Kurs auf Ost-West

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Lutz Rabe ist Biobauer und seit bald einem Jahr auch Energiewirt. Seit Juli 2009 betreibt der 45-Jährige in Körzin, etwa 30 Kilometer südlich von Berlin, eine Photovoltaikanlage. Das ist nicht ungewöhnlich. Trotzdem erwartet die Besucher auf seinem Hof eine Überraschung. Wer Rabes Solaranlage in Gänze betrachten will, muss um den Kuhstall herumgehen. Die Module mit einer Leis tung von 27,8 Kilowattpeak verteilen sich auf zwei Dachhälften. Die eine Seite zeigt nach Osten, die andere nach Westen. Habe ich nicht gelernt, dass die ideale Ausrichtung für eine Photovoltaikanlage nach Süden geht?, fragt sich der irritierte Betrachter. Dass leichte Abweichungen nach Osten und Westen noch vertretbar, reine Ost- oder reine West-Anlagen aber ebenso wie Nord-Anlagen höchstens etwas für Idealisten oder Forschungsinstitute sind?

Bis vor etwa einem Jahr war dem auch noch so. Dann begannen die Modulpreise zu sinken. Mit den fallenden Systemkosten vergrößerte sich der Spielraum bei der Ausrichtung, in dem Photovoltaikanlagen noch wirtschaftlich sind. Ob bei Installationsbetrieben, Großhändlern oder Modulherstellern, Anfragen nach Ost-West-Anlagen überraschen heute niemanden mehr. Wobei auch schnell deutlich wird, dass die Zahl der tatsächlich gebauten Anlagen in der Bundesrepublik von Nord nach Süd zunimmt. Jan Jooß ist Leiter der Angebotsabteilung bei EWS in Handewitt an der dänischen Grenze. Er berichtet, dass seine Kollegen und er zwar täglich Angebote für Ost- oder West-Anlagen schreiben. Bei den tausenden von Angeboten, die das Haus jedes Jahr verlassen, sei der Anteil der weniger ertragreichen Ost- und Westlagen aber bisher äußerst gering. Im Norden Deutschlands, wo die Solarstromtechnik noch nicht so verbreitet ist, gibt es noch genügend Süddächer, auf denen erst einmal Strom erzeugt werden kann.

Süddächer werden knapp

Das andere Extrem: Aus dem Süden der Republik, genauer gesagt aus Kienberg im Chiemgau, berichtet Thomas Schenkl, Photovoltaik-Projektleiter bei dem Solarfachbetrieb Solarpartner-Süd: „PV-Anlagen auf Ost- und Westdächern montieren wir regelmäßig.“ Der Systemanbieter Phoenix Solar aus dem bayerischen Sulzemoos bestätigt den Trend, dass im Süden die Süddächer knapp werden, auch für große Flächen. Nach Aussage von Michael Herko, dem Leiter der Abteilung Technik und Innovation, projektiert Phoenix seit Mitte 2009 vermehrt Ost-West-Anlagen für Industriedächer und andere große Flächen.

Wie hoch der Anteil an Süddächern beziehungsweise Ost- und Westdächern in Deutschland ist, weiß niemand genau. Laut Potenzialatlas, den die Agentur für Erneuerbare Energien im Februar herausgab, eignen sich in Deutschland rund 2.350 Quadratkilometer für solartechnische Anwendungen. Das macht ungefähr 1.760 Quadratkilometer Dachfläche und 584 Quadratkilometer Fassadenfläche. Laut Agentur für Erneuerbare Energien wurden davon bisher erst 2,5 Prozent genutzt.

Der EEG-Statusbericht der Bundesnetzagentur gibt Aufschluss über die Verteilung der Anlagen in Deutschland. 2008 wurde eine Photovoltaikleistung von 5.979 Megawatt installiert. Davon gingen allein 2.359 Megawatt in Bayern und 1.245 Megawatt in Baden-Württemberg ans Netz. Zum Vergleich: In Schleswig-Holstein waren es nur 159 Megawatt, in Nordrhein-Westfalen, das auf Platz drei in der Tabelle rangiert, immerhin 617 Megawatt. Der detaillierte Bericht für 2009 erscheint erst Anfang kommenden Jahres, doch die Verteilung auf die einzelnen Bundesländer wird sich kaum wesentlich verändern. Bayern und Baden-Württemberg bleiben die Spitzenreiter. Kein Wunder, dass auch Thomas Schenkl vermehrt Anfragen für Anlagen in Ost-West-Richtung erhält.

