittels Wind und Solar über die Speicherung bis hin zur Sektorenkopplung. Zentral ist der Austausch von unterschiedlichen Akteuren der Energiewende: Firmen, Forschung, Initiativen und auch Bürgerenergiegenossenschaften. 

Solar in Bayern: auch der Nachwuchs ist aktiv.

Von der BERR waren selbstverständlich auch einige Mitglieder vor Ort, unter anderem Marco Schamel und Valentin Heusgen. Beide sind mit unter 30 Jahren eher Exoten in solchen Kontexten von Energiewendepionieren. Doch gerade dieser Austausch mit anderen Generationen macht die Veranstaltung spannend. Wo wären wir denn ohne die Menschen, die vor 25/30 Jahren die Energiewende begonnen hätten? Und wo werden wir sein, wenn es keinen Nachwuchs gibt, der die Ideen weiterführt? Das Ziel, das alle vereint ist allgegenwärtig: 100 % Erneuerbare so schnell wie es nur geht. 

Bürgerenergiegenossenschaften sind dabei. Selbstverständlich.

Was muss in Bayern passieren, damit wir uns Richtung Klimaneutralität bewegen? Die Forschungsstelle für Energiewirtschaft hat dafür den Bayernplan entwickelt. Dieser zeigt sehr deutlich auf, dass die Aufgaben für uns ambitioniert, aber nicht abwegig sind – wenn wir wollen und entsprechendes Handeln jetzt einleiten. Dabei spielen Bürgerenergiegenossenschaften eine zentrale Rolle. Im Zusammenschluss mit anderen Menschen lassen sich viele Projekte verwirklichen. Und dies von und für die Menschen vor Ort! 

Diese Rolle wurde von vielen Referierenden hervorgehoben. Bürgerenergiegenossenschaften gibt es in Bayern und Deutschland eine Vielzahl, die in den letzten Jahren schon viel erreicht haben. Im direkten Austausch wurde deutlich, dass die einzelnen Genossenschaften sich als Partner verstehen und gemeinsam an größeren Zielen arbeiten. Ein Austausch auffachlicher und menschlicher Ebene ist sehr wichtig für eine gute Zusammenarbeit. 

„Energiewende – Einfach machen!“ 

das war also das Motto der ABSI-Tagung. Auf der einen Seite geht es natürlich darum, die Energiewende umzusetzen. Auf der anderen Seite soll die Energiewende zugänglich und verständlich für eine breite Bevölkerung gemacht werden. Na, wenn da nicht die BERR eine ideale Lösung ist! Tolle Projekte in der Region mit echter Bürgerbeteiligung!

Im folgenden Artikel erklärt Georg Scharfenberg, wie aus der Solarzelle der Solargenerator aufgebaut ist, mit dem aus der Sonne der elektrische Strom für die Energiewende erzeugt wird. Der folgende Artikel ist der vierte in einer kleinen Serie zur Erzeugung Erneuerbarer Energien aus Photovoltaik.

Hier geht’s zu den ersten drei Bausteinen:

(1) Grüner Strom aus der Steckdose

(2) Energiewende mit Fotovoltaik

(3) Mitgestalten der Energiewende durch Erneuerbare Energien vor Ort

Georg Scharfenberg ist emeritierter Professor der OTH in Regensburg und ein ausgewiesener Experte für Energietechnik.Er liefert uns mit seiner Reihe eine Einführung, die in die Tiefe geht, aber trotzdem auch für Interessierte Laien verständlich sein sollte.

Photovoltaik-Anlage – Stromgenerator der Sonnenenergie 

Den Aufbau einer Photovoltaik-Anlage, ausgehend von einem Hausdach, habe ich bereits im Artikel zur „Energiewende mit Fotovoltaik“ gezeigt. Es ist hier noch einmal in Abb. 1 als Anlagenprinzip wiedergegeben, mit dem elektrische Energie aus der ‚unendlichen Energiequelle‘, der Sonne, Strom erzeugt werden kann. Das gilt für jedes Hausdach, aber auch für Industrie- und Gewerbedächer, für Parkplatzüberdachungen oder für Freiflächenanlagen. 

Die Photovoltaikzelle ist Energiewandler 

Der Schlüssel zur direkten Umwandlung des Sonnenlichts in elektrische Energie liegt in der Photovoltaikzelle. Das Prinzip ist vor mehr als 180 Jahren durch den französischen Physiker Alexandre-Edmond Becquerel entdeckt worden. Die ersten Anwendungen haben wir aber erst Ende der 50er Jahre in der Raumfahrt zur elektrischen Versorgung von Satelliten kennengelernt. 

