Wissenswertes über Photovoltaikanlage

Photovoltaikanlagen produzieren umweltfreundlichen Solarstrom. Unter Ausnutzung des sogenannten photoelektrischen Effektes wird Sonnenlicht in Gleichstrom umgewandelt. Bei netzgekoppelten Photovoltaikanlagen wird der Solarstrom ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Im Gegenzug erhält der Betreiber die Photovoltaik Einspeisevergütung.

Solarstromerzeugung

Solarzellen bestehen meist aus zwei Siliziumschichten, die unterschiedlich dotiert sind. Dotierung meint im Prinzip die gezielte Verunreinigung mit Fremdatomen. Dadurch entstehen jeweils eine n-dotierte Schicht (mit einem Überschuss an negativen Ladungsträgern) und eine p-dotierte Schicht (mit einem Überschuss an positiven Ladungsträgern). Dotierungsmittel können zum Beispiel Bor, Arsen oder Phosphor sein. An der Grenze dieser beiden Schichten, am sogenannten p-n-Übergang fließt bei Lichteinstrahlung ein Gleichstrom, wenn die entstehende Spannung über Kontakte abgenommen wird

Komponenten einer Photovoltaikanlage

In einer einzelnen Solarzelle fließt nur sehr wenig Strom. Deshalb werden mehrere Solarzellen zu einem Solarmodul zusammengeschaltet. Die Anzahl der verschalteten Solarzellen hängt unter anderem von der Größe des Solarmoduls ab. Zum Schutz vor äußeren Einflüssen werden die Solarmodule in eine Kunststoffschicht eingebettet und oben mit einem lichtdurchlässigen Spezialglas abgedeckt. Mehrere Photovoltaik Module werden zum sogenannten Solargenerator zusammengeschlossen. Zur Photovoltaikanlage gehören jedoch noch mehr Komponenten. Um den Gleichstrom nutzen zu können beziehungsweise ihn in das öffentliche Netz einspeisen zu können, ist ein Wechselrichter notwendig, der den Gleichstrom in Wechselstrom wandelt. Die Qualität des Wechselrichters ist entscheidend für den Ertrag der Photovoltaikanlage. Neben der Verkabelung wird ein Einspeisezähler bzw. Eigenverbrauchszähler benötigt.

Ertrag und Ausrichtung

Für den Ertrag einer Photovoltaikanlage ist unter anderem die gewählte Modulart entscheidend. Denn monokristalline Solarmodule haben einen höheren Wirkungsgrad als polykristalline Module. Vor allem bestimmt aber auch der Standort über den möglichen Ertrag der Photovoltaikanlage.
Hier spielen die Dachneigung, Ausrichtung sowie die geografischen Gegebenheiten eine große Rolle.

Auch wenn die optimalen Bedingungen nur selten erreicht werden: Photovoltaikanlagen sollten im besten Fall nach Süden zeigen und eine Neigung zwischen 30 und 35 Grad aufweisen. Unbedingt sollten Verschattungen vermieden werden.

Photovoltaikanlagen Preise

Die Preise für Photovoltaik-Anlagen sind seit 2006 deutlich gefallen und betragen teilweise nur noch einen Bruchteil der ehemaligen Investitionskosten.

Mit Ermittlung der Investitionskosten, die natürlich extrem von der Qualität- und Qualitätskontrolle der einzelnen Module abhängig sind, kann dann auf Basis der ermittelten durchschnittlichen Sonnenstunden eine verlässliche Rendite berechnet werden.

Power Purchase Agreement

Dafür bieten deutsche Hersteller weiterhin hochwertige und langlebige Produkte an. Aber auch wenn die Zeit der massiven Preisreduzierungen vorbei ist, mit einer netzgekoppelten Anlage mit einem 30-jährigen Pachtvertrag über PPA (Power Purchase Agreement), lassen sich auch heute und in Zukunft stattliche Renditen von bis zu 6,0 % p.a. in Bezug auf die Investitionssumme erreichen. Somit bildet der Betrieb einer Photovoltaik-Anlage immer noch eine hervorragende Investitionsentscheidung mit einer stabilen Rendite für die kommenden 30 Jahre.

Einflussfaktoren

Der Investor übersendet unserem Bankpartner seine Bonitätsunterlagen zur Überprüfung und erhält ein Zinsangebot. Nach Finanzierungszusage und Bestellung stellt der Verkäufer den Kaufvertrag, leider ein sehr umfangreiches Werk, zur Einsicht und Überprüfung aus. Des Weiteren ein Datenblatt mit den Kauffakten und einer Ertragsrechnung (PV SOL).

