Photovoltaik wandelt Sonnenlicht direkt in Strom um und bildet damit das Fundament nahezu jeder modernen Energieversorgung für Gebäude. Wer ein Einfamilienhaus, ein Mehrfamilienhaus oder ein Industriegbäude nachrüsten möchte, trifft schnell auf Begriffe wie Speicher und Energiemanagement. Auch das ZEV taucht regelmässig auf. Unser Verständnis von integrierten Energiesystemen beginnt genau hier: Wir erklären, wie die einzelnen Komponenten zusammenarbeiten und warum eine Photovoltaik-Anlage ohne Speicherung und Steuerung einen Teil ihres Potenzials ungenutzt lässt. So behalten Sie den Überblick.
Wie wandelt eine Photovoltaik-Anlage Sonnenlicht in Strom?
Photovoltaik beschreibt die Technologie, die mit Hilfe von Solarzellen Lichtenergie in elektrische Energie umwandelt, wobei Module und Wechselrichter über den Ertrag entscheiden. Auch die Dachbeschaffenheit spielt eine wesentliche Rolle. Wenn Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft, löst es im Halbleitermaterial der Module einen Gleichstrom aus. Dieser Gleichstrom lässt sich im Haushalt jedoch nicht direkt nutzen. Der Wechselrichter übernimmt die Wandlung in haushaltsüblichen Wechselstrom.
Die Ausrichtung des Dachs, mögliche Verschattungen und der Neigungswinkel beeinflussen den Ertrag erheblich. Ein nach Süden ausgerichtetes Dach liefert die höchste Spitzenleistung.
Die Wahl des Wechselrichters muss zur Modulanzahl passen, und bei Teilbereichen des Dachs, die morgens oder abends Schatten werfen, greifen wir oft zu Leistungsoptimierern, die jeden Strang separat regeln, sodass ein verschattetes Modul den Ertrag der gesamten Anlage nicht nach unten zieht.
Warum braucht es einen Stromspeicher zur Photovoltaik?
Ein Speicher fängt den überschüssigen Solarstrom ein, der mittags entsteht, und macht ihn abends verfügbar, was den Eigenverbrauch erhöht und die Bezugskosten senkt. Ohne Speicher fließt der nicht verbrauchte Strom ins öffentliche Netz, und Sie erhalten dafür eine Vergütung, die meist unter dem Preis liegt, den Sie abends für den Bezug zahlen, was wirtschaftlich unvorteilhaft ist.
Die Speicherkapazität richtet sich nach dem Jahresverbrauch des Haushalts und der Größe der Photovoltaik-Anlage, wobei eine Batterie, die zu klein dimensioniert ist, mittags schnell voll läuft und den Überschuss nicht aufnehmen kann, während eine zu große Kapazität selten vollständig genutzt wird und unnötig Kapital bindet.
Wir prüfen die Verbrauchsdaten und berechnen die optimale Speicherkapazität, wobei die Lebensdauer der Batterien von den Ladezyklen abhängt, und wenn das Energiemanagement die Entladetiefe begrenzt, schont das die Zellen und verlängert die Nutzungsdauer der gesamten Anlage erheblich.
Unterschied zwischen Batteriespeicher und Pufferspeicher
Ein Batteriespeicher hält elektrische Energie bereit, während ein Pufferspeicher Wasser für die Heizung oder das Warmwasser erwärmt. Beide Wege erhöhen den Eigenverbrauch des Solarstroms. Der Pufferspeicher nutzt die thermische Energie, die durch eine Wärmepumpe erzeugt wird. Wenn die Photovoltaik-Anlage mittags viel Strom liefert, schaltet das Energiemanagement die Wärmepumpe ein. Sie erwärmt das Wasser im Pufferspeicher. Diese Kapazität steht dann abends für Heizung und Bad zur Verfügung.
Wie eine Wärmepumpe mit Solarstrom funktioniert
Die Wärmepumpe entzieht der Umgebungsluft oder dem Erdreich Wärme und hebt diese auf ein höheres Temperaturniveau, das für Heizung und Warmwasser genutzt wird, angetrieben durch Strom aus der Photovoltaik. Sie bewegt Energie, anstatt sie zu verbrennen, was der entscheidende Unterschied zu fossil befeuerten Systemen ist.
Für jedes Kilowatt Strom, das die Wärmepumpe aufnimmt, erzeugt sie mehrere Kilowatt Wärme, was sie zum idealen Partner für eine Photovoltaik-Anlage macht, und wenn die Module auf dem Dach Strom liefern, betreibt die Wärmepumpe die Heizung ohne fossile Energieträger.
Die Dimensionierung der Wärmepumpe muss zur Gebäudehülle passen, wobei in gut isolierten Häusern Luft-Wasser-Wärmepumpen sehr effizient arbeiten, und der Pufferspeicher gleicht die Differenz zwischen Wärmeerzeugung und Wärmebedarf aus, sodass er für konstante Raumtemperaturen sorgt.
