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- Bei der PV-Anlagenplanung geht es angesichts sinkender Einspeisevergütungen aktuell um eine optimale Integration von Batteriespeichern, Wärmepumpen oder der Klimatechnik.
- Entsprechende Funktionen bietet aber erst ein Teil der PV-Planungsprogramme.
- Der tabellarische Produktvergleich zeigt den aktuellen Stand auf und macht Entwicklungsbedarf deutlich: Während Batteriespeicher schon von etwa der Hälfte der Programme berücksichtigt werden, sind bisher nur wenige Programme in der Lage, Wärmepumpen in die PV-Anlage einzubinden.
Die sinkende EEG-Einspeisevergütung erfordert bei neu geplanten Photovoltaik-Anlagen eine Dimensionierung und Auslegung, mit der möglichst viel vom erzeugten Solarstrom selbst verwendet werden kann. Steigende Strompreise machen dies auch für die Betreiber von in den letzten Jahren installierten PV-Anlagen attraktiv. Dazu können sie versuchen, ihren Verbrauch in die Zeiten mit hoher PV-Leistung zu verlagern – im einfachsten Fall mithilfe von Zeitschaltuhren oder geräteintegrierter Startverzögerung. Mehr Komfort und eine höhere Übereinstimmung von Ertrag und Verbrauch bieten Energiemanagementsysteme.
Eine weitere Möglichkeit, den Eigenverbrauchsanteil zu erhöhen, besteht darin, Wärmepumpen (insbesondere zur Trinkwassererwärmung), elektrisch angetriebene Klimatechnik oder Ladestationen für Elektroautos und Elektrofahrräder zu integrieren. Sind diese Möglichkeiten ausgeschöpft, bietet sich die Speicherung von Strom an. Mit Batteriespeichern kann man die Eigenstromnutzung und auch die Unabhängigkeit vom Netzbetreiber und möglichen Stromausfällen erhöhen.
Batteriespeicher werden immer leistungsfähiger, langlebiger und preisgünstiger. Hinzu kommt, dass sie seit Mai 2013 im Rahmen des KfW-Programms „Erneuerbare Energien Speicher“ (KfW-Programmnummer 275) finanziell gefördert werden. Eine attraktive Nebenbedingung des Förderprogramms ist, dass der Händler/Hersteller für die Batterien des Batteriespeichersystems eine Zeitwertersatzgarantie für einen Zeitraum von 7 Jahren abgeben muss.
Die Wirtschaftlichkeit von Batteriespeichern hängt jedoch entscheidend davon ab, dass sie passend für das jeweilige Projekt dimensioniert werden. Maßgeblich sind dabei die Größe der PV-Anlage, der Jahresstromverbrauch und das Lastprofil des jeweiligen Haushalts [1]. Da eine Vielzahl von Parametern und Daten sowie wechselseitige Abhängigkeiten dabei eine Rolle spielen, ist eine präzise Auslegung und Planung nur noch mit Softwareunterstützung realisierbar.
Welche PV-Planungssoftware gibt es,…
Auch wenn Anbieter manchmal behaupten, ihre Lösung sei für alles und jeden geeignet, so hat doch jede Software ihre Hauptzielgruppe und ihren primären Einsatzbereich: So berechnet Software für die Anlagenauslegung in erster Linie Anlagenkomponenten und deren Zusammenspiel, die elektrische Verschaltung/Verkabelung und das erforderliche Montagesystem etc. unter Berücksichtigung technischer Daten, Kennlinien, Leitungsverlusten oder der Verschattungssituation. Damit können Solarteure Anlagen auslegen, optimieren und die erforderlichen Komponenten und Mengen ermitteln.
Simulationsprogramme dienen primär der Ertragsberechnung, um in der Akquisitionsphase Kunden gegenüber möglichst präzise Aussagen zum Ertrag, zur Wirtschaftlichkeit oder der Förderungshöhe machen zu können, sowie der Anlagenoptimierung. Dabei werden die Anlage in Zeitschritten anhand solarer Einstrahlungsdaten und Temperaturen simuliert und wichtige Daten, wie Anlagenzustände oder Energiesummen, im Stundentakt ermittelt.
Planungsprogramme sind häufig um ein PV-Planungsmodul ergänzte CAD-Konstruktionsprogramme, die primär der automatischen Modulbelegung, 3D-Visualisierung, 3D-Verschattungssimulation, statischen Berechnung (Windsog, Schneelast), Ausführungsplanung und Ausschreibung von Anlagen dienen.