Heute ist die Photovoltaikzelle das tragende Basiselement der erneuerbaren Energien neben den Erzeugern aus Windenergie. Die Photovoltaikzelle, auch PV-Zelle oder auch Solarzelle genannt, ist ein Halbleiterbauelement, das typischerweise aus zwei unterschiedlichen Silizium-Halbleiterschichten (unterschiedlich ‚dotiert‘) besteht, die in der Solarzelle in zwei Ebenen übereinander liegen. Ohne zu tief einzusteigen, soll hier erläutert werden, dass das Sonnenlicht von außen die obere Schicht durchdringt und in der Übergangszone (Grenzschicht) zur darunterliegenden Halbleiterebene absorbiert wird. Die Absorption, der in der Zelle nutzbaren Lichtenergie, führt zur Ladungstrennung und stellt zwei entgegengesetzte Ladungen bereit. Die unterschiedlichen Ladungen liegen als elektrische Gleichspannung an unterschiedlichen Elektroden (Anschlüssen) mit der positiven Elektrode (Plus +) und der negativen Elektrode (Minus -).

Die Nutzenergie kann an den Elektroden, in Abb. 2 an den Anschlüssen (Plus +) und (Minus -) durch elektrische Leiter abgenommen werden. Die Bezeichnung „Verbraucher“ in Abb. 2 ist symbolisch zu verstehen, denn eine einzelne Silizium-Solarzelle stellt lediglich eine elektrische Gleichspannung von ca. 0,5 Volt (0,5 V) bei optimaler Solarbestrahlung zur Verfügung. 

Das Solarmodul

Um eine nutzbare Einheit („Solarmodul“) zu erhalten, befinden sich z.B. 60 Solarzellen in serieller Kontaktierung (Leiterbahnen) gemeinsam auf einem Träger und sind z.B. unter Glas in einem Aluminiumrahmen als montagefähiges Solarmodul verbaut. Das Solarmodul bietet auf der Rückseite je einen Plus- und Minus-Anschluss. Bezogen auf das aufgeführte Beispiel mit 60 Solarzellen im Solarmodul, wird eine Modul-Leerlaufspannung (unbelastetes Modul) von 60 x 0,5 V = 30 V an den Anschlüssen auftreten. Die mechanischen Maße eines Solarmoduls sind stark abhängig von der Anzahl der Solarzellen im Modul, während die typischen Maße einer Silizium-Solarzelle 156 mm x 156 mm bis 217 mm x 217 mm betragen.

Der Solargenerator

Der für ein Projekt benötigte „Stromgenerator“ (PV-Generator oder Solargenerator genannt) muss je nach Anwendungsfall eine spezifische Leistung bereitstellen. Ohne im ersten Schritt auf Details einzugehen, ist ein Generator in Abb. 3 mit den gezeigten Teilen wie folgt strukturiert:  

Der Solarstring bestimmt die Generatorspannung

Aufbauend auf dem Konzept des Solarmoduls, bestehend aus einer Anzahl seriell geschalteter Solarzellen, wird ein Solarstring gleichermaßen nun aus einer Anzahl seriell, durch Kabelverdrahtung verbundener Solarmodule aufgebaut. Damit wird die Höhe der Generatorspannung durch die Anzahl der in Serie verbundenen Modulen festgelegt. 

Zum Beispiel:  Modulspannung 30 V, Anzahl der Module im String 20
ergibt eine Stringspannung (Generatorspannung) von 600 V (Leerlauf)

Parallele Solarstrings bestimmen die Generatorleistung

Wie in Abb. 3 gezeigt, kann der Generator zwei oder drei parallel geschaltete Strings enthalten. Der String, der an den Wechselrichter angeschaltet ist, stellt den Stringstrom zur Verfügung. Wie ich nachfolgend zeige, ist am „Arbeitspunkt“ eine bestimmte Stringleistung als Produkt aus Stringspannung mit Stringstrom zu erwarten. Wird für den PV-Generator eine Leistung benötigt, die die Stringleistung eines einzelnen Strings übersteigt, sind entsprechend, mit gleichem Aufbau, parallele Strings zu ergänzen. Die Generatorleistung ergibt sich dann aus der Summe der parallel geschalteten Strings.

Ein Blick hinter die Kulissen

Um im zweiten Schritt stärker die Hintergründe zu erläutern, dem sich ein reales Projekt unterwerfen muss, möchte ich auf wichtige Details der Solarzellen eingehen. 

