Photovoltaikanlagen auf Freiflächen - Alle Infos im Überblick PV Freiflächenanlagen: Aufbau, Kosten und Angebote

PV Freiflächenanlagen - Das Wichtigste in Kürze

Freiflächen-Photovoltaik erzeugt hohe Solarstromerträge auf ungenutzten Flächen. Für Privatpersonen sind sie nur unter bestimmten Bedingungen interessant.

• Aufbau: Freiflächenanlagen nutzen polykristalline anstatt monokristalline Solarmodule. Weitere Unterschiede ergeben sich beim Wechselrichter und Nachführungssystem.
• Standort: Freiflächenanlagen darf man nur auf Konversionsflächen errichten. Dafür ist eine Baugenehmigung erforderlich. 
• PV-Kosten: Liegen zwischen 700 und 1.200 Euro pro Kilowatt Peak.

PV-Freiflächenanlagen in 2 Minuten finden: So geht's

Im folgenden Tool können Interessierte frei nach ihren Wünschen und örtlichen Begebenheiten eine PV-Anlage für Freiflächen zusammenstellen und Angebote einholen.

Balkonkraftwerk als private Freiflächenanlage

Ein Balkonkraftwerk ist eine kleine Solaranlage, die man einfach über eine Schuko-Steckdose an das Hausstromnetz anschließt. Sie zeichnen sich durch ein niedrige Nennleistung von bis zu 600 Watt aus - die Bagatellgrenze wird am 1.1.2024 auf 800 Watt erhöht. Damit kann man einen Teil des Strombedarfs im Haushalt decken oder Gartengeräte betreiben.

Die Aufstellung einer Mini-PV-Anlage ist recht unkompliziert. Meist werden sie als Komplettpaket inklusive Wechselrichter und Aufständerung verkauft. Neben der einfachen Montage sind sie mit geringen Anschaffungskosten verbunden. Wichtig ist, dass man die PV-Anlage beim Netzbetreiber anmeldet und vor Inbetriebnahme einen Einspeisezähler installieren lässt.

Aufbau einer Freiflächenanlage

Freiflächenanlagen bieten den Vorteil, dass die Ausrichtung und der Winkel der Photovoltaikmodule frei einstellbar sind. Diese Flexibilität ermöglicht eine optimale Positionierung. Die Module werden in Reihen montiert, die parallel zueinander verlaufen. Die Reihen sind voneinander beabstandet, um Abschattungen zwischen ihnen zu vermeiden. Zudem verwenden Freiflächenanlagen andere Wechselrichter als kleinere Dachanlagen.

Solarmodule

Dachanlagen nutzen aufgrund der begrenzten Fläche monokristalline Solarmodule, Freiflächenanlagen hingegen verwenden polykristalline Solarmodule. Polykristalline haben zwar einen geringeren Wirkungsgrad, verfügen dafür über das beste Preis-Leistungs-Verhältnis. Sie kompensieren den geringeren Wirkungsgrad durch Mehrfläche, die unbegrenzt zur Verfügung steht. Dadurch ergibt sich ein wirtschaftlicher Vorteil, da sie den gleichen Ertrag bei geringeren Investitionskosten erreichen.

Wechselrichter

Bei PV-Freiflächenanlagen spielt die Art des Wechselrichters eine entscheidende Rolle in der Wirtschaftlichkeit, besonders bei größeren Anlagen. Es gibt zwei Strategien:

• Zentralwechselrichter: In diesem Fall wird die Anlage über einen Wechselrichter gesteuert. Es ist die günstigste Ausführung, dafür aber auch die weniger effizientere, weil alle Solarmodule dem gleichen MPP-Tracker zugeschaltet sind. Der MPP-Tracker kann sich nur begrenzt auf die Betriebsbedingungen der einzelnen Module anpassen.
• Stringwechselrichter: Hier werden einzelne Strings über einen Wechselrichter gesteuert. Das erhöht die Effizienz der PV-Anlage, da jeder String über einen eigenen MPP-Tracker verfügt. Dadurch ist eine individuelle Anpassung an die Witterungsbedingungen möglich. Allerdings erhöht sich dadurch die Komplexität der Anlage und auch die Kosten fallen deutlich höher aus.

Leitungsführung

Die Verkabelung des Systems hängt vom Typ des verwendeten Wechselrichters ab. Zentralwechselrichter brauchen mehr DC-Verkabelung, während Modulwechselrichter mehr AC-Verkabelung benötigen.

