PV-Anlage Größe berechnen, passenden Speicher & Modulfläche wählen

Besonders für Einfamilienhäuser und Mehrfamilienhäuser stellt sich die Frage, ab welcher Größe sich Solaranlagen lohnen. Die kurze Antwort ist: Solaranlagen lohnen sich immer, wenn sie fachgemäß dimensioniert und installiert sind. Es kommt jedoch im Einzelfall darauf an, was „lohnen“ für Sie persönlich bedeutet. Hier können ein finanzieller Mehrwert, der Beitrag zum Klimaschutz oder auch die relative Eigenständigkeit bei der Stromversorgung, Antrieb für den Kauf einer PV-Anlage sein. Ab welcher Größe sich eine private Anlage wirtschaftlich lohnt, erfahren Sie im folgenden Abschnitt.

Der Kauf einer Solaranlage ist eine erhebliche finanzielle Entscheidung. Bei der Planung der Anlagengröße stellt sich die Frage, inwiefern sich das vorliegende Dachpotential für eine PV-Anlage lohnt. Aus wirtschaftlicher Sicht gibt es Mindestgrößen für PV-Anlagen.

Diese unterscheiden sich von Ort zu Ort und Dach zu Dach. Unabhängig der gesetzlichen Vorgaben ergeben sich je nach lokalen Gegebenheiten unterschiedliche Aussagen zur Mindestgröße. Ein unverbindlicher Beratungstermin mit den lokalen Fachbetrieben gibt Aufschluss über das vorliegende Dachpotential.

In der Studie „Sinnvolle Dimensionierung von Photovoltaikanlagen für Prosumer“ der HTW Berlin führen die Forschenden Zusammenhänge und Bedingungen auf, welche die optimale Dimensionierungbeeinflussen. Es werden drei Stromverbrauchs-Szenarien verglichen.

Die Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage ist zumeist das ausschlaggebende Argument bei der Planung und Wahl der Anlagengröße. In der Studie werden Referenzkosten ohne den Betrieb einer PV-Anlage über 20 Jahre, mit Gesamtkosten einer Solaranlage über 20 Jahre, in Abhängigkeit der installierten Leistung, verglichen. Folgende Ergebnisse lagen zum Zeitpunkt der Erscheinung der Studie (2019) vor:

• Die Mindestgröße für den Haushalt „S“ mit 3.000 kWh Strombedarf pro Jahr beträgt 6 kW_p.
• Die Mindestgröße für den Haushalt „M“ mit 4.500 kWh Strombedarf pro Jahr beträgt 4 kW_p.
• Die Mindestgröße für den Haushalt „L“ mit 7.000 kWh Strombedarf pro Jahr beträgt 3 kW_p.

Einen etwas einfacheren Ansatz, um eine Mindestgröße festzulegen, bietet überdies die folgende Faustformel:

Jahresstromverbrauch x Faktor 1,5 ÷ spezifischen PV-Anlagenertrag/a = Minimale Anlagenleistung

Beispiel: 4000 kWh/a x 1,5 ÷ 1.000 kWh/a = 6,0 kW_p PV-Anlagenleistung.

Da sich die Modul- und auch Anlagen-Kosten in den letzten Jahren einerseits stark vergünstigt haben und andererseits die maximal möglichen Anlagengrößen für "Balkonkraftwerke" - also kleinere Anlagen mit sehr viel einfacherer Montage - auf 800 Watt AC und 2 kW_p DC angestiegen sind, ist es heute nicht mehr eindeutig abzugrenzen, ab welcher minimalen Größe eine Anlage rentabel ist.

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Im Rahmen der Studie „Sinnvolle Dimensionierung von Photovoltaikanlagen für Prosumer“ der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin (2019) wurden unterschiedliche Anlagengrößen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Eigenverbrauch und Autarkie untersucht.

(Studie: "Sinnvolle Dimensionierung von Photovoltaikanlagen für Prosumer", HTW Berlin (2019)).

Sofern es sich nicht um eine Photovoltaikanlage handelt, die eine maximale installierte Leistung von 100 kWp überschreitet und damit nach § 19 EEG anders vergütet werden muss, gilt: „Macht die Dächer voll!"

