Wie hoch ist der Ertrag?

Die Solarenergie-Nutzung liegt im Trend. Wie bei anderen regenerativen Energiesystemen auch, ist jedoch das, was bei Solaranlagen „hinten“ herauskommt, nicht konstant. Da die Energiequelle Sonne jahreszeitlichen und wetterbedingten Schwankungen unterliegt, liefern PV-Anlagen im Jahresverlauf Strom in unterschiedlicher Menge. Zu den variablen Faktoren zählen die Globalstrahlung in Abhängigkeit von Tages- und Jahreszeit, die Verschattung, klimatische Bedingungen und anderes mehr. Umso schwerer fällt eine präzise Ertragsprognose gegenüber dem Kunden, die – fällt sie zu optimistisch aus – Ärger verursacht. Ist sie zu vorsichtig und der potenzielle Ertrag wenig attraktiv, verliert man womöglich den Auftrag. Hinzu kommt, dass man bei Anlagen, die vom Standard abweichen – etwa größere netzgekoppelte PV-Systeme, hybride Anlagenkonzepte oder Großanlagen – mit Erfahrungswerten, Taschenrechner und Tabellen nicht weit kommt, weil die Zusammenhänge und gegenseitigen Abhängigkeiten zu komplex sind. In diesen und weiteren Fällen kann Software zur PV-Anlagenplanung und Simulation weiterhelfen.

Welche Software gibt es und was kann sie?

Auch wenn Anbieter manchmal behaupten, ihre Software könne alles und sei für jede Aufgabe geeignet, so hat doch jede ihren Schwerpunkt und ihre primäre Zielgruppe: Software für die Anlagenauslegung berechnet Anlagenkomponenten und deren Zusammenspiel, die elektrische Verschaltung und Verkabelung, das Montagesystem etc., unter Berücksichtigung von technischen Daten, Kennlinien, Leitungsverlusten oder der Verschattungssituation. Damit können Planer Anlagen im Vorfeld technisch optimieren. Simu­la­tions­pro­gramme dienen primär einer möglichst realis­tischen Ertragsberechnung, um in der Akquisitionsphase dem Kunden gegenüber möglichst präzise Aussagen zur Wirtschaftlichkeit oder der Förderungshöhe machen zu können. Dabei werden die Anlagen in Zeitschritten anhand solarer Einstrahlungsdaten und Temperaturen simuliert und wichtige Daten wie Anlagenzustände oder Energiesummen im Stundentakt ermittelt. Planungsprogramme sind meist um ein PV-Planungsmodul ergänzte CAD-Konstruk­tions­pro­gramme, die primär der geometrischen Modulauslegung, 3D-Visualisierung, 3D-Verschattungssimulation, statischen Berechnung (Windsog, Schneelast), Ausführungsplanung und Ausschreibung von Anlagen dienen. Die vierte Kategorie bilden die meist online aufrufbaren Ertragsrechner, die sich nur für eine überschlägige Dimensionierung eignen, weil beispiels­weise keine individuellen Modul- und Wechselrichterdaten eingegeben werden können.

Antworten auf Grundsatzfragen wie optimale Ausrichtung und Neigung oder erforderliche Modul­fläche bieten fast alle Programme. Darüber hinaus weiß Software zur PV-Anlagenplanung auch Rat in Detailfragen. Dazu wird die Anlage mit allen Komponenten mithilfe mathematischer Modelle rechner­intern abgebildet und „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. Aus den Eingabedaten werden Anlagenübersichtspläne, ­Elektro-Schemapläne, Montage- und Verstringungspläne, teilweise auch Berechnungsergebnisse für Windsog und Schneelast, Stücklisten für Angebote, respektive Mengen für die Ausschreibung generiert. Sind die Stücklisten/Mengen mit Preisen verknüpft, können auch Aussagen zu den Anlagenkosten gemacht werden. Apropos Kosten: wer mit Solarstrom Kunden akquirieren will, muss auch die finanziellen Vorteile eines Projektes überzeugend darstellen. Auch das bietet Solarsoftware in Form von Grafiken, Schaubildern und Tabellen. Attraktiv dargestellt werden muss aber auch, wie das Ganze hinterher auf einem 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.

