kWh und kWp: Was bedeutet das für den Ertrag einer PV-Anlage?

kWh steht für Kilowattstunde, wobei eine Kilowattstunde 1.000 Wattstunden entspricht. Eine Wattstunde ist die Maßeinheit für elektrische Energie bzw. Arbeit. In Wattstunden bzw. Kilowattstunden wird angegeben, wie viel Strom erzeugt oder verbraucht wird. Ein Fernseher verbraucht etwa 50 bis 60 Wattstunden pro Stunde, eine Waschmaschine hingegen etwa 800 bis 1.000 Wattstunden  bzw. 0,8 bis 1 kWh. Das bedeutet: Mit einer Kilowattstunde Strom können Sie ungefähr eine Stunde lang Wäsche waschen oder 16 Stunden lang fernsehen.

Hier sehen Sie den durchschnittlichen Stromverbrauch für Haushalte in Deutschland, gemessen in Kilowattstunden (ohne elektrische Warmwasserbereitung):

Auch der Strom, den eine Photovoltaikanlage erzeugt, wird in Kilowattstunden gemessen. Diese Energie kann mittels eines separaten Stromzählers für die PV-Anlage abgelesen werden. Dennoch wird im Zusammenhang mit Photovoltaik meist die nicht normierte Einheit kWp (Kilowatt-Peak) verwendet. Warum ist das so und was sagt die Größe aus?

Was bedeutet kWp?

Das „Peak“ in „Kilowatt-Peak“ kommt aus dem Englischen und bedeutet auf Deutsch „Spitzenwert“. Mit kWp bezeichnet man die theoretisch größtmögliche Leistung, die eine Photovoltaikanlage unter bestimmten Bedingungen erreichen kann. Damit ist die Einheit kWp von Bedeutung, wenn es darum geht, die Leistung von Anlagen, aber auch einzelnen Solarmodulen vergleichbar zu machen.

Die Maßeinheit Kilowatt-Peak bzw. Watt-Peak wurde geschaffen, weil Photovoltaikanlagen abhängig von den Umgebungsbedingungen sehr unterschiedliche Stromerträge produzieren. Ausschlaggebend sind die Sonneneinstrahlung, der Einfallswinkel sowie die Temperatur der Solarzellen. Die sogenannte Nennleistung von Solarmodulen, gemessen in Kilowatt-Peak, wird daher unter immer gleichbleibenden, genormten Testbedingungen ermittelt.

Mittlerweile gibt es zwei unterschiedliche Verfahren, mit denen die Nennleistung von Solarmodulen geprüft wird.

1. STC: Standard Test Conditions (Standard-Testbedingungen)

Die folgenden Bedingungen gelten für die Ermittlung der üblichen Nennleistung, die Sie dem Datenblatt aller gängigen Solarmodule entnehmen können:

• Sonneneinstrahlung: Sie wird gemessen in Watt pro Quadratmeter (W/m²). Für die Nennleistung wird ermittelt, wie viel Strom ein Solarmodul bei einer Sonneneinstrahlung von 1000 W/m² erzeugt. Diese Solareinstrahlung wird bei einer Luftmasse von 1,5 erreicht.
• Luftmasse (engl. „Air Mass“, abgekürzt AM): Die Luftmasse gibt den Weg an, den das Sonnenlicht bis zur Erde zurücklegt. Würde das Licht senkrecht auf die Erdoberfläche treffen, würde die Luftmasse 1 betragen. Für die Standard-Testbedingungen geht man jedoch von einer Luftmasse von 1,5 aus. Das entspricht einem abweichenden Winkel von 48,2 Grad.
• Temperatur der Solarzellen: Unter Standard-Testbedingungen haben die Solarzellen eine Temperatur von 25 Grad Celsius.

2. NOCT: Normal Operating Cell Temperature (normale Zellbetriebstemperatur)

Zwar gewährleisten die Standard-Testbedingungen eine gute Vergleichbarkeit unterschiedlicher Solarmodule, sie sind jedoch auch in die Kritik geraten. Das liegt daran, dass Solarmodule im praktischen Einsatz auf Hausdächern oder an Fassaden unter stark abweichenden Bedingungen arbeiten – insbesondere werden die Module unter Sonneneinstrahlung meist deutlich wärmer.