Die nutzbare Dachfläche eines durchschnittlichen Einfamilienhauses in Deutschland beträgt zwischen 30 und 50 m². Diese begrenzt auf natürliche Weise die Anlagen-Größe.

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Mit einer Mindestgröße von einem Solarmodul und einer maximalen Wirkleistung von 600 W_p (gesetzlich limitiert), stellen Steckersolargeräte (auch: Balkonkraftwerke) die kleinsten Photovoltaikanlagen dar. Die Amortisationszeit von Steckersolargeräten variiert im Schnitt zwischen 7 und 10 Jahren. Die Zeit, nach der sich die kleinsten Solaranlagen wirtschaftlich lohnen, wird maßgeblich durch Modulausrichtung, Neigungswinkel, Verschattung und Lastprofil beeinflusst.

Mit der kleinstmöglichen Solaranlage kann der Strombezug aus dem Netz verringert werden. Ist die Ersparnis während der Lebensdauer größer als die anfängliche Investition, lohnt sich das Projekt.

Im Hinblick auf das Klima lohnt sich selbst die kleinste Solaranlage. Solarmodule weisen generell eine geringe Energy Payback Time (Energierücklaufzeit) auf. Die vorausgehenden Energieaufwendungen in der Herstellung sind durch die solare Stromerzeugung schnell ausgeglichen, sodass nach ca. 1,5 bis 2 Jahrenechte CO₂-Emissionen eingespart werden.

Mit dem Stecker-Solar-Simulator der Forschungsgruppe Solarspeichersysteme (HTW Berlin) können Sie das Potential für die kleinsten Photovoltaikanlagen ermitteln. So erfahren Sie, ab wann sich die PV-Anlage lohnt, mit welchen jährlichen Ersparnissen Sie rechnen können und wie hoch vermiedene CO₂-Emissionen sind. Die Kalkulation dient lediglich der Orientierung und ersetzt keine fachgerechte Planung unter der Berücksichtigung individueller Bedingungen. Jedoch wird deutlich, dass sich eine Solaranlage mit einer minimalen Größe lohnen kann.

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Die gesetzlichen Vorgaben bestimmen in einem großen Maß die Anlagengröße. Während das EEG beispielsweise unterschiedliche finanzielle Anreize in Abhängigkeit der Anlagengröße vorschreibt, limitiert ein gesetzlicher Mindestabstand für Photovoltaikanlagen die Anlagengröße im Vorfeld.

In Baden-Württemberg dürfen PV-Anlagen gemäß Landesbauordnung bis zum Rand der Dächer reichen. Lediglich Statik und Anlagenkontruktion limitieren die nutzbare Dachfläche. In den übrigen Bundesländern gelten Mindestabstände zwischen 25 cm und 125 cm zu benachbarten Dächern. Dadurch kann teilweise nur die Hälfte der theoretisch möglichen Anlagengröße installiert werden. Die Mindestabstände wurden aus Brandschutzgründen eingeführt.

Seit der letzten Studie des Fraunhofer ISE gelten brandschutzbedingte Mindestabstände als veraltet: „Die Einhaltung der bestehenden Regeln durch qualifizierte Fachkräfte ist der beste Brandschutz. 0,006 Prozent der Photovoltaik-Anlagen verursachten bisher einen Brand mit größerem Schaden. In den letzten 20 Jahren gab es 350 Brände, an denen die Solaranlage beteiligt war, bei 120 war sie Auslöser des Brandes. In 75 Fällen war der Schaden größer, in 10 dieser Fälle brannte ein Gebäude ab.“

Im Zuge der sinkenden Einspeisevergütungen wurden Solaranlagen häufig nach dem maximalen Eigenverbrauchsanteil dimensioniert. Die maximal sinnvolle Anlagengröße richtete sich nach dem eigenen Lastprofil. Vorliegende Dachpotentiale wurden und werden so nicht maximal ausgeschöpft, da sich eine Überschusseinspeisung oder Volleinspeisung nicht lohnt (Stand Juni 2022). Die folgende Tabelle gibt den benötigten Eigenverbrauchsanteil nach Stromgestehungskosten und Anlagengröße wieder, nach dem die Solaranlage wirtschaftlich ist. Aus der durch das Umweltbundesamt beauftragten Studie "Wirtschaftlichkeit von Photovoltaik-Dachanlagen" geht hervor, dass sich Volleinspeisung, unabhängig der Anlagengröße, nicht lohnt (Stand April 2021).