Rückströme treten auf, wenn mehrere Modulstränge parallel geschaltet sind. Dies geschieht, wenn sich verschattete Module in einem String befinden. Die Spannung im gesamten String sinkt und die höhere Spannung von anderen Strings kann dazu führen, dass sich der Stromfluss im verschatteten String umkehrt. Dies führt zu einer Überhitzung und möglichen Zerstörung der Module. Die Hersteller geben in der Regel einen maximalen Rückstrom für ihre Module an, um Parallelschaltungen zu begrenzen. Werden mehrere Module angeschlossen, bedarf es an der Installation spezieller Strangsicherungen oder Strangdioden. Diese verbinden eine Umkehr des Stromflusses.

Fehler in PV-Freiflächenanlagen sind häufig auf Probleme bei der Kabelverlegung zurückzuführen. Es ist entscheidend, die Kabel sicher zu verlegen und für sichere Verbindungen der Stecker zu sorgen. 

Trafostation

Freiflächen-PV-Anlagen profitieren vom Anschluss an das Mittelspannungsnetz. Diese Spannungsebene, die von 135 kW bis 36 MW reicht, entspricht den Anforderungen der meisten Anlagen. Damit die Wechselrichter Wechselstrom in das Netz einspeisen können, muss die richtige Spannungsebene hergestellt werden. Dies wird durch den Einsatz eines Transformators erreicht, der unter Berücksichtigung verschiedener Vorschriften wie der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm und der Gefahrstoffverordnung platziert werden muss.

Netzanschluss

Der Netzanschlusspunkt wird durch den Netzbetreiber bestimmt. Dies geschieht durch eine Netzanschlussanfrage des Anlagenbetreibers. Der von der Anlage erzeugte Strom wird dann an diesem Punkt in das öffentliche Netz eingespeist. Das Verfahren zur Bestimmung des Netzanschlusspunktes ist in § 8 des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) 2021 geregelt. 

Die Netzverträglichkeitsprüfung dauert bis zu acht Wochen. Für die Kosten des Netzanschlusses sind die Anlagenbetreiber verantwortlich. Die Kosten für den Ausbau des öffentlichen Stromnetzes tragen die Netzbetreiber.

Für einige PV-Freiflächenanlagen sollte eine Zertifizierungsgesellschaft vor dem Bau ein Anlagenzertifikat ausstellen. Dies ist aufgrund von VDE-Richtlinien notwendig. Das Zertifikat bestätigt, dass die Anlage theoretisch für den Anschluss an das öffentliche Stromnetz geeignet ist.

• Kleinere Anlagen bis zu 135 Kilowatt benötigen kein Anlagenzertifikat. Herstellerzertifikate für die Geräte und Komponenten sind ausreichend. Dies gilt für Anlagen, die nicht unter die Mittelspannungsrichtlinie fallen.
• Für Anlagen zwischen 135 Kilowatt und 950 Kilowatt besteht die Möglichkeit eines vereinfachten Anlagenachweises.
• Alle Anlagen über 950 Kilowatt benötigen ein Anlagenzertifikat.

Bauformen

Freiflächenanlagen lassen sich in feste und nachgeführte Systeme unterteilen. Nachgeführte Systeme passen ihre Ausrichtung dem Sonnenverlauf an, während feste Systeme dies nicht tun. Nachgeführte Systeme können horizontal oder vertikal in einachsiger oder zweiachsiger Richtung ausgerichtet sein. Nachgeführte Anlagen erzeugen einen höheren Stromertrag, sind aber auch mit höheren Investitions- und Wartungskosten verbunden.

Im Zusammenhang mit der Nutzung von Freiflächen für PV-Anlagen kommt es häufig zu einer Flächenkonkurrenz mit der Landwirtschaft. Um diesen Konflikt zu lösen, wurde das Konzept der Agrar-Photovoltaik entwickelt. Die Idee ist, PV-Module so zu installieren, dass eine landwirtschaftliche Nutzung ohne wesentliche Einschränkungen möglich ist. Hierfür gibt es zwei Hauptansätze.

• Ein Ansatz besteht darin, die Module senkrecht auf der Fläche zu installieren. Die landwirtschaftliche Nutzung erfolgt dann zwischen den Modulen. Traditionell wird Dauergrünland genutzt. Die vertikale Ausrichtung erfordert eine Ost- oder Westausrichtung und bifaciale Module, um die Strahlungsnutzung zu optimieren. Um Verschattungen zu vermeiden, sollte ein Abstand eingehalten werden, der dreimal so groß ist wie die Modulhöhe.
• Ein weiterer Ansatz ist die Installation der PV-Module auf einer Höhe über der für den Anbau bestimmten Oberfläche. Dies erhöht jedoch auch die PV-Kosten aufgrund der großen Installationshöhe. 