Ladeinfrastruktur: Wallbox und Ladesäulen für Elektroautos
Ladeinfrastruktur umfasst Wallboxen für daheim und öffentliche Ladesäulen, die Elektroautos mit Strom versorgen und idealerweise direkt an die Photovoltaik-Anlage gekoppelt werden.
Eine Wallbox an der Hausecke lädt das Elektroauto deutlich schneller als eine haushaltsübliche Steckdose, und wenn das Energiemanagement die Wallbox einbezieht, lädt das Auto vorzugsweise dann, wenn die Module auf dem Dach Überschuss erzeugen, was die Kosten für den Treibstoff erheblich senkt.
Bei mehreren Elektroautos oder einer Überbauung kommen Ladesäulen mit Lastmanagement zum Einsatz, die die verfügbare Energie auf die angeschlossenen Fahrzeuge verteilen, sodass der Netzanschluss nicht überlastet wird und teure Ausbaustufen nötig werden.
Was bedeutet Energiemanagement in integrierten Energiesystemen?
Energiemanagement steuert den Fluss von Strom und Wärme so, dass Verbraucher, Batterie, Wärmepumpe und Wallbox den Solarstrom möglichst vollständig im Gebäude nutzen. Die Speicherkapazität wird dabei ebenfalls berücksichtigt. Es ist das Gehirn der Anlage. Ohne diese Steuerung kennen die Geräte voneinander nichts. Die Wärmepumpe läuft nach ihrem eigenen Thermostat, die Wallbox lädt sofort beim Anstecken.
Das Energiemanagement bündelt die Informationen und erkennt, wenn die Module Überschuss produzieren, und priorisiert die Verbraucher, wobei zuerst der Batteriespeicher lädt, dann die Wärmepumpe für den Pufferspeicher läuft und zuletzt die Wallbox das Elektroauto lädt.
Diese Rangfolge senkt die Kosten und erhöht die Unabhängigkeit vom Stromnetz, wobei bei Mehrfamilienhäusern oder Arealen die Steuerung komplexer wird, weil sie viele Nutzer und Zähler berücksichtigen muss, und hier kommen ZEV-Strukturen zum Zug.
ZEV und VZEV – Gemeinsame Stromnutzung auf dem Areal
Ein ZEV (Zusammenhangs-Endverbraucher) erlaubt es, den produzierten Solarstrom innerhalb eines Areals an verschiedene Nutzer zu verteilen, ohne dass jeder einzelne Vertrag mit dem Stromnetz abgeschlossen werden muss. Bei Überbauungen fallen die Dachflächen oft gross aus. Der produzierte Strom reicht für mehrere Parteien. Das ZEV regelt die Verteilung.
Das VZEV erweitert diesen Gedanken. Es erlaubt die Stromnutzung über mehrere Grundstücke hinweg. Das funktioniert, wenn Gebäude nah beieinander liegen und rechtlich in einem Zusammenhang betrieben werden. Die Kosten für den Netzbezug sinken für alle Beteiligten.
Contracting – Photovoltaik ohne eigene Investition
Beim Contracting übernimmt ein Dritter die Investition, die Planung und die Installation der Photovoltaik-Anlage, während Sie als Gebäudeeigentümer den produzierten Solarstrom zu einem vereinbarten Tarif abnehmen, wobei Sie kein finanzielles Risiko für die Module oder den Wechselrichter tragen, und die Wartung liegt beim Contracting-Partner.
Dieses Modell eignet sich für Unternehmen, die ihre Energiekosten senken wollen, ohne Kapital im Anlagevermögen zu binden, wobei die Laufzeit des Vertrags oft 15 bis 25 Jahre beträgt und nach Ablauf die Anlage manchmal in das Eigentum des Gebäudebesitzers übergeht.
Die Förderung von Contracting-Modellen unterscheidet sich von der Direktinvestition, wobei wir die wirtschaftlichen Bedingungen prüfen und die Gesamtkosten über die Laufzeit vergleichen, was Klarheit schafft, bevor Verträge unterschrieben werden.
Welche Rolle spielt die Förderung bei den Kosten?
Die Förderung senkt die Investitionskosten für Photovoltaik und Speicher, wobei die Programme je nach Anlagentyp und Gebäude unterschiedlich ausfallen und frühzeitig geprüft werden wollen. Auch Wärmepumpen werden gefördert. Wer die Beiträge vergisst, zahlt am Ende mehr. Die Module und der Wechselrichter machen den grössten Teil der Kosten aus.
In der Regel setzt die Förderung von Batteriespeichern voraus, dass diese gemeinsam mit einer Photovoltaik-Anlage in Betrieb stehen. Für Wärmepumpen wiederum gelten Gebäudeprogramme, welche den Ersatz veralteter Heizungen bezuschussen. Gerne kontrollieren wir für Sie die Bedingungen und übernehmen die Gesuchstellung.