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Kilowattstunde (kWh)
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Kilowattstunde (kWh)

Im Energiesektor ist die Kilowattstunde die am häufigsten genutzte Einheit der Energiemenge. Vor allem bei privaten PV-Anlagen wird die erwirtschaftete Energie in kWh angeben.

Um den Begriff kWh besser verstehen zu können, hier erstmal ein paar grundlegende Definitionen.

Leistung

Leistung ist eine bestimmte Energiemenge, die in einem bestimmten Zeitintervall verbraucht oder umgesetzt wird. Beispielsweise bedeutet die Leistung bei PV-Anlagen wie viel elektrische Energie eine Anlage pro Zeiteinheit umwandelt.

Anhand eines Föhns kann das Prinzip der Leistung ebenfalls gut vor Augen geführt werden. Der Föhn läuft mit elektrischem Strom. Je höher die Leistung des Föhns, desto schneller werden die Haare trocken. Das liegt daran, dass mehr Strom pro Zeiteinheit durch den Föhn fließt und die Drähte dadurch schneller erhitzt werden als bei einem Föhn mit geringerer Betriebsleistung.

Watt

Watt ist die physikalische Maßeinheit für die oben genannte Leistung. Benannt ist die Einheit nach James Watt, dem Erfinder der Dampfmaschine.

1 Watt ist jegliche Form von Energie mit dem Betrag von 1 Joule in der Zeitspanne von 1 Sekunde.

Für die Solartechnik interessant: Die Leistung von 1 Watt lässt bei einer elektrischen Spannung von 1 Volt Strom in der Stärke von 1 Ampere fließen - damit sind die Stromgrößen Volt, Watt und Ampere zueinander in Beziehung gesetzt.

Je schneller man in die Pedalen tritt, desto schneller rotieren die Räder eines Fahrrads. Dies wirkt sich folgendermaßen auf ein Dynamo aus, der am Vorderrad angebracht ist: Der Dynamo wird angetrieben, dieser wandelt die mechanische Arbeit in elektrische Energie um und leitet diese weiter an die Glühbirne. Diese leuchtet heller, je mehr Leistung vom Fahrradfahrer erbracht wird.

Wie viel Strom und Energie entsprechen einer Kilowattstunde?

1 kWh ist die Energie, die zum Beispiel eine Maschine mit einer Leistung von 1.000 Watt (= 1.000 Joule pro Sekunde) aufbringt, wenn sie 1 Stunde lang arbeitet.

1 kWh entspricht 1.000 W * 1 h.

1 Stunde entspricht 3.600 Sekunden.

1 kWh ist also äquivalent zu:  1.000 J/s * 3.600 s = 3.600.000 Joule ≘ 3,6 Megajoule MJ.

Anwendung der Einheit kWh

Der Vorteil dieser Definitionen von Watt und Kilowattstunde besteht darin, dass sie komplett unabhängig vom Energieträger sind.

Ob Öl, Gas, Brennholz, Strom oder Glykogen in den Muskeln - eine kWh bleibt eine kWh. Die Einheit ist also universell und wird daher auch in der Photovoltaik verwendet.

In den Einheiten Watt und Kilowattstunde wird die Energieerzeugung bzw. -umwandlung vergleichbar. Das ist, zum Beispiel, bei der Wahl zwischen dem Verbrennen fossiler Energieträger und der Erzeugung erneuerbarer Energien von großer Relevanz.

Die kWh in der Photovoltaik

Für einen vierköpfigen Haushalt kann durchschnittlich ein jährlicher Bedarf von ca. 4.500 Kilowattstunden erwartet werden. Das ist genug für zwei Erwachsene, zwei Heranwachsende samt Küche, Stereoanlagen, Lampen, TVs und Computer etc.

Stromintensive Hobbies sind in der Kalkulation nicht berücksichtigt.

Als Faustregel kann angenommen werden:

Eine kristalline Photovoltaikanlage mit Ausrichtung nach Süden erzeugt pro kWp Nennleistung in Süddeutschland ca. 1.050 kWh, im Norden ca. 995 kWh. Für die Darstellung gehen wir von 1.000 kWh / kWp aus.

Pro kWp sollten durchschnittlich etwa 6,65 m2 Dachfläche angesetzt werden (verschattungsfreie Südausrichtung, 32° Dachneigung).

Um mit einer Photovoltaikanlage 4.500 kWh zu erzeugen, würde somit idealerweise eine Belegung von 4,5 × 6,65 m = 29,925 m2 genügen - also ca. 30 m2. Das setzt allerdings voraus, dass der Strom ausschließlich zum Gebrauchszeitpunkt produziert wird.

In der Praxis jedoch ist das nicht der Fall, weshalb oft Stromspeicher eingesetzt werden und externer Strom bezogen werden muss.

Der kWh-Bedarf und die Stromproduktionszeiten

Da die Zeiten der Solarstromproduktion auf Ihrem Dach höchstwahrscheinlich nicht mit Ihren Verbrauchszeiten übereinstimmen, können auch 4.500 kWh selbst erzeugten Solarstroms einen Strombedarf von 4.500 kWh nicht decken.