Flächenbedarf

Freiflächenanlagen benötigen rund 10 Quadratmeter pro Kilowatt Peak. Dabei bestehen nur rund 4,5 bis 5 Quadratmeter an reiner Modulfläche. Die restlichen 50 bis 55 Prozent bestehen aus Abständen, um Verschattungen zu vermeiden und aus Wartungsgängen.

Ideale Ausrichtung von Photovoltaik-Freiflächenanlagen

Für Photovoltaik-Freiflächenanlagen ist die ideale Ausrichtung nach Süden mit einer Neigung von circa 30 Grad. Mit dieser Ausrichtung erzeugt die PV-Anlage den meisten Ertrag. Das ist sonderlich empfehlenswert bei der Direktvermarktung des Solarstroms. Werden Freiflächenanlagen zum Eigenverbrauch errichtet, ist eine Ost-West-Ausrichtung geeigneter. Diese sorgt für eine gleichmäßigere Stromerzeugung, wodurch anteilig mehr des Solarstroms selbst verbraucht werden kann.

Planung von Freiflächenanlagen

Für die Umsetzung eines PV-Freiflächenprojekts gibt es zwei Möglichkeiten: das Land pachten oder es selbst realisieren. Einige Projektierungsgesellschaften ermöglichen es den Anwohnern, zu investieren und sich zu beteiligen. Dies geschieht häufig unter Einbeziehung der Öffentlichkeit.

Ökologische Gestaltung

Der Bau, der Betrieb und das Vorhandensein einer Freiflächen-PV-Anlage haben Auswirkungen auf Natur und Landschaft.

• Auswirkungen im Bau: Das Bundesnaturschutzgesetz entschädigt für unvermeidbare Beeinträchtigungen beim Bau einer Freiflächenanlage. Dazu gehören Schäden am Boden und Lärmemissionen. Die Kompensation wird durch den Kompensationsfaktor bestimmt, der angibt, welcher Anteil der betroffenen Fläche als Ausgleich zur Verfügung gestellt werden muss. Bei einem Faktor von 0,2 werden zum Beispiel für eine 10-Hektar-Anlage 2 Hektar Ausgleichsfläche benötigt. Der Faktor kann durch ökologische Maßnahmen wie die Aussaat heimischer Pflanzen oder die Anlage von Biotopelementen auf Null reduziert werden.
• Effekte der Anlage auf die Umwelt: Die fertige Anlage beeinträchtigt die Umwelt, aber weniger als der Bau. Sie verbraucht Land und zerschneidet natürliche Gebiete, was das Landschaftsbild beeinträchtigt. Es gibt jedoch auch positive Auswirkungen. Ein extensiver Anbau verbessert die Bodenqualität und die biologische Vielfalt. Die Anlage schafft neue Lebensräume für viele Arten.
• Effekte des Betriebs der Anlage: Lärmemissionen entstehen durch den Einsatz von Reinigungs- oder Mähmaschinen für den Betrieb und die Wartung der Anlagen. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die mechanische Bearbeitung im Vergleich zu anderen landwirtschaftlichen Nutzungen relativ gering sein wird.

Baugenehmigung

Um das notwendige Baurecht für Freiflächen-PV-Anlagen zu erhalten, ist in der Regel ein Bauleitplanverfahren erforderlich. Dabei wird ein Bebauungsplan für das Anlagengebiet aufgestellt und der Flächennutzungsplan geändert. Das konkrete Verfahren ist im Baugesetzbuches (BauGB) beschrieben.

Für die Erstellung eines Entwicklungsplans gibt es zwei Möglichkeiten. Die eine besteht darin, einen Plan speziell für das betreffende Projekt zu erstellen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, mit der Gemeinde einen Vertrag über einen Bebauungsplan abzuschließen. Dieser Vertrag lässt Änderungen am ursprünglichen Plan zu und wird von vielen Energierechtskanzleien empfohlen.

In beiden Fällen erhält die Gemeinde die Pläne von potenziellen Anlagenbetreibern und entwickelt daraus einen Bebauungsplan, in den die Behörden und die Öffentlichkeit einbezogen werden. Für den Entscheidungsprozess ist auch ein wesentlicher Umweltbericht erforderlich.