Mit den Änderungen im EEG 2022 und der Novelle 2023 soll sich jedes installierte kWp bei Solaranlagen lohnen. Unabhängig der Stromvermarktung (Überschusseinspeisung, Volleinspeisung oder Eigenverbrauch) besteht das Ziel der gesetzlichen Anpassungen in der Aktivierung der maximalen Dachpotentiale für Photovoltaik. Der § 100 Absatz 14 Satz 3 EEG 2021 soll dabei sicherstellen, dass Volleinspeisemodelle wieder wirtschaftlich attraktiv werden, unerschlossene Dachpotenziale gehoben und Anreize zur Vollbelegung von Dachflächen gesetzt werden.

Die optimale Anlagengröße unterliegt stets den aktuellen gesetzlichen Vorgaben. Diese sind zum Zeitpunkt der Planung unbedingt zu prüfen.

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Anlagengröße nach Wirtschaftlichkeit

Mit Blick auf die Wirtschaftlichkeit und auf Basis der Studie "Sinnvolle Dimensionierung von Photovoltaikanlagen für Prosumer" sollte die Solaranlage über eine installierte Leistung von mindestens 3 kW_p verfügen. Eine sinnvolle Photovoltaikanlagen-Größe für ein Haus mit Elektroauto liegt aus wirtschaftlicher Sicht bei 8 kW_p oder 10 kW_p installierter Leistung.

Die Angaben gelten für den Stromverbrauch eines Einfamilienhauses mit 7.000 kWh (4.500 kWh durchschnittlicher Verbrauch + 2.500 kWh Elektroauto). Unabhängig des Stromverbrauchs ergibt es aus wirtschaftlicher Sicht Sinn, das vorliegende Dachpotential vollständig auszunutzen.

Beispielrechnung bilanzielle Stromversorgung eines Elektroautos

Ein Haus in Hannover (Photovoltaik-Potential: 1.037,4 kWh/kW_p) soll mit einer Photovoltaikanlage ausgerüstet werden. Deren Größe soll so ausgelegt werden, dass ein Elektroauto (2.500 kWh pro Jahr) versorgt werden kann. Die Familie möchte kein autarkes System, der Strom soll lediglich bilanziell durch die Solaranlage produziert werden. Das Einfamilienhaus mit einem jährlichen Strombedarf von 4.500 kWh hat eine nutzbare Dachfläche von 40 m². Es besteht nun die Frage, wie groß die PV-Anlage sein muss, damit, in Betrachtung eines Jahres, 7000 kWh Strom produziert werden kann.

Eigennutzung von Solarstrom: Elektroauto

Der betrachtete jährliche Strombedarf eines Einfamilienhauses beträgt 5.000 kWh. Für ein Elektroauto mit jährlicher Fahrleistung von 10.000 km sind in diesem Beispiel rund 1.690 kWh Strom erforderlich. Regelmäßige Ladevorgänge mit einer Leistung von 3,5 kW charakterisieren den zusätzlichen Strombedarf im Lastprofil. Der tägliche Strombedarf des Elektroautos liegt bei 4,6 kWh. Damit pendelt ein Familienmitglied täglich rund 26,5 km.

Die folgende Tabelle veranschaulicht den Anteil der Eigennutzung von Solarstrom in einem Einfamilienhaus. Dabei wird zwischen der Nutzung des Solarstroms für das Elektroauto und der Nutzung durch Haushaltsgeräte unterschieden.

