Balkonkraftwerk

Torbens Projekt Balkonkraftwerk, Juli 2023

Bei Fragen/Verbesserungsvorschlägen könnt ihr mich gerne hier kontaktieren.

Idee

Wäre cool, meinen Stromverbrauch im HomeOffice durch Photovoltaik auf dem Balkon zu decken.

Ausgangslage

Wohnsituation

• Mietwohnung
• 1. OG
• Langer Balkon auf Südseite mit Außensteckdose

Stromverbrauch

• Sehr geringen Stromverbrauch
• Juni 2023: 2,1 kWh pro Tag dies entspricht 89,4 W im 24h-Mittel
• Tagsüber natürlich deutlich mehr als nachts (ca. 30W)
• HomeOffice mit Laptop und 2 energieeffizienten Monitoren verbraucht ca. 80 W

Erlaubnis einholen

• Vermieter hatte keine Einwände
• Nachbarn drüber und drunter auch nicht

Recherchen

Lohnt sich PV in Deutschland überhaupt?

Finanzielle Amortisation

Für mich nicht ganz so wichtig, da ich bereit bin, mit ein paar hundert Euro einen kleinen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten.
Stromkosten 2023: ca. 40ct/kWh
Einfache Annahme: Reduktion meines (ohnehin schon sehr geringen) Stromverbrauchs um 1kWh pro Tag wären 40ct Ersparnis pro Tag. Dies an 300 Tagen entspräche 120€ Einsparung pro Jahr. Selbst wenn es nur 100€ pro Jahr sind, sollte sich die Anlage schnell rentieren, insbesondere, wenn die Stromkosten weiter steigen sollten.

Energetische Amortisation

Vergleich Stromerzeugung mit Herstellungsenergie: “Die europäischen Länder kommen auf 1 bis 1,3 Jahre, ehe sich Dachanlagen energetisch amortisieren.” [1]

Kommt mir sehr niedrig vor, aber selbst wenn die um einen Faktor 2 daneben liegen würden, hätte PV immer noch eine super Energiebilanz. In der Rechnung fehlt allerdings noch der Wechselrichter.

Lebensdauer und Alterung

Lebensdauer

“Wie hoch die Lebensdauer einer bestimmten PV-Anlage ausfällt, darüber können auch die Garantien der Hersteller Auskunft geben. Sie liegen meist bei 20 bis 25 Jahren, was darauf schließen lässt, dass die Lebensdauer der PV-Anlage auch mindestens so hoch ist.” [2]

Alterung

“90 Prozent der Leistung nach 10 Jahren und 80 Prozent der Leistung nach 20 Jahren” [3]

Was passiert mit dem Überschuss?

Überschuss ins Netz verschenken

Wenn das Balkonkraftwerk mehr Strom produziert als man selbst verbraucht, geht der Überschuss (ohne Vergütung) ins Stromnetz. Aus diesem Grund ist für mich nicht die Peakleistung der Anlage, sondern die Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen interessant, denn ich möchte meinen Stromverbrauch so oft wie möglich selber decken.

Einspeisevergütung für Balkonkraftwerke

Anstatt den Strom zu verschenken ist es möglich eine EEG Einspeisevergütung von 8.2ct/kWh zu bekommen. Laut [4] fallen dafür allerdings laufende Kosten für die Zähler von 20€/Jahr an, spricht erst oberhalb einer jährlichen Einspeisung von 244kWh macht man Gewinn damit und auch nicht viel. Daher also eher nicht interessant.

Stadtwerke Erlangen dazu: für Balkonkraftwerke nicht möglich

Förderungen und gesetzliche Rahmenbedingungen

Mehrwertsteuerbefreiung für PV

“§ 12 Absatz 3 UStG regelt, dass auf die Lieferung von Photovoltaikanlagen ab 1. Januar 2023 u. a. dann keine Umsatzsteuer mehr anfällt, wenn diese auf oder in der Nähe eines Wohngebäudes installiert werden (Nullsteuersatz).” [5]

Zuschuss der Stadt Erlangen

“Balkonkraftwerke werden mit 50 Euro je 100 kWp installierter Leistung gefördert - maximal bis zu 300 Euro.”
-> max 600W Wechselrichter (wird wohl zum 1.1.2024 auf 800W erhöht) [6]

Antrag: [7]
Kontakt: energiefragen@stadt.erlangen.de
Muss vor Anschaffung gestellt werden

Mein Antrag wurde in 24h unbürokratisch bewilligt.