Der Idealfall sei immer noch ein nach Süden gerichtetes Dach, sagt er. „Aber bei uns in der Gegend werden die guten Dächer schon weniger. Deshalb sprechen wir die Möglichkeit, nach Osten und Westen zu bauen, aktiv an.“ Willi Kirchensteiner, Leiter des Bildungszentrums für Solartechnik (BZS) in München, sieht ebenfalls Bedarf für die ursprünglich weniger geeigneten Flächen. Er schätzt den Anteil der Ost-West-Anlagen in Bayern auf fünf bis sieben Prozent. „Tendenz steigend“, fügt er hinzu. Seit dem Preisverfall im vergangenen Jahr raten seine Dozenten und er den Gesellen und Meistern, die sich am BZS zu Solarteuren ausbilden lassen, auch Ost-West-Anlagen anzubieten.

Ab 40 Grad unwirtschaftlich

Ab wann und wo sich eine Anlage auf einem Ost- oder Westdach lohnt, hängt von dem Standort und der individuellen Anlagenauslegung ab. Thomas Schenkl erläutert die Situation in der sonnenreichen Region am Chiemsee. In dieser Gegend beträgt die Dachneigung durchschnittlich 24 Grad. „Der Ertrag auf einer West- und Ostseite liegt etwa zehn bis zwölf Prozent unter dem Ertrag bei reiner Südausrichtung“, sagt er. „Dies ist bei der derzeitigen Renditesituation immer noch wirtschaftlich interessant, wobei der Ertrag auf einer Ost- oder Westseite bei flacheren Dachneigungen besser ist als bei steileren Dächern.“ Ab etwa 40 Grad Dachneigung werde es langsam uninteressant, weil der Einstrahlungswinkel dann nur noch am Nachmittag gut sei.

Diese Erfahrungswerte veranschaulicht Schenkl mit Hilfe von Simulationen, die er mit der Software PV Sol der Firma Valentin Energiesoftware erstellte. In drei Beispielrechnungen ermittelt er den Ertrag für eine polykristalline Anlage mit einer Nennleistung von 5,28 Kilowattpeak. Im fast idealen Fall – bei einem 24 Grad geneigten Süddach – erhält er einen spezifischen Jahresertrag von 1.039 Kilowattstunden je installiertem Kilowattpeak.

Im zweiten Schritt behält er die Ausrichtung von 24 Grad bei, ändert aber die Dachausrichtung in Richtung Westen. Der spezifische Jahresertrag sinkt auf 870 Kilowattstunden pro Kilowattpeak. In der dritten Simulation behält er die Westausrichtung bei und erhöht die Dachneigung auf 45 Grad. In dem Fall würde ein Kilowattpeak nur noch 803 Kilowattstunden im Jahr erzeugen. „Bei 800 Kilowattstunden je Kilowattpeak ist diese kristalline Anlage nicht mehr wirtschaftlich“, sagt er.

Kristallin oder Dünnschicht?

In einer zweiten Beispielrechnung stellt Schenkl kristalline und Dünnschichtmodule gegenüber. Jetzt simuliert er eine 3,96-Kilowattpeak-Anlage mit polykristallinen und mit mikromorphen Modulen, wieder in Rosenheim. Im Fall A beschreibt er eine Südausrichtung und einen Neigungswinkel von 30 Grad. Im Fall B legt er eine Ostausrichtung und einen Winkel von 18 Grad zugrunde. In beiden Fällen erhält er einen besseren spezifischen Jahresertrag bezogen auf die installierte Leistung für die mikromorphe im Vergleich zu der kristallinen Anlage. Nämlich 1.033 versus 1.111 Kilowattstunden pro Kilowattpeak bei einer südlichen Ausrichtung und 864 zu 941 Kilowattstunden pro Kilowattpeak im Osten.

An diese Ergebnisse glaubt Schenkl selber nicht so recht. Dass Dünnschicht schwer zu berechnen ist, ist bekannt. Es ist also möglich, dass das Simulationsprogramm noch nicht hinreichend an die Eigenschaften unterschiedlicher Typen von Dünnschichtmodulen angepasst ist. Die Resultate bestätigen allerdings eine Aussage, mit der der Hersteller Inventux aktuell wirbt: dass der spezifische Ertrag für seine mikromorphen Module über dem kristalliner Module liegt. Inventux führt dies unter anderem auf das bessere Schwachlichtverhalten zurück. Genau das spielt naturgemäß bei Ost- oder Westdächern eine größere Rolle als bei Süddächern.