Die vierte Kategorie bilden die kostenfreien, meist online aufrufbaren Ertragsrechner. Sie eignen sich teilweise nur für eine überschlägige Dimensionierung, weil beispielsweise nur Grobdaten und keine individuellen Modul- und Wechselrichterdaten eingegeben werden können. Teilweise bieten sie aber auch einen für Fachplaner interessanten Funktionsumfang (wie Centrocheck, Conergizer, PV-PHIL oder Sunny Design Web).
Eine fünfte Kategorie entsteht gerade: Dabei handelt es sich um mobile Applikationen für Smartphones und Tablet-PCs, die an Ort und Stelle Objektdaten (Standort, Dachneigung und -ausrichtung, Verschattung etc.) erfassen, Erträge überschlägig ermitteln und teilweise die erfassten Daten zur Weiterbearbeitung an ein PV-Planungsprogramm übertragen können (zum Beispiel Centrocheck-App oder plan4 PVApp).
…was können die Programme …
Antworten auf Grundsatzfragen (Ertragsberechnung, abhängig von der Ausrichtung, Neigung und Modulfläche etc.) bieten alle Programme. Für Fachleute – also Fachplaner, Handwerker, Solarteure und Energieberater ausgelegte Programme zur PV-Anlagenplanung gehen ins Detail. Dazu muss das Projekt zunächst eingegeben werden: Projekt- und Kundendaten, für den aktuellen Standort aus der Klima-Datenbank entnommene Einstrahlungs-, Wind- und Schneelastdaten, ferner die Dachausrichtung, -neigung, -größe, -eindeckung und -konstruktion sowie Dachein- und -aufbauten und Verschattungsobjekte bilden den Basis-Input.
Die Module werden auf der definierten Dachfläche unter Berücksichtigung der Dachgeometrie, von Dachaufbauten, Reihen- und Randabständen etc. automatisch ausgelegt. Auch der Wechselrichter wird gemäß aktueller Normen und Richtlinien ausgelegt.
Zur Ermittlung der Einstrahlung, Verschattung, des Ertrags etc. wird die Anlage mit allen Komponenten mithilfe mathematischer Modelle rechnerintern abgebildet und im Stundentakt simuliert. Gegenüber der statischen Planung hat eine dynamische Simulation den Vorteil, dass einzelne Komponenten und Einflussgrößen variiert werden können und so Wechselwirkungen auf das Gesamtsystem sowie den Ertrag deutlich werden. Das gilt insbesondere im Hinblick auf die Einbindung von Batteriespeichern, Wärmepumpen und Klimaanlagen.
Neben der Berechnung ist auch eine Optimierung von Anlagen möglich – nicht nur nach dem maximalen Anlagenertrag, sondern auch nach maximaler Wirtschaftlichkeit, dem maximalen Deckungsgrad oder Eigenverbrauch. Die Ergebnisse werden in Form von Grafiken, Schaubildern und Tabellen übersichtlich dargestellt.
Attraktiv präsentiert werden muss aber auch, wie das Ganze auf einem neuen oder bestehenden Dach aussieht. Mittlerweile bieten fast alle Programme entsprechende Visualisierungsfunktionen für die Kundenberatung, wobei die Bandbreite der Möglichkeiten von einem einfachen 2D-Schemaplan, bis zur nahezu fotorealistischen 3D-Darstellung reicht.
Zu den weitaus wichtigeren Ausgabedaten gehören Anlagenübersichtspläne, Elektro-Schemapläne, Montage- und Stringpläne, teilweise auch Berechnungsergebnisse für Windsog und Schneelast, Stücklisten für Angebote respektive Mengen für die Ausschreibung. Sind die Stücklisten/Mengen mit Preisen verknüpft, können auch Aussagen zu den Anlagenkosten gemacht werden.
…und was nicht?
Ihre Grenzen haben die Programme im Detail. So werden Aspekte wie Modulverhalten, Modulträgheit, Leitungsverluste, Temperaturverhalten von Wechselrichtern, DC/AC-Leitungsverluste, Transformationsverluste, der Energieverbrauch, Nachführsysteme usw. überhaupt nicht oder nur teilweise – und wenn, dann nur überschlägig berücksichtigt. Das gilt auch für die Verschattung, die meist über einen Verschattungsfaktor einbezogen und nur von einigen Programmen in Form von Verschattungsstudien auf der Basis von 3D-Objekten präzise ermittelt wird. Teilweise können auch keine individuellen Lastprofile definiert werden.