Nachfrage & Investitionskosten

Während noch vor Jahren 3.000 Euro pro kWp für die Installation einer Komplettanlage gezahlt werden mussten, ist der Preis in den letzten Jahren massiv gesunken. Die gesunkenen Preise sind dabei auch das Ergebnis der staatlich gewollten sukzessiven Reduzierung der Einspeisevergütung. Private Anlagenbetreiber erhielten bspw. im Jahr 2008 noch ca. 46 ct. je kWh, wogegen mittlerweile für Einspeisungen ins öffentliche Netz teilweise weniger als 5 ct. gezahlt werden. Mit den damals vergleichsweise hohen Einspeisevergütungen, aber auch hohen Investitionskosten, wurde die Nachfrage gesteigert. Und auf der anderen Seite führte die frühzeitig geführte Kommunikation der zukünftigen sinkenden Einspeisevergütungen dazu, dass Anlagenbetreiber eine verlässliche Investitionsentscheidung treffen konnten.

Offener Markt & sinkende Preise

Mit der zunehmenden Nachfrage sind dann am Markt auch asiatische und speziell chinesische Hersteller aufgetreten. Diese produzierten und produzieren zu deutlich niedrigeren Preisen und erreichten damit eine drastische Senkung der Modulpreise. Allerdings ist an dieser Stelle auch zu erwähnen, dass insbesondere die chinesischen Hersteller lange Zeit mit staatlichen Mitteln unterstützt wurden und auf diese Weise sehr kostengünstig anbieten konnten. Der damit einhergehende Wettbewerbsdruck verschärfte auch die Situation für deutsche Hersteller, sodass die Preise massiv gesenkt werden mussten. Trotzdem haben Hersteller wie Yingli Solar oder Trina Solar massiv Marktanteile gewonnen und renommierte Markenhersteller wie Solarwatt oder Schott Solar unter erheblichen Zugzwang gebracht.

Power Purchase Agreement

Dafür bieten deutsche Hersteller weiterhin hochwertige und langlebige Produkte an. Aber auch wenn die Zeit der massiven Preisreduzierungen vorbei ist, mit einer netzgekoppelten Anlage mit einem 30-jährigen Pachtvertrag über PPA (Power Purchase Agreement) lassen sich auch heute und in Zukunft stattliche Renditen von bis zu 6,0 % p.a. in Bezug auf die Investitionssumme erreichen. Somit bildet der Betrieb einer Photovoltaik-Anlage immer noch eine hervorragende Investitionsentscheidung mit einer stabilen Rendite für die kommenden 30 Jahre.

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Die Photovoltaikmodule

Für die Erreichung der Klimaziele und dem damit verbundenen Wechsel von fossilen zu regenerativen Methoden der Energiegewinnung stellt die Photovoltaik ein wichtiges Element dar. Sichtbar für jeden Außenstehenden sind dabei die Solarmodule, über die aus Sonnenlicht Strom erzeugt wird. Mit der Förderung der Photovoltaik in den letzten Jahrzehnten ist es auch gelungen die Technologie effizienter und kostengünstiger anzubieten.

Unter anderem auch mithilfe des Energie-Einspeisegesetzes (EEG) konnten Anlagenbetreiber darauf vertrauen, dass sich Investitionen im Laufe von 14-20 Jahren (abhängig vom Eigenkapital und Zinssatz) amortisieren. Parallel wurde die Forschung in die Photovoltaik erhöht. Als Ergebnis zeigt sich ein bis heute andauernder Prozess, bei dem sowohl die Lebensdauer der Module, wie auch deren Wirkungsgrad immer wieder verbessert wurden.

Wie genau aber wird aus Licht Strom erzeugt und welche unterschiedlichen Module gibt es?

In der Photovoltaik wird zwischen drei unterschiedlichen Modularten gesprochen. Die sogenannten polykristallinen, monokristallinen oder Dünnschichtmodule. Jedes Modul hat Vor- bzw. Nachteile. Für die Erzeugung von Strom aus Sonnenlicht ist es dabei wichtig zu wissen, dass Silizium ein sogenannter Halbleiter ist. Legt man auf der einen Seite eine positiv geladene Siliziumschicht und auf der gegenüberliegenden Seite eine negativ geladene, dann entsteht zwischen diesen beiden Schichten bei Sonneneinstrahlung eine Spannung und Strom fließt.

Dachmontage

Abhängig von der Dachart gibt es unterschiedliche Montagesysteme für eine Photovoltaik-Anlage. Dabei können die Module auf die bestehende Dachziegel aufgebaut werden (Aufdach-System) oder direkt in die Dachfläche integriert werden (Indach-System). Wer ein Flachdach besitzt, der kann seine Anlage auf dem Dach aufständern lassen.