Auch Eckhard Fleiß, freier Berater im Energie- und Umweltzentrum E.U.Z. in Springe-Eldagsen, etwa 25 Kilometer südwestlich von Hannover, verweist auf das bessere Schwachlichtverhalten von Dünnschichtmodulen, das in Regionen mit geringerer Solareinstrahlung oder bei nicht ideal ausgerichteten Flächen Vorteile bringen könnte. Dadurch können Module mit amorphen, Cadmiumtellurid-, CIS- oder mikromorphen Zellen diffuses Licht und indirekte Sonneneinstrahlung besser nutzen als kristalline Module. Das findet sich in Schenkels Rechenbeispielen allerdings nicht wieder, bei dem in beiden Fällen das Westdach rund 15 Prozent weniger Ertrag bringt als das Süddach. „Eine pauschale Aussage, ob sich Anlagen auf Ost- und Westdächern lohnen, ist nicht zu treffen. Das ist vom Breitengrad abhängig und von der Vergütung“, sagt auch Fleiß.

Trotzdem sollte man nicht vergessen, dass Dünnschichtprodukte wegen des geringeren Wirkungsgrades mehr Fläche benötigen, um die gleiche Leistung zu erzeugen, als eine kristalline Anlage. Das kann auch bedeuten, dass mehr Kosten für die Unterkonstruktion und die Pacht der meist großen Flächen anfallen. Die Leistung, die tatsächlich erzielt werden kann, hängt deshalb sehr von den Anlagedetails ab. „In Süddeutsch land sind solche Anlagen momentan sinnvoll“, sagt Fleiß, im Norden sei das „eine Gratwanderung“. Darauf lässt es Biobauer Lutz Rabe ankommen.

Dünnschicht in der Praxis

Südlich von Berlin sammelt er seine eigenen Erfahrungen. Schon 2008 liebäugelte der Biolandwirt damit, unter die Solarstromerzeuger zu gehen. Er wollte zur Energieproduktion beitragen, wie er sagt. „Und Geld verdienen will man natürlich auch.“ In seinem Milchviehbetrieb ist der Stall, in dem etwa 160 Kühe und Kälber Platz finden, das Gebäude mit der größten Dachfläche. Bloß dass die Flächen mit 22 Grad Dachneigung eben nach Osten und Westen ausgerichtet sind. „2008 waren die Module noch zu teuer, aber 2009 hat es gepasst“, erzählt Rabe. Er entschied sich für mikromorphe Dünnschichtmodule des Berliner Herstellers Inventux.

Rabe investierte rund 100.000 Euro in die 28,7-Kilowatt-Anlage, inklusive Montage. Die Anlage ist komplett fremdfinanziert und soll sich innerhalb von 15 Jahren amortisiert haben. Im Juli vergangenen Jahres nahm er sein Solarstromkraftwerk in Betrieb. Laut Prognose von Inventux liegt der spezifische Jahresertrag bei 824 Kilowattstunden pro Kilowattpeak. Bis Mitte April dieses Jahres hatte die Anlage 17.000 Kilowattstunden Strom. Für die Finanzierung benötigt er 20.000 Kilowattstunden in einem Jahr. Wenn die Anlage wie bisher weiterläuft, wird er nach Ende des ersten Jahres schon einen Überschuss erwirtschaftet haben.

Für die Firmna Inventux, die erst im Dezember 2008 mit der Produktion der mikromorphen Module begann, ist die Ost-West-Anlage von Lutz Rabe ein Referenzprojekt, das sie selbst beobachtet. Jeden Monat kontrolliert Projektleiter Sebastian Köhler den Ertrag und vergleicht ihn mit dem prognostizierten Wert. „Im April lagen die Erträge etwa drei Prozent über unserer Prognose“.

Keine Pauschalaussagen

Auch er hält eine pauschale Aussage, ob sich kristalline oder Dünnschichtmodule besser für Ost-West-Anlagen eignen, für nicht möglich. Dies ist im Moment Tenor in der Branche. Hierfür üben zu viele Faktoren einen Einfluss aus: vor allem die Modultechnologie. Wenn Dünnschichtmodule eingesetzt werden, ist wichtig, um welche es sich handelt. Weiterhin spielen die Dachneigung und die Solareinstrahlung eine Rolle, ebenso wie die Beschaffenheit des Daches und der damit verbundene Montageaufwand.

Willi Ernst, Gründer von Biohaus und Mitglied des Beirates von Centrosolar, fällt ebenfalls kein pauschales Urteil. „Sofern der Neigungswinkel zwischen zirka fünf und 35 Grad liegt, können Ost- und Westdächer auch mit kristallinen Modulen versehen werden“, sagt er. Für den Fall empfiehlt er jedoch, unbedingt Module mit Antireflexglas zu verwenden (siehe Artikel Seite 80). In Praxistests habe Centrosolar herausgefunden, dass Module mit Antireflexglas zwischen drei oder vier Prozent mehr Ertrag erwirtschaften als solche mit einfachem Solarglas, bei ungünstigen Ausrichtungen sogar noch mehr.