Neuerungen ab 2024

[8]

• Obergrenze Wechselrichter auf 800W
• Längere Übergangszeit für Austausch rückwärts laufender Stromzähler

Produktvergleich

Meine Randbedingungen

• Ich möchte eine grafische Auswertung der Stromerzeugung haben, leider nicht Standard bei Wechselrichtern in 2023
• Wechselrichter der Firma Deye (die eine Datenschnittstelle haben) haben aktuell eine Rückrufaktion und sind damit disqualifiziert [9]

Komplettpaket 1 München Solar 570€

[10]

Vorteile

• sehr hochwertige Komponenten
  • gute Module
  • Wechselrichter vom Marktführer Hoymiles
• Versandkostenfrei

Nachteile

• teurer
• Visualisierung Stromerzeugung via Mess-Steckdose

Komplettpaket 2 JuraSol 400€

[11]

Vorteile

• Preis
• Erfahrung mit dem Produkt im Bekanntenkreis
• Messung der Stromerzeugung im Wechselrichter

Nachteile

• weniger Modul-Leistung
• einfachere Komponenten, könnten schlechter altern

Meine Entscheidung

Ich möchte möglichst hochwertige, langlebige Komponenten und nicht bei Amazon kaufen. Daher orientiert an Komplettpaket 1, aber selbst zusammengestellt.

PV Module

• 2x Trina Solar TSM-435NEG9R.28 Vertex S+
• monokristallines Doppelglas-Modul
• 435 W pro Modul
• Shop-Beschreibung: “Das Modul bietet eine Spitzenleistung von bis zu 435 W und einen Modulwirkungsgrad von 21,8% dank der High-Density-Zellverbindungstechnologie. Die N-Typ Technologie sorgt für eine geringe Degradation von nur 1% im ersten Jahr und 0,4% in den Jahren 2-30, was eine langfristige Leistungssicherheit gewährleistet.”
• Preis: 313€ (2x 139€, + 69€ Versand, -10% Aktionsrabatt, -2% Skonto bei Vorkasse) [12]
• Aktionsrabatt vom 03.07.2023 [13]

Daten

• Kurzschlussstrom (Isc) 10,64 A
• Nennleistung (Pmax) 435 Wp
• Nennspannung (Umpp) 43,60 V
• Nennstrom (Impp) 9,99 A
• Leerlaufspannung (Uoc) 51,80 V
• Artikelgewicht 21,50 kg

Wechselrichter

• Marktführer Hoymiles (ohne WLAN) in Kombination mit Strommess-WLAN-Steckdose, siehe unten
• Modell: Hoymiles HM-600 (max. 600W Ausgangsleistung, ist deutlich günstiger als HM-800)
• Verlängerungskabel
  2x 1,5m MC4 Verlängerungskabel 6qmm für Modul zum Wechselrichter
  5m Gummischlauchleitung 3x1,5qmm für Wechselrichter zur Steckdose
• bezogen über Energielösungen Ebell aus Erlangen [14]
  An die ein großer Dank für die exzellente Beratung und Kabel nach Maß geht! Die bieten auch Komplettpakete inklusive Montage und Anmeldung an.
• Preis: 175€ + 40€ Kabel

Daten

• Maximum input voltage 60V
• MPPT voltage range 16-60V
• Start-up voltage 22V
• Maximum input current 2x11,5A
• Maximum input short circuit current 2x11,5A
• Rated output power 600VA
• Rated output current 2,61A
• Total harmonic distortion <3%
• CEC peak efficiency 96.7%
• CEC weighted efficiency 96.5%
• Nominal MPPT efficiency 99.8%
• Nighttime power consumption <0,05W
• Ambient temperature range -40 to +65°C
• Dimensions (W × H × D) 250 × 170 × 28mm
• Weight 3kg
• Enclosure rating Outdoor-IP67 (NEMA 6)
• Cooling: no Fans

WLAN Mess-Steckdose

• Shelly (Plus) Plug S
• Betrieb auch ohne Cloud (zB via HomeAssistant) möglich
• Sehr geringer Eigenverbrauch
• Preis: 25€ bei Shellyparts.de oder eBay

Testbericht [15]

• Leistungsaufnahme ausgeschaltet 0,3W
• Leistungsaufnahme im Betrieb 0,6W
• Messfehler ca. 4%
• Messung von unter 5W sehr ungenau
• Meine Konfiguration siehe Shelly

Balkonhalterung

(die waren in den Komplettpaketen oben auch nicht enthalten)

• Hersteller Avoltik [16]
• TÜV Rheinland geprüft
• Preis: 100€ (50€ pro Modul), max 30° Winkel, versandkostenfrei

Sehr gut verarbeitet, einfache und flexible Montage.