Photovoltaikfreiflächen - Grossanlage

Auf bundesdeutschen Dächern gehören Photovoltaik-Anlagen längst zum alltäglichen Erscheinungsbild. Immer häufiger nutzen aber auch Kommunen, Landwirte oder Betriebe die Möglichkeit auf ihren Grundstücken großflächige Anlagen zu betreiben. Großanlagen können Skaleneffekte nutzen und zu günstigeren Konditionen je Kilowattpeak errichtet werden. Für den Betreiber bedeutet dies eine höhere Rendite und damit einhergehend eine hohe Wirtschaftlichkeit. Tatsächlich existieren in Deutschland ausreichend Freiflächen über die ganze Regionen mit Solarstrom versorgt werden können. 

Photovoltaikgroßanlagen

Zur Umsetzung der Klimaziele ist die Photovoltaik ein wichtiges Element. Deutschland besitzt wegen seiner geografischen Lage wenig Potenzial für den Ausbau von Wasserkraftwerken und auch die Windenergie stößt bei vielen auf ein Akzeptanzproblem. Vor diesem Hintergrund ist es nicht verwunderlich, dass in den letzten Jahren immer mehr Großanlagen auf Freiflächen, aber auch auf Gebäudedächern installiert wurden. Insbesondere moderne Logistikzentren oder Fabrikhallen sind hierfür prädestiniert, weil die Dächer in der Regel keine Aufbauten besitzen und somit keine Verschattung möglich ist. Projekte wie Desertec, bei denen das Solarpotential der afrikanischen Mittelmeerstaaten genutzt werden, sollte zeigen, dass es aber noch ein weiter Weg ist, bis Strom in Afrika produziert und nach Europa transportiert werden kann. Zwar ist die Sonnenausbeute deutlich höher, gleichzeitig müssen aber erhebliche Investitionen in die noch zu bauenden Fernleitungen getätigt werden. Und bevor diese Herausforderungen noch nicht final geklärt werden konnten, stellt die Produktion vor Ort in Deutschland die bessere Alternative dar.

Größte PV-Anlage in Waldpolenz

Eine der größeren Photovoltaik-Anlagen steht in Waldpolenz. Die in 2008 errichtete Anlage „Waldpolenz“ bei Leipzig ist auch heute noch eine der größeren Photovoltaik-Anlagen in Deutschland. Die Anlage ist ein Beweis dafür, wie Industrie- oder Landschaftsbrachen erfolgreich einem neuen Zweck zugeführt werden. So wurde 2008 ein ehemaliges Militärflughafengelände als Standort für die Photovoltaik-Anlage ausgewählt und im Folgejahr noch einmal erweitert. Die Leistung von 40 Megawatt sichert über das Jahr eine Produktion von ca. 40 Gigawattstunden. Damit ist praktisch die Versorgung einer ganzen Region möglich. Die Anlage beweist, dass die Produktion von grünem Strom zu marktgerechten Preisen möglich ist, denn die Kosten für jede über die Anlage produzierte Kilowattstunde liegen deutlich unter den aktuell üblichen Marktpreisen. Dabei wurden erhebliche Mengen an Kohlendioxid eingespart. Waldpolenz galt bei seiner Errichtung in 2008 als die weltweit größte Photovoltaik-Anlage. Für die Anlage wurden rund 550.000 Dünnschichtmodulen verarbeitet. Diese sind auf einer Fläche von einer Million Quadratmetern installiert. Die Dimension wird noch deutlicher, wenn man sich alternativ ein Rechteck mit einer Kantenlänge von 1 KM x 1 KM vorstellt. Und auch die Investitionskosten von damals 130 Millionen Euro waren zu diesem Zeitpunkt mehr als beeindruckend.

Viele PV-Anlagen in Deutschland

Zwischenzeitlich sind in Deutschland weitere Photovoltaikgroßanlagen realisiert worden oder befinden sich aktuell im Bau. Einige der geplanten Anlagen werden die Größe der Anlage in Waldpolenz deutlich übersteigen und können als Signal verstanden werden, dass sich die Stromproduktion über Photovoltaik auch in großem Stil rechnet. Seit dem Jahr 2022 steht die größte PV-Anlage Deutschlands „Weesow-Willmersdorf“ in Brandenburg mit einer unvorstellbaren Größe von 187 MW. Umso erstaunlicher ist es, dass die Bundesregierung bei der Überarbeitung der Gesetzesnovelle für das Erneuerbare-Energien-Gesetz, Großanlagen zukünftig bei der Förderung nicht mehr berücksichtigt.

Freiflächenanlagen

Freiflächenanlagen erhalten ohne Baugenehmigung keine Förderung

Für die Errichtung einer Photovoltaik-Großanlage ist immer dann eine Baugenehmigung notwendig, wenn diese auf einer Freifläche errichtet wird. Voraussetzung für eine Baugenehmigung ist dabei ein Bebauungsplan. Das Erneuerbareenergiengesetz (EEG) fordert darüber hinaus für die Förderfähigkeit der Anlage ebenfalls einen genehmigten Bebauungsplan. Der Kontakt zur örtlichen Behörde ist somit zwingend notwendig, sollte aber um spätere Verzögerung zu vermeiden, rechtzeitig vor Baubeginn aufgenommen werden.