Allerdings zeigt die Erfahrung auch, dass Anlagen selbst dann gebaut werden, die nicht so hohe Renditen versprechen. Auch als die Anlagenkosten noch bei 5.000 Euro je Kilowattpeak lagen, haben Installateure schon Anlagen auf Ost- und Westdächern montiert. Und das sogar mit für viele fremdartig anmutenden Konstruktionen. Zu dieser Zeit wurden die Module oft schräg zur Dachneigung in Richtung Süden aufgeständert. Das war mit einem erheblichen Montageaufwand verbunden und ist unattraktiv.

Mittlerweile sind dachparallele Anlagen üblich. Hat ein Hausbesitzer ein Dach, bei dem beide Seiten gleichermaßen geeignet sind, spricht nichts dagegen, beide Seiten auch zu nutzen. Muss er sich, beispielsweise wegen des vorhandenen Kapitals, für eine Seite entscheiden, ist der bessere Ertrag natürlich ausschlaggebend. Wenn der Giebel zu 100 Prozent in Richtung Süden zeigt, eignet sich theoretisch das Ostdach besser, weil die stärkere Sonneneinstrahlung am Morgen genutzt werden kann. Außerdem ist es morgens kühler, wodurch die Module auf Ostseiten besser arbeiten als auf Westseiten. Entscheidend sind die lokalen Gegebenheiten. Steht das Haus zum Beispiel in der Nähe eines Flusses, so dass es morgens oft neblig ist, erwirtschaftet möglicherweise die Westseite den höheren Ertrag.

Der optimale Neigungswinkel ist bei Ost- und Westdächern flacher als bei Süddächern. Deshalb hat man mit einem allgemeinen Problem zu kämpfen: Die Untergrenze wird durch den Winkel bestimmt, bei dem die Hersteller noch die Selbstreinigung für ihre Produkte garantieren. Der liegt bei kristallinen Module zwischen zehn und 15 Grad. Beträgt die Dachneigung weniger als zehn Grad, empfehlen Fachleute rahmenlose Module, da sich sonst in den Fugen Dreck ablagern oder Moose einnisten können.

Auch bei der Auslegung der Wechselrichter gibt es etwas zu beachten. Ist die Anlage nur auf der Ost- oder auf der Westseite montiert, empfiehlt Michael Groll, Marketingleiter bei dem Zell-, Modul- und Wechselrichterhersteller Sunways: „Bei gleichem Neigungswinkel, zum Beispiel 30 Grad, ist es aufgrund der geringeren Einstrahlung möglich, etwa fünf Prozent mehr Modulleistung auf den Wechselrichter zu verschalten als bei direkter Südausrichtung.“ Für eine Anlage, die auf beiden Dachseiten, also Ost und West, montiert ist, empfiehlt er, je einen Wechselrichter für das Ost- und das Westdach einzusetzen. Alternativ geht auch ein Zentralwechselrichter mit mehreren MPP-Trackern für beide Dachhälften. Auch hier können die Wechselrichter etwas unterdimensioniert werden. Dietmar Staudacher von Fronius sieht einen größeren Spielraum und würde bis zu zehn Prozent mehr Modulleistung auf den Wechselrichter schalten als bei einer südausgerichteten Anlage.

Windlast beachten

All das zeigt, dass sich Ost-West-Anlagen sich nicht grundlegend von Südanlagen unterscheiden. Das gilt im Prinzip auch für die Montagesysteme. „Auch dabei müssen keine gesonderten Systeme verwendet werden“, sagt Hans Urban, Leiter des Bereichs Solar-Montagesysteme bei Schletter. Besonderes Augenmerk ist jedoch auf die Windlasten zu legen. In Deutschland ist die Hauptwindrichtung Westen, auch die meisten Stürme kommen aus dieser Richtung. Das heißt, der Wind rüttelt auf dieser Seite stärker an den Modulen. Deshalb müssen sie hier besonders gut befestigt sein. Eine Möglichkeit ist, mehr Dachhaken zu setzen als bei einer nach Süden ausgerichteten Anlage. Damit die Ziegel nicht brechen, können beispielsweise die Dachhaken auf Blechplatten unterhalb der Ziegel fixiert werden (siehe Artikel Seite 84).

Um den Ausbau von Anlagen auf Ost- und Westdächern voranzutreiben, müssen die Experten jedoch noch weitere Erfahrungen sammeln und die Ertragsberechnungen in der Praxis überprüfen. Doch wie sieht es aus, wenn die angekündigte Absenkung der Vergütung für Solarstrom im Sommer Realität wird? Ob sich eine Ost-West-Anlage unter diesen Umständen noch rechnet, wird weiter von der Solareinstrahlung, der Vergütung und der Preisentwicklung abhängen. Allerdings ist es der Investor, der entscheidet, ob eine niedrigere Rendite für ihn akzeptabel ist.