Das Zusammenspiel von Anlagenoptimierung und Ertragssteigerung Aktuelle Entwicklungen bei PV-Softwaretools

In der Regel bereiten dem Planer die Anlagendimensionierung und die Berechnung des zu erwartenden Jahresertrags bei kleineren netzgekoppelten PV-Anlagen keine Schwierigkeiten. In der Praxis stellt aber jeder Anlagenstandort eigene Rahmenbedingungen, z.B. können aufgrund der Dachabmessungen nur bestimmte Module eingesetzt werden. Ebenso muss bei einer Dachintegration der temperaturabhängige Spannungsbereich der PV-Anlage bestimmt werden. Diese Parameter lassen sich nur unter Anwendung eines Simulationsprogramms ermitteln und müssen bereits während der Planungsphase zur Optimierung berücksichtigt werden.

PV-Dimensionierungs- und Simulations-Softwaretools
Um die Vorteile einer Solarstromanlage darstellen zu können ist es erforderlich, klare und anschauliche Aussagen zum Energie-ertrag einer PV-Anlage und zum erwarteten Erlös bei einer 100%igen Netzeinspeisung präsentieren zu können. Hier können unterschiedliche Methoden zur praxisnahen Anlagenplanung mittels vereinfachter Dimensionierung und Simulationsprogramme eingesetzt werden.

Software Dimensionierung und Simulation
Mit der Software „PVdesigner“ unterstützt die Donauer Solartechnik Planer und Ausführende zur Konzipierung von PV-Anlagen. Mithilfe der Präsentationswerkzeuge lassen sich die PV-Anlagen schnell und sicher konfigurieren, technisch einwandfreie Angebote erstellen sowie realitätsgetreue 3-D-Planungen für die Kundenpräsenta-tion erstellen. Durch die Verknüpfung der Donauer Produktdaten generiert das Konfigurations- und Planungstool die Stücklisten und Angebote und erstellt zweidimensionale Montagepläne, Ertragsprognosen, Wirtschaftlichkeitsberechnung, 3-D-Farb-ansichten, Schaltpläne oder das Anmeldeformular für den Energieversorger. Das Programm ermittelt auch die nutzbare PV-Fläche unter Berücksichtigung von Hindernissen und die automatische Modulverlegung mit Verschattungssimulation.
Das „Insolar“-Programm (erhältlich bei Huss-medien) ist übersichtlich und einfach zu bedienen, wobei der Vorteil darin besteht, dass sich die Berechnungsergebnisse in das Programm „Instrom“ eingeben lassen, um damit die PV-Anlage auch für die Netzverhältnisse TN- und TT-System planen zu können.
Die Dimensionierungsschritte mit dem „Insolar“ werden wie folgt durchgeführt:

• Der Standort wird auf einer hinterlegten geografischen Landkarte festgelegt, die diese in eine standortdefinierte Einstrahlungskarte umwandelt und die Einstrahlungwerte darstellt.
• Eingabe der Abmessungen der Dachfläche und Leistung der Anlage. „Insolar“ ist hierbei sowohl für eine PV-Anlageninte-gration auf Schräg- als auch für Flachdach anwendbar. Die Ausrichtung und Orientierung der Module erfolgt über das Fenster „Anlagenausrichtung und Neigungswinkel“, wobei das Programm die prozentuale Veränderung des Ertrages ermittelt. Als erstes Zwischenergebnis berechnet „Insolar“ für jedes Modul der Datenbank die erforderliche Modulanzahl sowie die daraus resultierende Gesamtleistung und den Flächenbedarf des Generators.
• Mit dem Programm kann dann das PV-Anlagenkonzept mit Zentral- oder Strangwechselrichteranbindung ausgewählt werden.
• Im nachfolgen Schritt liefert das „Insolar“ sämtliche Daten, um aus den PV-Modulen und Wechselrichtern die PV-Anlage zu konzipieren. Über das Fenster „Auswahlkriterien“ muss die Auslastung des Wechselrichters eingegeben werden. Auf Basis der Anlagenprüfung lässt sich auch die optimale Konfiguration auswählen. Parallel zur Angabe der Wechselrichterauslastung lassen sich zudem die Spannungen von Generator und Wechselrichter vergleichen.
• Nach der Eingabe der Leitungslängen der Gleich- und Wechselstromleitungen lassen sich Typ und Querschnitte und infolge dessen auch die Verluste berechnen.
• Abschließend führt das Programm eine Ertragsberechnung mit Angabe der unterschiedlichen Verluste durch.