Probleme bereiten mitunter auch reale Gegebenheiten – etwa wenn die Anlage auf mehrere Dächer verteilt werden soll oder mehrere Modulfelder zur Anlage gehören. Dann muss man sich behelfen, indem man ein Projekt in mehrere Teilprojekte aufteilt, was jedoch einige Einschränkungen bei der Anlagenplanung mit sich bringt. Auch eine unterschiedliche Dachneigung, etwa vom Haus- und Garagendach oder eine Gegenaufständerung auf der gegenüberliegenden Dachseite bereiten einigen Programmen Schwierigkeiten [2].
Hat der Dachfirst eine Nord-/Südausrichtung, bleibt dem Gebäudeeigentümer nur die Möglichkeit einer Ost-/West-Ausrichtung. Wird der Strom selbst genutzt, kann sich eine Ost-/West-Ausrichtung wirtschaftlich durchaus mit der einer optimal ausgerichteten Süd-Anlage ohne Eigenverbrauch messen lassen. Unterschiedliche Ausrichtungen von Teilgeneratoren beherrschen einige Programme jedoch nicht.
Viel gravierender angesichts der aktuellen Entwicklung ist die Tatsache, dass zwar Batteriespeicher von etwa der Hälfte der hier gelisteten PV-Auslegungsprogramme berücksichtigt werden, aber nur zwei Lösungen (Polysun Designer von Vela Solaris und PV-Simulation von Hottgenroth) in der Lage sind, Wärmepumpen in die PV-Anlage einzubinden.
Für alle Berechnungen gilt grundsätzlich: Ob die Ergebnisse hinterher auch der Realität entsprechen, hängt einerseits vom Programm und der zugrunde liegenden Berechnungsalgorithmen ab. Tests haben gezeigt, dass die Abweichungen zwischen Ertragsprognosen und tatsächlichen Erträgen zwischen rund 2 und 12 % liegen [3]. Zum anderen vom Input – Simulationen sind nur so gut, wie die Eingabedaten. Sind sie ungenau, können Simulationsprogramme auch keine präzisen Vorhersagen liefern. Deshalb sollten die Ergebnisse stets hinterfragt und nach Möglichkeit anhand vergleichbarer Anlagen überschlägig auf Plausibilität geprüft werden.
PV-Planungssoftware im Vergleich
Gab es vor einigen Jahren gerade mal eine Handvoll Programme zur PV-Anlagenplanung und Ertragsabschätzung, offeriert mittlerweile eine beachtliche Anzahl von Anbietern teilweise sogar mehrere Programme. Umso schwerer fällt es, die passende Software zu finden.
Der tabellarische Produktvergleich erhebt angesichts einer immer noch steigenden Anzahl produktübergreifender, aber auch produktspezifischer Lösungen keinen Anspruch auf Vollständigkeit, kann aber eine erste Orientierung geben. Zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit wurden nur einige wichtige Programm-Merkmale abgefragt und von den Anbietern beantwortet.
Die Versionsnummer neben dem Programmnamen lässt Rückschlüsse auf die Häufigkeit der Programm-Upgrades zu. Diese sind wichtig, weil PV-Planungssoftware beispielsweise in Bezug auf Bauteildatenbanken, Förderungen und Vergütungssätze stets aktuell sein muss. Der Anbieter sollte die Software vor allem kontinuierlich weiterentwickeln und Supportleistungen bieten.
Mit der Zielgruppe kann man auf die Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten schließen – allerdings fassen Anbieter aus naheliegenden Gründen die Zielgruppe gerne möglichst weit. Das Softwarekonzept gibt an, ob es sich um eine mehr oder weniger umfangreiche Anlagen-Auslegungsunterstützung und/oder ein Zeitschrittsimulationsprogramm und/oder eine Planungssoftware handelt.
Welche PV-Anlagensysteme die Software unterstützt, listet die Zeile Anlagentyp auf. Hieraus resultieren in der Praxis die meisten Einschränkungen (siehe oben). Die Klima-Datenbank sollte möglichst detailliert sein und auch eine individuelle Klimadaten-Erweiterung ermöglichen. Das gilt auch für Komponenten-Bibliotheken, die eine strukturierte Auswahl ermöglichen und in regelmäßigen Abständen aktualisiert werden sollten.