Kosten

Komponente	Preis
PV Module	313€
Wechselrichter	175€
Verlängerungskabel	40€
Balkonhalterung	100€
Mess-Steckdose	25€
Summe	653€

Anlage anmelden und Förderung beantragen

• siehe auch Bundesnetzagentur zu Bal­kon PV-An­la­gen
• Netzbetreiber
  in meinem Fall Stadtwerke Erlangen: Anmeldung einer "Steckerfertigen Erzeugungsanlagen" an anschlussservice-strom@estw.de senden
• Anmeldung im Marktstammdatenregister
• Idee: EEG Umlage beantragen -> Absage von Stadtwerken Erlangen erhalten.+

Antrag auf Förderung von 300€ abschließen

1. Antrag bei Stadt Erlangen stellen (siehe Zuschuss der Stadt Erlangen)
2. Anlage kaufen
3. Belege an energiefragen@stadt.erlangen.de senden:
   • Bestätigung der Stadtwerke Erlangen
   • Registrierungsbestätigung im Marktstammdatenregister
   • Rechnung

Installation

Wahl des Neigungswinkels

Berechnung der Leistung in Abhängigkeit von Neigungswinkel und Standort kann man hier sehr komfortabel durchführen [17]

Fazit: 30 Grad Neigung aus der Vertikalen bringen in Erlangen 20% mehr Leistung. Noch flacher reduziert die Leistung in den Wintermonaten.

Für mich ist die Peakleistung weniger interessant als die Leistung im Winter, da der überschüssige Strom sowieso an das Stromnetz verschenkt wird.

Montage

Die Montage der Balkonhalterung war einfach und sehr gut verarbeitet. 4 Hände sind aber schon wichtig.

1. Module zunächst nur oben am Balkon befestigt
2. Seriennummer des Wechselrichters notiert (für OpenDTU benötigt)
3. An einem Modul oben zusammen mit der Halterung den Wechselrichter befestigt
4. Die unteren Querverstrebungen montiert
5. Verkabelung gemacht, dabei haufenweise Kabelbinder verbraucht
6. Wechselrichter über Shelly Steckdose in die Balkonsteckdose gesteckt

Ertrag

• Maximum von 600W gleich am ersten Nachmittag erreicht
• An einem Regentag zwischen 9-18 Uhr trotzdem 50W, deckt fast meinen HomeOffice-Bedarf

Hacks

Wechselrichter nachts abschalten

Die Shelly Steckdose erlaubt das Schalten, basierend auf Sonnenauf- und Untergang. So wird verhindert, dass der Wechselrichter nachts vergeblich läuft und Strom aus der Steckdose bezieht.

Dazu musste ich zunächst die Geo-Koordinaten in den Einstellungen des Geräts per App manuell hinterlegen, denn die automatische Erkennung funktionierte bei mir nicht korrekt.

Da allerdings der Hoymiles Wechselrichter laut Datenblatt nachts <0,05W verbraucht, ist der Effekt minimal. Die Shelly Steckdose verbraucht ausgeschaltet 0,3W weniger als im Betrieb, ist auch nicht nenneswert, aber reduziert zudem minimal den Elektrosmog ;-)

Home Assistant zur besseren Darstellung der Messdaten

Home Assistant ist ein OpenSource Smart Home tool. Dies habe ich auf einem Rasperry Pi 3B als Docker Container installiert. Home Assistant erkannte die Shelly Steckdose automatisch und erfasst und visualisiert die Daten der Stromerzeugung in höherer Frequenz als die Shelly App. Es wird zudem eine Prognose der PV Leistung pro Stunde angezeigt, die ist zwar nicht allzu genau, aber ein nettes Gimmick.

Shelly 3EM: Gesamtstromverbrauch pro Phase messen und PV-Erzeugung subtrahieren

Mit einem Shelly 3EM kann man im Sicherungskasten der Wohnung den Stromverbrauch pro Phase messen und dann in der Shelly App davon die PV Erzeugung subtrahieren.

Leider ist in meinem Sicherungskasten zu wenig Platz dafür.

Shelly per API auslesen

Siehe meine Code-Beispiele auf https://github.com/entorb/shelly-api

Stromzähler auslesen

Siehe meine Anleitung für den Iskra MT681 und auch meine Anleitung zum PV_Einsparung_berechnen.

Hoymiles Wechselrichter via OpenDTU auslesen

Über einen Arduino/ESP32 mit NRF24L01+ Funkmodul kann man über OpenDTU den Hoymiles Wechselrichter direkt auslesen und in Home Assistant anbinden.

Habe ich noch nicht probiert.

Akku/Speicher

• Für 700-1000€ kann man Stromspeicher für Balkonanlagen kaufen.
• Diese kennen aber nicht den Ist-Verbrauch der Wohnung (und scheinen dafür keine Schnittstellen zu haben)

Einsparung berechnen

siehe PV_Einsparung_berechnen

Idee: Upgrade auf 4 Module

Man könnte bei gleichem Wechselrichter (600W oder 800W) von 2 auf 4 Module in Parallelschaltung erweitern um bei geringer Sonneneinstrahlung mehr Leistung zu bekommen. Ein Wechselrichter, der das explizit unterstützt ist APsystems EZ1-M.