„PV*SOL“- Softwaretool von Dr. Valentin EnergieSoftware.

Das „Insolar“-Programm vervollständigt die Auswertungen durch die Erstellung eines Anlagenschemata in Form eines einpoligen Ersatzschaltbildes. Als zusätzliche Informationen können die Datenblätter der Komponenten und eine Stückliste sämtlicher Komponenten erstellt werden.
Mit dem „PVProfit“ von Solarschmiede steht dem Anwender ein dynamisches Berechnungsprogramm zur Verfügung, mithilfe dessen die Wirtschaftlichkeit von PV-Anlagen ermittelt werden kann. Mit diesem Kalkulationsprogramm lässt sich auch die Investition in eine PV-Anlage schnell und einfach nach anerkannten betriebswirtschaftlichen Kriterien beurteilen. Das Programm berücksichtigt neben den Investitionskosten auch die Betriebskosten und die Kreditkosten sowie eine interne Verzinsung des eingesetzten Kapitals. Insbesondere die Kapitalkosten haben einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Amortisationsdauer und damit auf die Wirtschaftlichkeit („Solarrendite“) einer PV-Anlage. Dynamisch bedeutet in diesem Zusammenhang, dass auch der Zeitpunkt der Zahlungsströme berücksichtigt wird und damit eine exakte Berücksichtigung der Eigenkapitalverzinsung möglich wird.
Besonderheiten des Programms:

• Gegenüberstellung von verschiedenen Krediten,
• Beeinflussung der Lebensdauer der verwendeten Komponenten (Wechselrichterausfall),
• Inflationseinfluss der Kosten (Betriebskostenteuerung),
• Aufspaltung des Gesamtpreises in Einzelposten (PV-Module, Wechselrichter, Gestellsystem, Kabel und Montage),
• Übersichtliche Darstellung, mittels „schwebender Fenster“,
• Projektverwaltung um verschiedene Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen (auch archivierte) besser vergleichen zu können.

Das „Pvscout“ – ebenfalls von Solarschmiede – ist eine herstellerunabhängige Auslegungssoftware, die eine herstellerunabhängige Planung und Kalkulation von netzgekoppelten PV-Anlagen ermöglicht.
Mit geringem Zeitaufwand kann eine individuelle Dachkonstruktion mit all ihren Störobjekten, wie z.B. Gauben oder Dachfenstern, erstellt und mit PV-Modultypen der verschiedensten Hersteller belegt werden. Diese können dann mit einer großen Anzahl handelsüblicher Wechselrichtermodelle verschaltet werden. In einer sortierten Liste werden alle Wechselrichterkombinationen für den gewählten PV-Generator angezeigt. Besonderheiten hier:

• leicht zu erstellende Dachzeichnung,
• große herstellerunabhängige Datenbestände,
• Sonneneinstrahlungswerte,
• individuell zusammenstellbare Präsentation von technischen Details, Bestellung, Angebot, elektrisches Schaltbild, DC-Anschlussplan,
• Solarertrag und Wirtschaftlichkeitsberechnungen.

ScreenShot des „PV*SOL Expert 4.5“ - 3-D-Visualisierung.

Die „Polysun“-Software von Vela Solaris bietet mit Auslegungs-, Ertrags- und Wirtschaftlichkeitsberechnung eine umfangreiche  Flexibilität bei der Planung von PV-Anlagen sowie eine detaillierte Kostenanalyse. Die Programmnutzung erfolgt in den drei Schritten:

1. Auswahl der Wetterdaten,
2. Dimensionierung der Anlage,
3. Auswerten der Resultate.

Das Programm ermöglicht eine automatische Visualisierung der Simulationsresultate und bietet eine übersichtliche und detaillierte Auswertung sowie eine Ansicht der wirtschaftlichen Ergebnisse, z.B. Amortisation, Förderung, Energiebilanz. Ebenso dokumentiert werden Monats- und Stundenresultate mit Nachverfolgung der Energieströme. Alle Ergebnisse können grafisch dargestellt werden.
Das in Fachkreisen weitverbreitete Programm „PV*SOL® 4.0“ von Dr. Valentin EnergieSoftware wurde mit neuen Innovationen zum „PV*SOL® Expert 4.5“ zur Auslegung und dynamischen Simulation von PV-Anlagen erweitert und mit dem komplett neu gestalteten Dialog „Dachparameter“ ausgerüstet. Das Feature ermöglicht eine komfortable und umfangreiche Abbildung beliebiger Dachformen und Sperrflächen mit automatischer Modulbelegung.
Das Programm „PV*SOL® Expert 4.5“ beinhaltet das „Meteonorm“-Modul mit 8000 weltweiten Klimadatensätze (Standortauswahl über Landkarte) sowie das integrierte Photoaufmaßprogramm „Photo Plan“. Zudem können mehrere Gebäude und erstmals Gauben in 3-D mit Modulen, Sheddächer sowie Abschattungsobjekte wie Attika, runder Schornsteine etc. dargestellt werden.
Mit dem PV-Programm lassen sich zudem frei konfigurierbare Dachformen abbilden, indem der Anwender eine beliebige Anzahl von Eckpunkten definiert. Gängige Formen, wie z.B. rechteckige, trapezförmige oder dreieckige Dächer, sind bereits als auswählbare Voreinstellung enthalten. Zudem können mehrere Belegungsfelder eingestellt und beliebig verschoben werden. Dies ermöglicht die Visualisierung von Flachdachanlagen, bei denen die Module in eine andere Richtung als parallel zur Dachkante ausgerichtet sind.
Das „PV*SOL“ bietet darüber hinaus ein nützliches Feature, mit dem die gültigen Schieflastvorschriften der Energieversorger detailliert berücksichtigt werden können. Die Modul- und Wechselrichterdatenbank in „PV*SOL“ verfügt inzwischen weit über 4000 Modul- und über 1000 Wechselrichterdaten. Die Modulausrichtung erfolgt automatisch immer nach Süden.

Ausführungs- und Montage-Softwaretools
Etliche Produkthersteller von Montagesystemen stellen zur Planung und Ausführung von PV-Anlagen unterschiedlich konzipierte  Softwaretools mit Kalkulationsprogramm zur Verfügung. Primär handelt es sich hierbei um einfache Programme, die produktbezogen aufgebaut sind. Einige Programme ermöglichen eine projektbezogene Dimensionierung des Montagesystems unter Berücksichtigung der Statik (Schneelasten nach DIN 1054) mit Erstellung von Stück- und Bestelllisten. Andere Produkthersteller reduzieren die Anwendung der Softwaretools nur auf die Berechnung der maximal zulässigen Hakenabstände.
Das Ziel dieser Softwaretools liegt darin, mit möglichst geringem und unkompliziertem Aufwand zu einer Mengenermittlung und Bestellung der erforderlichen Materialien zu gelangen.
Je nach SoftwareTool wird in Abhängigkeit von der Modulintegration mehr oder weniger tief in die für die Montage zentrale Problematik wie Statik, Schnee- und Windlasten sowie die Anzahl der erforderlichen Dachhaken und -abstände eingegangen. Im Grundsatz gilt jedoch, dass die Ergebnisse den statischen Nachweis nicht ersetzen und dass stets die geltenden technischen Normen einzuhalten sind.