Photovoltaik-Software im ­Vergleich

Gab es vor einigen Jahren gerade mal eine Handvoll Programme zur PV-Anlagenplanung und Ertragsabschätzung, tummelt sich mittlerweile eine beacht­liche Anzahl von Anbietern am Markt, die teilweise sogar mehrere Software-Lösungen offerieren. Umso schwerer fällt es, die „Richtige“ zu finden. Der tabellarische Produktvergleich auf den folgenden Seiten, der keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt, soll eine erste Orientierung geben. Zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit wurden nur eini­ge wichtige Programm-Merkmale (im Folgenden kursiv gedruckt) abgefragt: Neben dem Programm-Namen steht die Versionsnummer. Sie lässt, zusammen mit dem Jahr der Einführung, Rückschlusse auf die Häufigkeit der Programm-Upgrades zu. Mit der Entscheidung für eine Software geht man mit dem Anbieter eine längerfristige Bindung im Hinblick auf Updates/Upgrades, Wartungsverträge, Software-Anpassungen und anderes ein. Daher sollte man neben der Software auch ihn genauer unter die Lupe nehmen. Basis-Marktdaten geben dabei Anhaltspunkte: Seit wann ist der Anbieter auf dem Markt? Wie viele Lizenzen werden eingesetzt? Mit der Primären Zielgruppe kann man auf die Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten schließen (aller­dings fassen Anbieter aus naheliegenden Gründen die Zielgruppe gerne möglichst weit). In der Zeile Anlagentyp steht, für welche PV-Anlagen (z.B. Insel, Netz, Hybrid) die Software eingesetzt werden kann. In der Zeile Auslegung steht beispielhaft, was berechnet werden kann, respek­tive berücksichtigt wird. Mehr oder weniger präzise Vorhersagen zum Ertrag, zur Wirtschaftlichkeit oder Emissionseinsparung ermöglicht die Berechnung. Ist das Programm auch in der Planung einsetzbar, lassen sich die ausgewählten Module auf einer definierten Dachfläche geometrisch auslegen, Pläne und Mengen/Stücklisten oder Visualisierungen generieren. Klimadaten sollten für das Land oder die Region, für das/die man die Software einsetzen will, möglichst detailliert sein. Das gilt auch für Komponenten-Bibliotheken wie PV-Module, Wechselrichter, Batterien, die eine strukturierte Auswahl ermöglichen und in regelmäßigen Abständen aktuali­siert werden sollten. Zur Ausgabe gehören Berichte oder Visualisierungen auf einen Windows-Drucker oder in einem gängigen Ausgabe-Datenformat für eventuelle Weiterbearbeitung und den Versand per E-Mail. Wichtig für die Genauigkeit von Simulationsberechnungen ist die zeitliche Auflösung (Stunde, Tag, Woche, Monat, Jahr). Der Preis für die Komplettversion sollte alle wichtigen Programm-Module beinhalten – er liegt zwischen 0 Euro (Freeware), 3000 Euro (CAD-Software und PV-Softwaremodul) sowie mehreren tausend Euro für ein umfassendes Gebäude- und Anlagen-­Simulationssystem. Zum Basis-Service sollten ein Telefon- und E-Mail-Support, optional auch die Fernwartung per Internet gehören. Upgrades (Aufstieg auf die nächste Version) sollten individuell oder per Pflegevertrag möglich sein.

Licht und Schatten

Ihre Grenzen haben die Programme im Detail. So werden Aspekte wie Modulverhalten, Modulträgheit, Leitungsverluste, Temperaturverhalten von Wechselrichtern, DC/AC-Leitungsverluste, Transformationsverluste oder der Energieverbrauch von Nachführsystemen überhaupt nicht oder 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 Verbraucher oder individuelle Verbrauchsprofile definiert werden. Passen müssen viele Lösungen auch, wenn es komplex wird, weil beispielsweise bei Großanlagen der Geländeverlauf und damit unterschiedliche Modulausrichtungen, -neigung und -verschattungen oder weil neuartige Anlagenvarianten oder bestimmte Anlagenparameter zu berücksichtigen sind. In diesen und weiteren Fällen kommt man meist um eine indi­vi­duelle Anlagenbeschreibung mithilfe spezieller Programme für die dynamische Gebäude- und Anlagensimulation (z.B. DK-Integral, Polysun, SMILE, TRNSYS) nicht herum. Die Eingabe und Verknüpfung aller relevanten Gebäude-, Anlagen- und Umweltdaten sowie deren Ergebnisinterpretation sind jedoch so komplex, dass der Zeitaufwand hoch und Expertenwissen ­erforderlich ist.