Um die Lücke auszugleichen, sollten Sie

  1. die erzeugte Energie einspeichern, bis sie verbraucht werden kann, und
  2. Ihre PV-Anlage etwas großzügiger dimensionieren.

Ein Stromspeicher für erhöhte Verfügbarkeit

Mit einer Photovoltaikanlage von 6 kWp lässt sich ein hoher bis sehr hoher Anteil des Bedarfs im Eigenverbrauch decken, vor allem wenn eine intelligente Energiespeicher-Lösung eingesetzt wird. So kann in den Mittagsspitzen erzeugter Strom genau dann einsetzt werden, wenn dieser benötigt wird - in der Regel am Abend.

Darüber hinaus kann der überschüssige, selbst erzeugte Strom in das öffentliche Netz eingespeist werden. Dabei fällt für jede Kilowattstunde Strom eine Einspeisevergütung an, welche, zusammen mit der Ersparnis im speichergestützten Eigenverbrauch, die Kosten der Photovoltaikanlage mehr als deckt und sogar Renditen von bis zu 10% erwirtschaften kann (deutlich mehr, als Sie zurzeit bei Akten oder Fonds bekommen).

Eine überschlägige Rechnung im Beispiel:

Anwendungsfall: 4.500 kWh Bedarf, 6 kWp Auslegung

Ertragsrechnung ohne Speicher

Annahme: Eine 6-kWp-Photovoltaikanlage ohne Speicher kostet ca. 10.000 € (Steuerabschreibung nicht mit einbezogen) und erzeugt Strom im Durchschnitt in Höhe von 6.000 kWh im Jahr. Die Anlage wird rund 2.200 kWh für den Eigenverbrauch liefern und rund 3.800 kWh für die Einspeisung in das öffentliche Netz.

Es können 2.200 × 0,31 € = 682 € an Strom eingespart und 3.800 × 8 ¢ = 304 € durch die Einspeisevergütung vergütet werden. Insgesamt 682 € + 304 € = 986 € pro Jahr. Und das gilt 20 Jahre lang.

Den Rest des Bedarfs von 4.500 kWh, also ca. 2.300 kWh, müssten jedoch weiterhin zum Preis von 0,31 €/ kWh hinzugekauft werden.

Abzüglich laufender Kosten von ca. 250 €/Jahr für Wartung, Überwachung, Reparatur und Versicherung bleiben dann 736 € pro Jahr übrig. Nach zwanzig Jahren ergibt sich somit 14.720 € - 10.000 € = ein Profit von 4.720 €. Auch nach den 20 Jahren kann eine PV-Anlage weiter genutzt werden. Eine Einspeisevergütung gibt es dann zwar nicht mehr, trotzdem jedoch weiterhin fast 700 € Stromkosten gespart.

Unter Berücksichtigung der konstant steigenden Strompreise liegen die jährlichen Stromkosten-Einsparungen mit Sicherheit noch höher (Annahme: 1.000 €). Bei 10 Jahren weiterer Nutzung ergeben sich abzüglich laufender Kosten nochmals 7.500 € Profit. Insgesamt also 12.200 €.

Ertragsrechnung mit Speicher

Annahmen: Eine 6-kWp-Photovoltaikanlage mit 6.000 kWh Speicher zum Preis von ca. 15.000 €, hier wieder ohne steuerliche Abschreibungen und ohne KfW-Bank-Zuschüsse, die bis zu 3.000 € betragen können. Diese Anlage erlaubt bei effektivem Lastmanagement eine Deckung von bis zu 90 % des Bedarfs (100 % sind niemals erreichbar, denn bei hoher Belastung in dunklen Winterwochen kann die Speicherkapazität auch einmal ausgereizt sein).

Das bedeutet, es werden rund 4.100 kWh aus eigener Solarstromproduktion verwendet, 400 kWh werden hinzugekauft und ca. 1.900 kWh werden zum Preis der Einspeisevergütung ins öffentlichen Netz eingespeist.

So können 4.100 × 0,31 € = 1.271 € an Stromkosten eingespart und  1.900 kWh × 0,08 € = 152 € durch die Einspeisevergütung erwirtschaftet werden. Insgesamt 1.271 € + 152 € = 1.423 € pro Jahr, dies wiederum 20 Jahre lang.

Abzüglich 250 € laufende Kosten pro Jahr beträgt der Ertrag über 20 Jahre 23.430 €. Abzüglich Anschaffungskosten von 15.000 € liegt der Profit also bei 8.430 €.

Bei 10 Jahren weiterer Nutzung mit der Annahme steigender Strompreise (Einsparung von ca. 1.500 € jährlich) würden dann nochmals 15.000 € Stromkosten eingespart werden. Abzüglich laufender Kosten: Ertrag von 12.500 €.

Weil die Lebensdauer eines Stromspeichers nicht so lange ist wie die der PV-Anlage, müsste ggf. ein neuer Stromspeicher für 5.000 € gekauft werden. Somit ergibt sich ein Gesamtprofit von 8.430 € + 7.500 € = 15.930 €.

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