• Sonnenlicht erreicht den Erdboden 

Die solare Leistung der Sonne außerhalb der Erdatmosphäre beträgt 1.361 W/m². Der Wert wird als Solarkonstante bezeichnet. 

Auf dem Weg durch die Atmosphäre sind verschiedene Effekte gegeben, die die maximal am Erdboden auftretende solare Leistung der Sonne abschwächen. Es wird mit einer maximalen Einstrahlungsleistung von 1.000 W/m² in unserer Region auf einer optimal zur Sonne ausgerichteten Solargeneratorfläche gerechnet.

Wie wir wissen, setzt sich das Sonnenlicht (Photonen) aus allen Farben (Spektralfarben) zwischen Infrarot (niedrigere Leistung, hier Leistungsdichte) bis hin zum Ultraviolett (hohe Leistung) zusammen. Dieses Farbspektrum kann mit Wellenlängen charakterisiert werden. Es können dem Sonnenlicht infrarote Anteile bis 2.500 nm (Nanometer Wellenlänge) bzw. dem UV-Anteil (Ultraviolett) etwa bei 380 nm Wellenlänge zugeordnet werden (siehe Abb. 4). Die grau unterlegte Fläche entspricht der terrestrischen Sonnenstrahlung. Hierbei wird erkennbar, dass die auf der Erde auftreffende solare Leistungsdichte nicht kontinuierlich ist und auch Einschnitte hat. Dieses ist z.T. durch die Wechselwirkungen des Sonnenlichts in der Atmosphäre bedingt.

• Spektrale Empfindlichkeit der Solarzelle 

Aus Abb. 4 ist zudem der Verlauf eines Leistungsanteils als rote Fläche zu entnehmen. Dieses ist der energetische Anteil, der von der Silizium-Solarzelle aus dem Sonnenlicht am Erdboden genutzt werden kann. Es ist erkennbar, dass ein erheblicher Anteil der Sonnenenergie durch die Solarzelle nicht nutzbar ist, was bedeutet, dass das Sonnenlicht nur zu einem Teil in elektrischen Strom gewandelt wird. Dieser Anteil bestimmt den Wirkungsgrad der Solarzelle (siehe weiter hinten). Der nicht nutzbare Anteil entsteht als Wärme und muss über das Solarmodul abgeführt werden. Hier setzen Entwicklungen zu Hybrid-PV/T-Kollektor-Modulen an, die Solarmodule mit thermischen Absorbern kombinieren, damit die thermische Energie nicht verloren geht. 

• Solarzellen-Technologien und Wirkungsgrade

Im bisherigen Anteil des Artikels habe ich Solarzellen auf der Basis von Siliziummaterial behandelt. Dieses Halbleitermaterial dominiert den Markt für die Photovoltaiktechnologie. Dabei ist zwischen monokristallinem und polykristallinem Material zu unterscheiden. Monokristalline Solarzellen sind aus einem Einkristall entstanden. Die Herstellung ist aufwendiger und damit teurer gegenüber polykristallinen Solarzellen. Aktuell haben monokristalline Solarmodule den größten Marktanteil aufgrund des besseren Wirkungsgrads. 

Neben den genannten Technologien auf der Basis von kristallinem Siliziummaterial, sind zudem Dünnschicht-Technologien in amorphem Silizium und anderen Halbleitermaterialien mit kleinem Marktanteil angewandt. 

Technologien	Wirkungsgrad	Bemerkung
Monokristalline Solarzellen	20 % bis 22,5 %	Aufwendige Herstellung, Schwachlichtnutzung vorteilhaft,  Zuverlässigkeit 25 Jahre
Polykristalline Solarzellen	17 % bis 20 %	Herstellung relativ einfacher, Schwachlichtnutzung weniger vorteilhaft,  Zuverlässigkeit 25 Jahre
Dünnschicht Solarzellen	10 % bis 13 %	Einfache Herstellung, geringes Gewicht, gute Schwachlichtnutzung Zuverlässigkeit 20 Jahre
Forschungs- und Entwicklungsbereich
Multijunction-Solarzellen	ca. 25 %	Mehrere Halbleitermaterialien (z.B. 3 Ebenen) wandeln unterschiedliche Lichtwellenlängen in elektrische Energie
III-V Solarzellen	ca. 40 %	Kombination verschiedener Halbleiter-Elemente auch in Verbindung mit Linsen zur Fokussierung des Sonnenlichts

Tabelle 1: Zusammenstellung der Kerneigenschaften zu Zelltechnologien  

• Die Solarzelle ist kein statisches Element  

Im Tagesverlauf erfährt der Solargenerator erhebliche Unterschiede in der Bestrahlungsstärke. Die größten Auswirkungen haben die Rotation der Erde mit dem Tagesgang und die Änderung der Höhenwinkel der Sonne infolge der Jahreszeiten. Aber auch die Bewölkung nimmt starken Einfluss auf die eingestrahlte solare Leistung am Solargenerator. 

