PV-Ertragsprognose und Risikokriterien für das Anlageninvestment - Aktuelle Entwicklung und Einsatzbereiche der PV-Ertragsprognosensoftware

 Einen Gebäudeeigner oder Investor interessiert vor der Investition einer PV-Anlage – und besonders nach der Errichtung – mit welchem Energy Harvesting (Energieernte) effektiv erwirtschaftet gerechnet werden kann und wie hoch die Einspeisevergütung ausfällt. Die Anwendung der geeigneten Simulationssoftware muss daher nicht nur eine zeitsparende Unterstützung zur Akquisition, Dimensionierung und Anlagenoptimierung ermöglichen, sondern sollte auch zu einer möglichst genauen Ertragsprognose und Analyse führen.
Zur ersten Abschätzung helfen Onlinetools. Für genaue Prognosen müssen Profiprogramme eingesetzt werden. Insofern scheiden hier bereits kommerzielle und umfangreiche Programme, wie z.B. „Insel“ oder „PV-Scout“ aus kostenintensiven Gründen aus.
Da aufgrund der Kürzungen der Einspeisevergütungen auch die Renditen schrumpfen, achten die Investoren und Banken bei jeder Wirtschaftlichkeitsberechnung auf die Anlagenrendite, langfristige Rückzahlungsflüsse und auf realistische Ertragsprognosen. Um optimale Erträge erzielen zu können, spielt aber neben der Qualität der verwendeten Ertragssoftware auch der Einsatz qualitativ hochwertiger PV-Komponenten wie HIT-Module, Regelverhalten der Wechselrichter, etc. eine wesentliche Rolle. Sollten sich Ertragseinbußen ergeben, dann kann es sich u.a. auch um Leistungsminderungen der PV-Module handeln.
Den Anlagenbetreiber interessiert primär der prognostizierte spezifische Solarertrag (kWh/kW) und die jährliche Einspeisevergütung. Zur Berechnung dieses Prognosewerts kommen Simulationsmodelle zum Einsatz, die in der Lage sind, das Verhalten der Anlagenkomponenten möglichst genau nachzubilden.

Einsatzbereiche der PV-Ertragsprognosesoftware
Welches Ertragsprogramm sinnvoll verwendet werden sollte, ist vom Verwendungszweck und von der Anlagengröße abhängig. Insofern reichen für kleine Anlagen mit etwas groberer Ertragsprognose die Programme der Produkthersteller aus. Um die Ertragsprognosen eines Solateurangebots zu überprüfen, können Onlinetools, wie z.B. „PVGIS“ vom Forschungszentrum der Europäischen Union verwendet werden.
Dagegen sollten zur Beratung der Architekten und Bauherren bzw. Investoren für mittlere und größere Anlagen bis zu Freiflächensystemen detaillierte Simulationsprogramme verwendet werden. Für Energieberater und Gutachter wird dagegen der Einsatz einer Profi-Simulationssoftware zum „Muss“. Alternativ helfen auch die Dienste professioneller Ertragsgutachterprognosen.
Um möglichst optimale Ertragswerte präsentieren zu können, setzen sich die Anbieter dieser Ertragsprognosen einigen Risiken aus, indem entweder zu geringe Erträge oder zu hohe Werte ermittelt werden. Wenn der Energieberater ein Programm verwendet, mit dem zu hohe Erträge prognostiziert werden, läuft er Gefahr, zu viel versprochen zu haben. Der Kunde wird dieses mit Sicherheit negativ beurteilen und argumentieren „in eine PV-Anlage mit vermeintlich schlechter Rendite“ investiert zu haben. Wenn sich der Ersteller dieser Ertragsprognose nicht bereits beim Beratungsgespräch und im Angebot sorgfältig abgesichert hat, setzt er sich der Gefahr aus für das Versprechen der Ertragsprognosen haftbar gemacht zu werden.
Diese Diskrepanz können nicht einmal die Hersteller der Simulationssoftware lösen. Natürlich liegt es am Softwarehersteller, optimale Algorithmen zu entwickeln, die möglichst sämtliche Komponenten der PV-Anlage in ihren physikalischen und elektrischen Eigenschaften realitätsnahe nachbilden. Dieses setzt aber voraus, dass die hinterlegten Datenbanken (PV-Module, Wechselrichter, etc.) ebenfalls die genauen technischen und aktuellen Daten enthalten.
Grundvoraussetzung ist es auch, dass der Anwender auf die aktuellen Daten seitens der Modulhersteller – mit Angaben zum Schwachlichtverhalten, realitätsnahen Temperaturkoeffizienten, Degradation etc. – und auf das Regelverhalten der Wechselrichter – mit Wirkungsgradangabe bei sämtlichen Eingangsspannungen und –strömen – zurückgreifen kann, um auch die Fähigkeiten des MPP-Trackers zu simulieren. Simulationstechnisch lassen sich mit neuen Analysemethoden das Regelverhalten und die Überlastverluste von Wechselrichtern gut beschreiben.
Sämtliche Simulationsprogramme lassen ihre Grenzen erst im Detail erkennen. So werden in der Regel die 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 berücksichtigt und nur von einigen Programmen in Form von Verschattungsstudien auf der Basis von 3-D-Objekten präzise ermittelt wird. Teilweise lassen sich auch keine Verbraucher oder individuelle Verbrauchsprofile definiert.
Mit der von der Europäischen Kommission kostenlos zur Verfügung gestellten (Online-)Software „PVGIS 4.0“ (Photovoltaic Geographical Information System) kann eine überschlägige Anlagenauslegung erstellt werden. Die Software berücksichtigt allerdings keine herstellerspezifischen Anlagendaten.
Das Simulationsprogramm vom Forschungszentrum der Europäischen Union basiert derzeit auf zwei unterschiedlichen Sätzen an Einstrahlungsmessdaten, die als Basis für jede Simulation dienen:

• Classisdaten, die über Jahrzehnte mit Einstrahlungssensoren am Boden ermittelt werden,
• Satellitendaten (Climate-SAF).

In der Praxis hat es sich ergeben, dass die Prognosen, die mit den Bodensensoren ermittelt wurden, um ca. 10% niedriger sind als die Ergebnisse auf Basis der Satellitendaten.
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg zählt ebenso wie die Meteocontrol GmbH in Augs­burg und etliche andere Firmen zu den Dienstleistern für Ertragsgutachten, da deren Simulationsprogramme komplexer sind und eine wesentlich genauere Erfassung der Solarstromanlage unter Berücksichtigung von evtl. Ertragsverlusten aufgrund von Verschattungen etc. ermöglichen.
Die Meteocontrol GmbH ist nicht nur führender Anbieter von Ertragsgutachten, sondern auch weltweiter Marktführer für Anlagenüberwachung sowie Energie- und Wetterdatenmanagement mit internetgestützter Fernüberwachung von professionellen PV-Anlagen. Die Stromprognose basiert primär auf den prognostizierten meteorologischen Daten mit den Parametern der Globalstrahlung und der Temperatur sowie auf mit diesen Daten durchgeführte Ertragssimulationen der von Meteocontrol überwachten PV-Anlagen.
Die Saarbrücker Softwarehersteller Meta Level Software AG und Luxera GmbH haben die neue Software „Solinformer“ entwickelt. Die Software dient primär zur genaueren Vorhersage der Solarstromproduktion (z.B. bei Freiflächenanlagen) für die Übertragungsnetzbetreiber. Die Prognose wird anhand von Anlagenpositionen, Ausrichtung der Solarmodule, Wetterdaten und dem Anlagenwirkungsgrad berechnet.
Die SMA Solar Technology AG, Niestetal, stellt der Micromata GmbH und der
Energy & Meteo systems GmbH umfangreiche Daten aus dem „SMA-Sunny Portal“ zur Hochrechnung der aktuellen Solarleistung in den einzelnen Netzbereichen sowie zur Erstellung der zugehörigen Ertragsprognosen für die nächsten Stunden und Tage zur Verfügung.
Der Solarenergie-Förderverein (SFV) bietet im Internet für PV-Anlagen die Nutzung einer kostenlosen Stromertragsdatenbank für Auswertungs- und Vergleichsmöglichkeiten an. Das Ziel der Ertragsdatenbank ist, die monatlichen Stromerträge von vielen PV-Anlagen zu sammeln und die Durchschnittswerte zu berechnen.