Software Ausführung und Montage
Die „Creotool“-Planungssoftware für PV-Montagesysteme wurde für Planer und Installateure von PV-Anlagen entwickelt, die ein Werkzeug benötigen, um selbstständig Unterkonstruktionen mit den Montagesystemen der Creotecc GmbH zu dimensionieren.
Mit der Planungssoftware „Creotool“ kann schnell und mit wenigem Aufwand das „AluTec“-Montagesystem für eine PV-Anlage auf Schrägdächern geplant werden. Die Auslegung erfolgt anhand der statischen Erfordernisse (nach der neuen DIN 1055) und der auf das jeweilige Projekt bezogenen Modul-eignung, dem Profilverbund und der Dachbefestigung. Der Planungsablauf umfasst primär nachfolgend aufgeführte Schritte:

• Auswahl der Komponenten (Modultyp, Montageprofile, Dachbefestigung, Zubehörartikel),
• Bestimmung der Wind- und Schneelasten,
• Festlegen von Parametern der Unterkonstruktion (Horizontal- und Vertikalabstände, Befestigungsdichte)
• Gestaltung des Modulfelds, auch mit unregelmäßigen Rändern und Aussparungen (soweit diese durch Dachaufbauten erforderlich werden).

Die Planungssoftware „Creotool“ von Creotecc.

Den Planungsabschluss bildet eine kompakte Projektdokumentation, eine übersichtliche Zuschnitts- und Stückliste sämtlicher verwendeten Montagekomponenten und eine Zeichnung des fertigen Montagesystems zur Kontrolle.
Beim „SOLDraft 2“ von SEN Solare Energiesysteme Nord handelt es sich um eine Planungs- und Bestellsoftware für „Sol“-Montagesysteme, die von der Homepage der SEN Solare Energiesysteme Nord Vertriebsgesellschaft mbH, Gralsberg, zu beziehen ist. Das Softwaretool wurde mit der Auswahl von zwei Montagesystemen sowie drei Produktlinien sehr übersichtlich gestaltet, ist sehr einfach zu bedienen und enthält umfangreiche Details. Dem Programm liegt eine Stammdatenverwaltung zugrunde, wobei die Moduldatenbank unkompliziert erweitert werden kann. Neben der Karte mit den Windlastzonen enthält das Programm grafische Darstellungen des Generatorfeldes und abschließende Montageempfehlungen.
Zu Beginn der Projektplanung erfolgt die Eingabe der Eingangsdaten. Nach der Auswahl des Modultyps und des Montagesystems wird die Ausrichtung der Solarmodule angewählt und somit die Berechnung des Generatorfeldes ermöglicht. Das Generatorfeld lässt sich entweder über die Abmessungen der zur Verfügung stehenden Fläche oder über die Anzahl der Reihen und der Modulstückzahl pro Reihe konzipieren. Zur optischen Darstellung wird das berechnete Generatorfeld grafisch dargestellt. Zusätzlich werden durch Ein-gabe der Schnee- und Windlastzonen auf Basis der neuen DIN 1055 die statischen Belastungen ermittelt. Abschließend können die Höhe über Normalnull, die Gebäudehöhe, die Dachneigung sowie der Sparrenabstand (Pfannen- oder Welldach) abgefragt werden.
Über den Button „Optionen“ kann der Anwender die Bestellmenge als Stückliste anzeigen, Veränderungen durchführen und ausdrucken lassen. Wahlweise lässt sich auch ein Word-Dokument generieren, das nochmals sämtliche Projektdaten anzeigt, die grafische Darstellung des Generatorfeldes ermöglicht und eine abschließende Montageempfehlung einblendet.
Zur statischen Beurteilung des Systems sind auch die nachfolgend aufgeführten Ergebnisse äußerst hilfreich:

• Maximale Druck- und Sogkräfte,
• Generatorgewicht und Generatorflächengewicht.

Der Anwender kann abschließend mithilfe einer zusätzlichen Funktion eine individuelle Gestaltung und Verwaltung der Montagezeiten und Stundenlöhne durchführen.
Für die „SOLDraft 2“ Software-Programm sind nachfolgend aufgeführte Erweiterungen in der Planung:

• Verbesserte Stringaufteilung,
• Simulation Verschattungen,
• •Verbesserte Wirtschaftlichkeitsberechnung,
• Planungen von Ost-/ Westdächern,
• Planungen von Flachdächern,
• Erweitertes Angebotswesen.

Autor: Dipl.-Ing. Eric Theiß ist als freier Journalist mit den Themenschwerpunkten Technische Gebäudeausstattung (TGA) und rationelle Regenerativtechnologien tätig. 81369 München, dipl.ing.e.theiss@t-online.de