Betrachten wir die erzeugte elektrische Leistung eines Solarmoduls. Die elektrische Leistung eines Solarmoduls ist das Produkt aus Spannung und Stromstärke, entstehend aus der Summe der Einzelleistungen der geschalteten Solarzellen. Damit ist das technische Verhalten des Solargenerators insgesamt von den Charakteristika der einzelnen Solarzellen abhängig.  Nachstehend erfolgt die Darstellung auf Basis der Solarmoduln. 

Die Modulkennlinie in Abb. 5 zeigt die typische Strom-Spannungs-Charakteristik eines Solarmoduls in einem solaren Bestrahlungszustand. Die Beispiels-Kennlinie wird aufgespannt zwischen zwei kennzeichnenden Eckpunkten:

Leerlauf:  Modulspannung 30 V (keine Last), die Stromstärke beträgt 0 A

Kurzschluss:  Modulspannung  0 V (extrem hohe Last), die Stromstärke beträgt 4,5 A

Der „Arbeitspunkt“ des Moduls liegt zwischen den beiden Eckpunkten und erreicht das Optimum an einem Punkt, in dem das Produkt aus Stromstärke und Spannung das Maximum hat. Dieser Punkt wird „Maximum Power Point“ (MPP) genannt.

Ohne detaillierte Ausführung soll hier gesagt werden, dass jede sich ändernden Umgebungsbedingung zu einem neuen Bestrahlungszustand führt und damit die Kennlinie dynamisch verändert, wodurch der MPP stets neu bestimmt werden muss. Diese Aufgabe übernimmt der Wechselrichter. Der Wechselrichter mit seinen Aufgaben und die Einbettung des solaren Gesamtsystems in die Umgebung des Niederspannungs- bzw. Verteilnetzes wird in einem zu dieser Serie abschließenden Artikel behandelt.  

Vierhundert kWp auf kommunalen Dächern

Die Gemeinde Bernardswald hat mit der BERR einen Vertrag über die Lieferung von regionalem, erneuerbarem Strom geschlossen. Auf mehreren Gebäuden der Gemeinde werden demnächst Photovoltaik-Anlagen installiert, und zwar mit einer Kapazität von insgesamt etwa 400 kWp. Konkret geht es um zwei Schulen (Pettenreuth und Bernhardswald), den Kindergarten, den Recyclinghof  und mehrere Feuerwehrgebäude.

Die Gemeinde hatte in einem ersten Anlauf 2023 eine Ausschreibung für die Projekte gestartet, allerdings ohne Erfolg. Nach dem Kontakt mit der BERR und einer Vorstellung durch Jochen Scherrer beim Gemeinderat war die Entscheidung relativ schnell getroffen. Die Argumente waren überzeugend:

• keine eigenen Investitionskosten für die Kommune
• günstiger, regional erzeugter Strom von den eigenen Dächern der Gemeinde
• die Bürgerinnen und Bürger können selber Anteile an der Genossenschaft erwerben und damit am Erfolg der Ablagen partizipieren
• Kein fremder Groß-Investor mit einer womöglich undurchsichtigen Geschäftsstrategie

Bernhardswald will Vorbild sein

Der erste Bürgermeister, Florian Obermeier ist sehr zufrieden mit der gefundenen Vereinbarung.

„Die Gemeinde kann damit auch ihre Vorbildfunktion erfüllen, das ist eine gute Sache und wir setzen ein klares Zeichen. Unsere Kommune ist in der Energiewende insgesamt auch gut mit dabei, wir haben zum Beispiel zwei große Freiflächenanlagen im Gemeindegebiet. Und wir haben, teilweise in Kooperation mit den Nachbargemeinden, deutlich mehr Flächen als gefordert auch für den Ausbau von Windenergie gemeldet. Wir sind froh, dass es die BERR gibt und dass wir auf diesem Weg eine gemeinschaftstaugliche Lösung gefunden haben. Wenn möglich, werden wir auch noch weitere Taten folgen lassen, zum Beispiel prüfen wir eine Teilfläche von unserem Bauhof auf PV-Tauglichkeit.