Sicher muss eine gewisse Anlagengröße gewährleistet sein, damit ein Elektroauto ebenfalls mit Solarstrom versorgt werden kann. Hier ist besonders auf die maximale Last im Energiesystem zum Zeitpunkt des Ladevorgangs zu achten. Diese sollte durch die installierte Leistung der Solaranlage bereitgestellt werden können. Der Zeitpunkt der Ladung bestimmt jedoch in einem größeren Maß, ob und wie hoch der Solarstrom direkt genutzt werden kann.

Aus Sicht der Systemsicherheit ist die Photovoltaikanlagen-Größe jedoch relativ, da der notwendige Strom aus dem öffentlichen Netz ergänzt wird.

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Eine Wärmepumpe bedarf je nach Anlagenart und -größe und erforderlicher Heizleistung unterschiedlich viel Strom. Maßgebliche Werte sind hier die Jahresarbeitszahl (JAZ), die Heizleistung der Wärmepumpe und die Heizstunden im Jahr. Soll eine Luft-Wärmepumpe mit JAZ 2,5 und 7 kW Leistung installiert werden, erfordert es rund 5.600 kWh Strom bei 2.000 Heizstunden. Hingegen benötigt eine Sole-Wasser-Wärmepumpe mit JAZ 4 und 7 kW Leistung nur 3.500 kWh bei 2.000 Heizstunden im Jahr.

Für einen Haushalt mit durchschnittlichem Stromverbrauch von 4.500 kWh fallen zusätzlich 3.500 kWh im Jahr für die Heizung durch die Sole-Wasser-Wärmepumpe an. Ein Jahres-Stromverbrauch von 8.000 kWh soll bilanziell durch eine Solaranlage gedeckt werden. Wie groß muss die Anlage dimensioniert werden, damit mindestens 8.000 kWh durch Solarenergie produziert werden?

Familie Pirani in Chemnitz (PV-Potential: 1.093,6 kWh/kW_p) hat eine nutzbare Dachfläche von 45 m².

Je nach Modul-Größe und Leistung pro Modul ergeben sich unterschiedliche Werte. Klar ist jedoch, dass Familie Pirani über 8.000 kWh im Jahr produzieren kann. Unser Rat hier ist, die Dachfläche mit 26 Modulen je 400 Watt auszunutzen und so eine Anlage mit rund 10,4 kW_p Größe zu installieren.

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Die erforderliche Fläche für eine bestimmte Photovoltaikanlagen-Größe wird durch die verwendeten Solarmodule beeinflusst. Zudem ist zu unterscheiden, ob eine gewisse Stromerzeugung erreicht werden soll oder ob eine entsprechende Nennleistung das Ziel ist. Für die typischen Solarmodul-Größen ergeben sich folgende Anlagengrößen.

So muss eine 10 kW_p Anlage zwischen 42,5 m² und 64 m² groß sein. Eine 5 kW_p Anlage passt je nach Solarmodul auf eine nutzbare Dachfläche von 21,25 m² bis 32 m². Für eine Photovoltaikanlage von 3 kW_p sind zwischen 12,75 m² und 19,2 m² Fläche erforderlich.

Je nach Solarmodul variiert der Flächenbedarf in m² pro kW_p:

• 250 W Modul mit 1,6 m² = 6,40 m²/kW_p
• 300 W Modul mit 1,6 m² = 5,33 m²/kW_p
• 350 W Modul mit 1,7 m² = 4,86 m²/kW_p
• 400 W Modul mit 1,7 m² = 4,25 m²/kW_p

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Eine vollständige Autarkie des eigenen Energiesystems ist, wenn nicht anders lösbar, wirtschaftlich ineffizient. Es ist ratsam, die maximal mögliche Anlagengröße zu wählen. Wenn Sie wissen wollen, wie viel kW_p Sie benötigen, um zumindest bilanziell den eigenen Strombedarf zu generieren, können Sie folgende Formel anwenden:

Leistung in kW_p = (Strombedarf x Solareinstrahlung STC) / (Globale horizontale Einstrahlung x Performance Ratio)

Für die vorangegangenen Beispiele aus Hannover, Nürnberg und Chemnitz ergeben sich folgende Werte:

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