Öffentlichkeitsbeteiligung

Die Genehmigung für eine Freiflächen-PV-Anlage wird im Rahmen eines Bebauungsplanverfahrens erteilt. Die Flächennutzungspläne müssen 30 Tage lang zur Stellungnahme ausgelegt werden. In dieser Zeit können Einwendungen erhoben werden. Eine darüber hinausgehende Beteiligung der Öffentlichkeit ist gesetzlich nicht vorgeschrieben.

Stromvermarktung

Die Wirtschaftlichkeit einer PV-Freiflächenanlage beruht auf dem Verkauf des erzeugten Stroms. Neben der Vergütung nach dem EEG können auch private Stromlieferverträge abgeschlossen werden. Unabhängig vom Vertriebsweg ist der zuständige Netzbetreiber nach dem EEG zur Abnahme von Strom aus erneuerbaren Energien verpflichtet.

Einspeisevergütung

Für Anlagen bis 100 Kilowatt Peak bietet das EEG feste Einspeisevergütungen, die sich nach Anlagengröße und Inbetriebnahmedatum richten. Die Einspeisevergütung liegt zwischen 5,8 und 13 Cent pro Kilowattstunde, je nach Art der Einspeisung. 

Für Anlagen über 100 Kilowatt Peak gilt das Marktprämienmodell. Der Strom wird an der Börse verkauft und die Betreiber erhalten die Verkaufserlöse plus die Marktprämie. Ist der Marktwert der Solaranlage niedriger als der angesetzte Wert, zahlt der Netzbetreiber die Differenz. Die aktuellen Einspeisetarife können bei der Bundesnetzagentur erfragt werden. Das Direktvermarktungsunternehmen erhält eine individuelle Vermarktungsgebühr, die bei 4 Cent pro Kilowattstunde liegt. Die Marktprämie liegt zwischen 6,2 und 13,4 Cent pro Kilowattstunde, je nach Art der Einspeisung.

Für Freiflächenanlagen mit einer Leistung von mehr als 1 Megawatt ist ein Ausschreibungsverfahren erforderlich, um den anzuwendenden Wert für eine eventuelle Vergütung nach dem EEG zu ermitteln. Ansonsten besteht die Option, private Stromlieferverträge abzuschließen.

Weitere potenzielle Fördermittel können Interessierte in unserem Tool zur Fördermittelberatung erhalten.

Stromlieferverträge

Anstatt Strom nach dem EEG zu verkaufen, ist es möglich, direkt an energieintensive Unternehmen oder Vermarktungsgesellschaften zu verkaufen. Dies geschieht über PPAs (Power Purchase Agreements). Es gibt verschiedene Arten von PPAs, die sich nach der Art der Abnahme und der Stromübertragung richten. Der häufigste Typ ist der "Utility PPA" zwischen Anlagenbetreibern und Energieversorgungs- oder Direktvermarktungsunternehmen.

Die Preisgestaltung im Vertrag richtet sich nach den Börsenpreisen für PV-Strom, es kann aber auch eine Festpreis- oder Hybridoption gewählt werden.

Bei der Ausarbeitung von Stromversorgungsverträgen ist es wichtig, sorgfältig vorzugehen und über Vertragskenntnisse zu verfügen. Die Konsultation einer Anwaltskanzlei kann Rechtssicherheit bieten und den Vertragsprozess mit ihren Musterverträgen und -klauseln vereinfachen.

Kosten und Nutzen von PV-Freiflächenanlagen

Die Kosten für eine PV-Freiflächenanlage liegen zwischen 700 und 1.200 Euro pro Kilowatt Peak, je nach Größe und Aufbau der PV-Anlage. In Deutschland erzeugen sie zwischen 1.000 und 1.500 Kilowattstunden pro Jahr pro installiertem Kilowatt Peak.

Somit liegen die Kosten bei einer Freiflächenanlage mit 100 Kilowatt bei rund 120.000 Euro und der durchschnittliche Ertrag bei circa 125.000 Kilowattstunden im Jahr. Bei einer Einspeisevergütung von 10,90 Cent pro Kilowattstunde ergibt sich ein jährlicher Umsatz von 13.625 Euro.

Im Vergleich zu herkömmlichen Auf-Dach-Anlagen erhöhen bessere Ausrichtungsmöglichkeiten und eine mögliche Nachführung den Ertrag. Auch die längere Lebensdauer von bis zu 40 Jahren verbessert die Wirtschaftlichkeit. Allerdings sind Freiflächensolaranlagen dieser Größe für Privatpersonen in der Regel unerschwinglich. Es bleibt nur die Möglichkeit, einen Anteil zu pachten.