Die Eingabe mehrerer Dächer, mehrerer Modulfelder, einer unterschiedlichen Dachneigung und Modulausrichtung ist ebenso wichtig, wie individuelle Lastprofile, ohne die keine realistische Eigenverbrauchs-Prognose möglich ist.
Für realistische Wirtschaftlichkeitsprognosen sind wiederum aktuelle EEG-Vergütungssätze und KfW-Förderkredite (Regelwerke + Förderung) eine unabdingbare Voraussetzung.
Während sich die Programme in Bezug auf den Umfang der Berechnungs- und Simulationsergebnisse kaum voneinander unterscheiden, sind die Optimierungsmöglichkeiten sehr unterschiedlich.
Das gilt auch für die Unterstützung der Planung und Montage: Weder die automatische Modulbelegung auf einer definierten Dachfläche unter Berücksichtigung von Dachaufbauten und Randabständen, noch die Statikberechnung oder die Auslegung von Traggerüst und Dachhaken wird durchgängig unterstützt.
Für Planer und Solarteure unabdingbar ist die Ausgabe von Berichten und Reports, Anlagen-, Elektro-, Montage- und Stringpläne, Stücklisten sowie Visualisierungen.
Die gängigen Export-Formate ermöglichen die Anzeige, Weitergabe und Weiterbearbeitung der Daten in anderen Programmen oder dem Internet.
Zu den Support-Leistungen sollten ein Telefon- und E-Mail-Support, die Behandlung häufig gestellter Fragen (FAQ), ein Online-Anwenderforum und die Online-Fernwartung gehören. Zum Softwarepreis, der zwischen Null Euro für eine Online-Lösung und mehreren Tausend Euro für eine CAD-integrierte PV-Softwarelösung liegt, kommt die jährlich wiederkehrende Update-, respektive Wartungsvertrags-Gebühr hinzu, die teilweise beachtlich ist.
Marian Behaneck
Alle Fachberichte zu diesem Thema bündeln wir im TGAdossier Photovoltaik: Webcode 975
Literatur / Quellen / Infos
[1] Wendnagel, J.: Photovoltaik-Eigenstromverbrauch erhöhen. Stuttgart: Gentner Verlag, Gebäude-Energieberater 09-2013
[2] Siemer, J.: Ein Werkzeug – mehr nicht. Aachen: Photon Profi 10+11/2012
[3] Podewils, Ch.: Die Aussichten: Gut. Aachen: Photon Profi 4/2011
[4] Quaschning, V.: Im Praxistest: Simulationsprogramme für Photovoltaik-Anlagen. Berlin: FHTW, Energie und Umwelt 2007
[5] Haselhuhn, R./Vanicek, P.: Präzision der Prognose. Bielefeld: Bielefelder Verlag, Sonne, Wind & Wärme 8/2011
http://www.energynet.de Energie-Portal; Software-Übersicht
http://www.solarserver.de Solarportal mit Software-Übersicht
http://www.sonnenenergie.de Deutsche Ges. für Sonnenenergie
http://www.volker-quaschning.de News, Literatur, Daten, Werkzeuge
Kostenlose Ertragsrechner …
…ermöglichen eine erste Ertragsabschätzung. Werden Standort, Ausrichtung, Leistung und Anlagentechnik in ein Dialogfenster eingetragen, erhält man per Mausklick eine über den Daumen gepeilte Ertragsprognose. Beispiele sind pvcalc.org/de/pvcalc, http://www.solarcalc.de, http://www.solarenergie.com, http://www.sunnysolar.de oder http://www.valentin.de (PV*SOL online). Daneben gibt es auch zeitlich oder funktional eingeschränkte Light-Versionen vollwertiger Produkte wie etwa Archelios, von dem es auch eine kostenpflichtige Pro-Version gibt ( https://www.archelios-pv.fr/ ). PVsyst ist ein leistungsfähiges Programm für die Auslegung, Simulation und Ertragsvorhersage, inklusive 3D-Verschattungsanalyse ( https://www.pvsyst.com/ ). RETScreen ist eine einfach bedienbare Auslegungssoftware für den ersten Überblick mit metereologischer Datenbank ( http://www.retscreen.net/de/home.php ). „Freeware“ wie Desire von der HTW Berlin ist für die private Nutzung sowie Schulungs- und Forschungszwecke kostenfrei.