Sollen PV-Anlagen optimal ausgelegt, Komponenten aufeinander abgestimmt, Verschattungseinflüsse berücksichtigt und Erträge prognostiziert werden, kommt man heute an Auslegungs- und Simulationssoftware nicht mehr vorbei. Ob die Ergebnisse hinterher auch der Realität entsprechen, hängt jedoch von mehreren Faktoren ab: Zum einen vom Programm – Untersuchungen und Tests haben gezeigt, dass die Abweichungen zwischen Ertragsprognosen und tatsächlichen Erträgen zwischen rund 2 und 12 % liegen [1]. Zum anderen vom Input – Simulationen sind nur so gut, wie die Eingabedaten. Sind sie falsch oder ungenau, können Simulationsprogramme auch keine präzisen Vorhersagen liefern. Deshalb müssen die Ergebnisse stets kritisch hinterfragt und möglichst anhand vergleichbarer Anlagen auf ihre Plausibilität ­geprüft werden.

Marian Behaneck

Literatur und Quellen

[1] Podewils, Ch.: Die Aussichten: Gut, aus: Photon Profi 4/11, ­PHOTON ­Holding, Aachen

[2] Quaschning, V.: Regenerative Energiesysteme / Technologie, Berechnung, Simulation, 2007, Hanser Verlag München

[3] Quaschning, V.: Im Praxistest: Simulationsprogramme für Photovoltaik-Anlagen, Energie und Umwelt 2007, FHTW, Berlin

[4] Haselhuhn, R./Vanicek, P.: Präzision der Prognose, aus: Sonne, Wind & Wärme 8/11, Bielefelder Verlag, Bielefeld

[5] Haselhuhn, R./Zehner, M: Präzision statt Lotterie, aus: Sonne, Wind & Wärme 4/10, Bielefelder Verlag, Bielefeld

Auswahl weiterer Anbieter und Produkte:

http://www.archelios.fr: Archelios Pro

https://www.electrographics.it/: Solergo

https://www.spie-escad.de/: ESCAD Energy 3D Powerplan

https://insel.eu/: INSEL

http://www.luxea.de: Solinvest Pro

http://www.solem.de: SolEm

Weitere Infos

http://www.energynet.de: Energie-Portal; Software-Übersicht

http://www.photon.de: Solarstrom-Magazin

http://www.solarserver.de: Solarportal mit ­Software-Übersicht

http://www.sonnenenergie.de: Deutsche Ges. für ­Sonnenenergie

http://www.sonnewindwaerme.de: Solar- und ­Windenergie-Magazin

http://www.volker-quaschning.de: News, Literatur, Daten, Werkzeuge

Wer kein Geld ausgeben möchte, …

… wählt kostenlose (Online-)Software. Werden Standort, Ausrichtung, Leistung und Anlagentechnik in ein Dialogfenster eingetragen, erhält man per Mausklick eine über den Daumen gepeilte Ertragsprognose. Hervorzuheben ist das von der Europäischen Kommission kostenlos zur Verfügung gestellte PVGIS. Es ermöglicht eine überschlägige Anlagenauslegung, berücksichtigt jedoch keine herstellerspezifischen Anlagendaten (http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php). Weitere Beispiele sind http://www.­solarcalc.de, http://www.solarenergie.com, http://www.sunnysolar.de oder https://valentin-software.com/. Daneben gibt es auch zeitlich oder funktional eingeschränkte Light-Versionen vollwertiger Produkte wie etwa Archelios, von dem es auch eine kostenpflichtige Pro-Version gibt ( http://www.archelios.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 ). Vorsicht bei sogenannter „Freeware“ (Desire, Greenius Free, PVCalC etc.): Sie ist zwar für private, Schulungs- und Forschungszwecke kostenfrei, eine kommerzielle Nutzung in der Regel jedoch nicht gestattet.