Aus diesem Grund wurden die NOCT-Testbedingungen entwickelt. Sie sollen eine realistischere Einschätzung des möglichen Ertrags von Solarmodulen ermöglichen. Für die NOCT-Testbedingungen gilt:

• Sonneneinstrahlung: Hier wird von einer Bestrahlungsstärke von 800 W/m² ausgegangen.
• Luftmasse: Die Luftmasse liegt weiterhin bei 1,5.
• Temperatur der Solarzellen: Ermittelt wird die Leistung bei einer Zelltemperatur von 45 Grad Celsius.

Wie bereits erwähnt, lassen sich kWp nicht direkt in kWh umrechnen, da es sich um zwei verschiedene physikalische Größen handelt. Allerdings lässt sich anhand des kWp-Wertes abschätzen, welche Energie bzw. Strommenge eine PV-Anlage in einem vorgegebenen Zeitraum erzeugen kann. Als Faustregel gilt hierzulande: Pro Kilowatt-Peak Nennleistung erzeugt eine Photovoltaikanlage in Deutschland durchschnittlich etwa 1.000 Kilowattstunden Strom pro Jahr. Dabei handelt es sich um einen groben Richtwert, denn im Süden Deutschlands ist die Sonneneinstrahlung in der Regel deutlich höher als im Norden.

Basierend auf dem Durchschnittswert ist die „Umrechnung“ von kWp in kWh sehr einfach: Sie müssen lediglich die Nennleistung der gesamten Photovoltaikanlage mit 1.000 multiplizieren und erhalten so den ungefähren Ertrag in Kilowattstunden pro Jahr. Beispiel: Eine Anlage mit 10 Kilowatt-Peak Nennleistung erzeugt annähernd 10.000 Kilowattstunden Strom pro Jahr.

Die Nennleistung der gesamten Anlage finden Sie heraus, indem Sie die Nennleistung pro Modul mit der Anzahl der Solarmodule multiplizieren: 16 Solarmodule mit einer Leistung von jeweils 400 Watt-Peak erbringen eine Gesamtleistung von 16 × 400, also 6.400 Watt-Peak oder 6,4 Kilowatt-Peak.

Achtung: Eigenverbrauch beachten

Die Umrechnung von kWp in kWh ergibt die Menge des insgesamt erzeugten Solarstroms innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes. Bei einer Anlage mit einer Nennleistung von 6 Kilowatt-Peak bedeutet das aber noch nicht, dass ein Haushalt seinen Strombedarf von 6.000 Kilowattstunden im Jahr vollständig mithilfe der Anlage decken kann. Schließlich produziert die Anlage Strom hauptsächlich während der Mittagsstunden, während der Haushalt auch abends und nachts Strom benötigt. 

Mit einer typischen PV-Anlage auf Privathäusern lässt sich ein Eigenverbrauch von etwa 25 bis 30% erreichen – bei einer Anlage mit 6 Kilowatt-Peak wären das also 1.500–1.800 kWh Solarstrom, die im Haushalt verbraucht werden. Mithilfe eines Stromspeichers ist es möglich, den Eigenverbrauch zu optimieren und auf mehr als das Doppelte zu steigern. Möglichst viel des gewonnenen Solarstroms selbst zu verbrauchen, ist die rentabelste Art, eine Photovoltaikanlage zu betreiben. 

Die Kosten für eine Photovoltaikanlage hängen von verschiedenen Faktoren ab. Eine Rolle spielt die Größe der Anlage: Tendenziell sind die Kosten für größere PV-Anlagen pro kWp niedriger. Sehr hochwertige Solarmodule können in der Anschaffung teurer sein, jedoch kann sich die Investition aufgrund einer längeren Lebensdauer im Endeffekt auszahlen. Auch Kosten für die Installation der Anlage sowie Nebenkosten, zum Beispiel für den Gerüstbau, müssen berücksichtigt werden.

Zusätzliche Kosten können beispielsweise entstehen, wenn die Elektrik angepasst werden muss oder wenn die Beschaffenheit des Dachs weitere bauliche Maßnahmen notwendig macht.

Tipp: Mithilfe von Förderungen für Photovoltaik reduzieren Sie die Kosten oder machen sie dank zinsgünstiger Kredite tragbarer.