Der Bebauungsplan für Photovoltaik-Großanlagen auf Freiflächen

Damit der örtliche Netzbetreiber den Strom verpflichtend abnimmt ist nachzuweisen, dass die Anlage „im Geltungsbereich eines Bebauungsplans im Sinne des § 30 Baugesetzbuch“ (vgl. § 32 EEG) erstellt wurde. Bei Nichterfüllung dieser Bedingung wird der Netzbetreiber keine Einspeisezusage im Vorfeld abgeben und die Anlage kann nicht wirtschaftlich betrieben werden.

Für einen Bebauungsplan muss eine 24-36 Monate Vorlaufzeit einkalkuliert werden

Der Bebauungsplan ist Aufgabe der jeweiligen Gemeinde. Diese definiert in einer rechtsverbindlichen Satzung, in welcher Art und Weise ein Gelände bebaut werden darf. Dabei stützt sie sich auf die jeweilige Landesbauordnung des zuständigen Bundeslandes. Der Bebauungsplan stellt sicher, dass alle Interessen die für oder gegen die Anlage sprechen, gegeneinander abgewogen werden. Zusätzlich ist eine Umweltprüfung vorzunehmen. Bevor ein Bebauungsplan beschlossen werden kann, durchläuft dieser mehrere Phasen, die im Baugesetzbuch definiert sind. Das Verfahren benötigt vom sogenannten Aufstellungsbeschluss bis zum finalen Satzungsbeschluss zwischen 24 und 36 Monaten. Da die einzelnen Schritte festgelegt sind, ist eine zeitliche Abkürzung nicht möglich und würde sogar im schlimmsten Fall den gesamten Beschluss anfechtbar machen. Ein guter Projektplaner kennt die Anforderungen und plant den Vorlauf ein. Gleichzeitig muss er aber auch die monatlich sinkenden Einspeisevergütungen im Blick behalten, da ein zu langer Planungsprozess die Rentabilität in Gefahr bringt. Als Alternative zur Errichtung auf der Freifläche bieten sich im Übrigen eine Installation auf einem Gebäudedach an. Hierfür wird kein Bebauungsplan benötigt und die Einspeisevergütung liegt über der für Freiflächen.

Eine wichtige Frage: Muss ein neuer Bebauungsplan her oder kann ein alter geändert werden?

Existiert für die Fläche bisher kein Bebauungsplan, regelt der § 35 des Baugesetzbuchs erste Schritte. Dort werden Photovoltaik-Anlagen im Außenbereich als „nicht privilegiert“ beschrieben. Daraus folgt, dass der Bebauungsplan die Fläche als Sondernutzungsfläche definiert und damit auch der gesamte Verfahrensprozess durchlaufen werden muss. Existiert ein Bebauungsplan für die Freifläche, muss dieser geändert werden. Dabei ist die Frage zu klären in welchem Umfang sich die Nutzung der Fläche durch die Photovoltaik-Großanlage gegenüber dem ursprünglichen Plan ändern wird. Sind die Änderungen gering und verändern die Grundzüge des ursprünglichen Bebauungsplans nicht wesentlich, dann kann das Planungsverfahren verkürzt werden. Wenn der Bebauungsplan die Fläche bisher nur für die landwirtschaftliche Nutzung vorgesehen hat, ist eine Abkürzung des Verfahrens leider nicht möglich. Der Grund findet sich im Baugesetzbuch, das den Betrieb einer Photovoltaik-Anlage auf Freiflächen als „Hauptnutzung“ definiert. Somit ist das Verfahren analog der Aufstellung eines neuen Bebauungsplans gleichzusetzen. Liegt der Bebauungsplan vor, ist der nächste Schritt die Erteilung einer Baugenehmigung für die Fläche einzuholen.

Der Projektplaner kann unter der Voraussetzung, dass abzusehen ist, dass der Bebauungsplan nur noch beschlossen werden muss, bereits einen Bauantrag stellen. In diesem Zusammenhang spricht man auch von „Planungsreife“.

Was ist mit den Kosten des Bebauungsplanverfahrens für Photovoltaik-Großanlagen?

Die jeweilige zuständige kommunale Baubehörde ist für die Erstellung des Bebauungsplans zuständig. Lässt die Finanzlage der Kommune es zu, dann übernimmt diese die Kosten. In vielen Fällen ist die Kommune aber weder finanziell noch organisatorisch in der Lage einen Bebauungsplan aufzustellen und übergibt das Verfahren an ein Planungsbüro. Die damit verbundenen Kosten werden der Kommune in Rechnung gestellt. Ob diese dann an den Projektträger weiterbelastet werden, liegt dann im Ermessen der Kommune.