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Ertragsprognose-SoftwareTools (Auswahl)
Der Softwarehersteller Data Design System GmbH, Ascheberg, hat eine neue Simulationssoftware der Version 7.3 seiner PV-Planungssoftware „DDS CAD PV (Polysun Inside)“ konzipiert. Die neue Version zeichnet sich durch eine erweiterte Flexibilität, individuelle Ertragsberechnung und die direkte Datenschnittstelle zu den PV-Prüfgeräten „Profitest PV-Tech“ und „Profitest PVXtra“ von Gossen Metrawatt aus.
Die „DDS-CAD PV“ greift für die Ertragsprognose und die Wechselrichterauslegung auf die Simulationssoftware „Polysun“ zurück.
Mit der Simulationsumgebung der „Insel“, Version 8.1 von Doppelintegral GmbH, Stuttgart, lassen sich professionelle Planungen und Überwachungen regenerativer Energiesysteme (PV, oberflächennahe Geothermie, Prozesswärmeanwendungen, Solarthermie, sorptionsgestützte RLT-KlimaKälte (DEC-Anlagen), Absorptions- und Adsorptionskälteprozesse, Wärmepumpen, Windkraftanlagen etc. simulieren. Die Handhabung der Simulationssoftware ist sehr komplex und erfordert eine zeitintensive Einarbeitung. Die Bedienbarkeit und Projektverwaltung ist für Fachbetriebe zu kompliziert und wird daher primär für Energiekonzepte und wissenschaftliche Untersuchungen sowie zur Erstellung von Ertragsgutachten verwendet. Die Oberfläche gliedert sich in drei Fenster: Im ersten können die Komponenten, meteorologischen Daten und die Simulationsfunktionen aus einer themenorientierten Baumstruktur ausgewählt werden. Die Datenbanken enthalten umfangreiche Informationen über meteorologische Parameter sowie Solarstrommodule, PV-Wechselrichter, Solarthermiekollektoren, Windkraftanlagen und weitere Komponenten. Komplizierte Verschattungssituationen lassen sich mit dem 3-D-Editor jedoch nicht konstruieren. Die komplexe Logik der unterschiedlichen Verschattungen (Nah- und Horizontalverschattung) lassen sich nur mit erheblichem Zeitaufwand selbst erstellen.
Das „PV-Syst“ Version 5.05 wurde vom ISE (Institute of Environmental Sciences) der Universität Genf entwickelt und wird laufend aktualisiert und hat eine Ertragsprognoseabweichung von durchschnittlich 2,6%. Das leistungsfähige Programm dient mit der hinterlegten, umfangreichen Wetterdatenbank und Produktdatenbank (Solarstrommodule, Wechselrichter, etc.) zur Auslegung, Simulation und Ertragsprognose sowie zur Untersuchung und Analyse der optimalen PV-Anlagenauslegung inklusive 3-D-Verschattungsanalyse (Horizontal- und Nahverschattungen).Mit dieser Software lassen sich zudem grundlegende Berechnungen wie Investitions- und Energiegestehungskosten sowie Ertragsentwicklungen erfassen.
Das Planungstool von Dr. Valentin Energiesoftware, Berlin, ist in drei Programmvarianten – als „PV*SOL basic 6.0“, als „PV*SOL Expert 5.5“ und „PV*SOL Pro 5.5“ – für unterschiedliche Anforderungen verfügbar. Das Simulationsprogramm „PV*SOL basic 6.0“ dient zur Auslegung und Planung von netzgekoppelten PV-Anlagen und wird primär in den Fachbetrieben eingesetzt. Das Programm erlaubt sowohl die fotorealistische Darstellung des Hauses mit einem Digitalfoto als auch eine grafische über frei konfigurierbare Dachformen und aufgeständerte Anlagen mit beliebiger Ausrichtung.
Mit dem „PV* Sol Expert“ und „Pro“ wird der gesamte Bereich der Anlagenauslegung von Aufdachanlagen bis zu Freiflächenanlagen (Solarparks) abgedeckt. Zudem kann mit dem „PV*SOL Expert 5.5“ eine 3-D-Visualisierung erstellt und die detaillierte Verschattungsanalyse von dachintegrierten und aufgeständerten netzgekoppelten Solarstromanlagen realisiert werden. Bei der „Pro“-Version erfolgt die Planung in der 2-D-Dachansicht. Sowohl „Expert“ als auch „Pro“ ermöglichen den Vergleich von Anlagenvarianten. Das dynamische Simulationsprogramm „PV*SOL Pro 5.5“ dient zur Auslegung und Ertragsberechnung von netzgekoppelten und netzautarken Solarstromanlagen. Für die Prognose des Eigenverbrauchs mit Überschusseinspeisung sind editierbare Lastprofile hinterlegt. In allen Versionen ist auch das Modellieren eigener Lastprofile, entweder für die Verbrauchseinheit insgesamt oder als Ergänzung durch weitere Lastprofile, möglich.
Die Planungssoftware „Polysun“ wurde vom Schweizer Hersteller Vela Solaris überarbeitet und um neue Features ergänzt. Die neuste Version 6.0 erscheint nicht nur im neuen Kleid, sie unterstützt mit der Integration von Batterien die PV-Eigenverbrauchsoptimierung. Weitere Neuerungen wie die umfangreiche Simulationsanalyse. Allgemein programmierbare Regler erleichtern die tägliche Arbeit und erlauben neue Berechnungen und Analysen.
Die bewährte PV-Simulation (Wechselrichterauslegung und Ertragsvorhersage)ist um ein Rechenmodell für wiederaufladbare Batterien ergänzt worden. Das Ziel dabei ist die Optimierung des PV-Eigenverbrauchs: Die Batterie wird geladen, wenn mehr Strom produziert als verbraucht wird. So kann der Solarstrom vom eigenen Dach zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden. Dies entlastet nicht nur das Netz, mit den steigenden Strompreisen sparen Anlagebetreiber auch ohne Einspeisevergütung an Stromkosten ein.
Je weiter die Strompreise und die Einnahmen aus der Einspeisevergütung auseinander gehen, desto interessanter werden das Speichern und der Eigenverbrauch des Solarstroms. Dazu kommt, dass die Bundesregierung angekündigt hat, die Anschaffung von Solarstromspeichern staatlich zu fördern.
Auch für den Solarthermie-Anwendungsbereich hat es in Version 6.0 wichtige Neuerungen gegeben: Als neues Feature können programmierbare Regler eingesetzt werden. Der Benutzer definiert Betriebszustände in Abhängigkeit der Steuerungs-Eingänge und beschreibt die Steuerungs-Ausgangswerte für jeden Betriebszustand. Die Steuerungslogik wird über Formeln definiert, welche vergleichbar sind mit den Berechnungsformeln, die in Tabellenkalkulationen wie z.B. Excel zur Anwendung kommen.
Ein Wow-Effekt für erfahrene „Polysun Designer“ Benutzer: Die „Polysun“ Version 6.0 ermöglicht eine grafisch unterstützte Simulationsanalyse. Für jeden gerechneten Zeitschritt werden Durchflüsse sowie Temperaturen in den Rohren und weitere Werte auf der Zeichenfläche dargestellt. Nach Abschluss der Simulation kann mit einem Schieberegler das ganze Jahr analysiert werden.

Softwareprogramme der PV-Komponentenhersteller
Der Investor und Gebäudeeigner setzt voraus, dass er sich auf die Berechnung und insbesondere die Ertragsanalyse verlassen kann. In der Praxis muss leider häufig festgestellt werden, dass die Ergebnisse der Fachbetriebs-Softwaretools ohne ausgewogene meteorologische Daten (durchschnittliche jährliche Sonneneinstrahlung etc.) erstellt wurden und die Eingabewerte nur grob, unvollständig und fehlerhaft durchgeführt werden. Neben der Leistungsreduzierung durch Verschattungen bleibt oftmals auch die Hitzeeinwirkung auf die Solargeneratoren etc. unberücksichtigt. Die Nutzung der Softwareprogramme der PV-Komponentenhersteller sollte zumindest die nachfolgend aufgeführten Kriterien erfüllen:

• umfangreiche Datenbank und Nutzung der meteorologischen Basiswerte,
• verwendete Solargeneratoren, Wechselrichter und Belegungsplan,
• Mit dem Softwareprogramm sollten variable Eingaben und Optimierungen (maximale, verschattungs- oder eigenverbrauchsorientierte Modulbelegung) durchführbar sein,
• Erfassung der Ausrichtungsverluste (Eigenabschattung, Fremdabschattung, Temperaturverluste),
• Detaillierte Dokumentation der unterschiedlichen Entwicklungen von Ertrag, Leistung und Kosten.

Zudem sollte sich mit dem Softwareprogramm eine Eigenverbrauchsberechnung durchführen lassen.
Die Wagner & Co Solartechnik GmbH, Coelbe, stellt mit dem „SUNoptimo PV“ eine kostenlose Software zur Verfügung, mit der ohne großen Zeitaufwand die Berechnung einer Solarstromanlage durchgeführt werden kann. Mit dem Programm kann auch eine Ertragsprognose und Wirtschaftlichkeitsberechnung erstellt werden.

Haftungsrisiko
Die Ertragsprognosen und Wirtschaftlichkeitsberechnungen werden häufig unabsichtlich zum Bestandteil des Kauf- bzw. Werkvertrages. Für den Fall, dass die Solarstromanlage eine deutliche Leistungsminderung erwirtschaftet, haftet der Verkäufer. Demgegenüber unterliegt auch der Solateur bzw. der PV-Anlagenerrichter der Beraterhaftung. Vor rechtlichen Folgen kann er sich nur durch deutlich dokumentierte Hinweise auf die Unsicherheiten der Prognose und  Wirtschaftlichkeitsberechnung sowie durch einen schriftlichen Hinweis seines Haftungsausschlusses schützen. Um ein möglichst geringes Risiko für das Anlageninvestment zu erhalten, sollten in der Ertragsprognose neben der Dokumentation der verwendeten Software mit aktueller Version auch die Toleranzen und Überschreitungswahrscheinlichkeiten enthalten sein.
Da sich nicht in allen Softwareprogrammen der Rechenweg eindeutig nachvollziehen lässt, auf dem die Ertragsprognose basiert, wird auch eine nachträgliche Analyse über mögliche Fehler nicht möglich sein. In jedem Fall muss der Gutachter bei der Ertragsprognosen-Beweissicherung die Problematik klären, ob der Minderertrag im Softwareprogramm begründet ist oder ob die PV-Anlage fehlerbehaftet ausgeführt wurde.

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