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Deutschland liegt zwar nicht am Äquator, Photovoltaik-Anlagen lohnen sich hierzulande trotzdem. Die Solaranlage arbeitet bei richtiger Planung und Auslegung sehr effizient!

Montiert auf Dächern, an Fassaden oder an Vordächern können sie bei optimalen Lichteinfall und schattenfreier Aufstellung exzellente Erträge erzielen. Sie müssen deshalb bei der Installation einige Voraussetzungen beachten, welche wir hier erklären möchten.

Tipp 1: Das perfekte Dach für eine Photovoltaikanlage

einstrahlungswinkel

Die Ausrichtung von Photovoltaikanlagen - immer in den sonnigen Süden! Wenn das Sonnenlicht in einem Winkel von 90° auf die Solarzellen trifft, ist die Energieausbeute der Photovoltaik rechnerisch am größten. Natürlich verändert sich der Sonnenstand nicht nur täglich mit der Bewegung der Sonne am Himmel, sondern auch im Verlauf eines Jahres.

  • Für Photovoltaikanlagen in Deutschland erhält man rechnerisch die größten Solar-Erträge, wenn die Photovoltaikmodule in einem Aufstellwinkel von ca. 30° genau nach Süden ausgerichtet sind. Dann ist der Einstrahlungs- und Reflektionsverlust am geringsten.
  • Aufstellwinkel zwischen 10 und 50° liefern jedoch ebenfalls noch sehr hohe Erträge (über 90% vom optimalen Winkel).
  • Bei einer Abweichung nach Südosten oder Südwesten um ca. 45° ist mit einer Energieeinbuße von 5-10% zu rechnen.
Beste Wahl: Ausrichtung nach Süden - Neigung von ca. 30°

Verschattung meiden

Von Schornsteinen, Bäumen oder anderen Objekten können Schatten geworfen werden.

Ihre Photovoltaik-Anlage sollte ohne jegliche Verschattung betrieben werden, da dies die Leistung enorm verringern kann! Der abgeschattete Bereich verhält sich nämlich wie ein Widerstand in einem Stromkreis.

verschattung

Der Teil des Solarmoduls auf den der Schatten fällt, erzeugt nur sehr wenig bis gar keinen Strom. Bei einer Photovoltaikanlage in Serienschaltung bestimmt aber immer genau das Photovoltaikelement, welches am wenigsten Sonnenlichterhält, wie viel insgesamt Solarstrom fließen kann.

Ein kleiner Schatten führt also bereits zu starken Einbußen bei der Stromerzeugung. 

Bei ungleicher Bestrahlung durch die Sonne kann es unter Umständen sogar zu Schäden an den Solarzellen kommen.

Denn ein beschattetes Modul kann man mit einem verstopften Wasserrohr vergleichen. Die anderen Solarzellen versuchen ihren Nennstrom durch die "Verstopfung" durchzudrücken, was die Zelle dann irreparabel beschädigt. Es entsteht durch Überhitzung ein sogenannter Photovoltaik-"Hot Spot" auf der Solarzelle. 

Verschattungs-Probleme vermeiden mit Bypassdioden

bypass-diode

Um die Ertragsminderung durch Schatten (auch von Kot oder Blättern) zu unterbinden, kann zu jeder Zelle eine Bypassdiode geschaltet werden. Es gibt auch beschattungsunempfindliche Solarzellen- Module, die die Bypassdioden direkt integriert haben.

Die Bypass-Diode leitet den Strom an dem abgeschatteten Modul vorbei, bzw. sie schließt den beschatteten Bereich kurz, wie das Bild zeigt. Auf diese Weise können Modulschäden durch Abschattung verhindert werden. In heutigen Modulen sind bis zu 24 Zellen von einer Bypassdiode geschützt und werden im Modul bzw. in der Modulanschlussdose untergebracht.

Achten Sie bereits bei der Planung Ihrer Photovoltaikanlage darauf, dass im Betrieb keine Verschattung auftritt (Schatten auf Ihre Solarmodule fällt)!

Dacharbeiten VOR Installation der Photovoltaikanlage

Photovoltaikanlagen sind sehr langlebig – Sie können sie 20 bis 30 Jahre und länger nutzen. Prüfen Sie deshalb vor einer Installation den Ist-Zustand von Ihrem zukünftigen Solardach:

  1. Ist Ihr Dach reparaturbedürftig?
  2. Bleibt das Dach auch nach der Installation für Reparaturen zugänglich?
  3. Wollen Sie noch Dachfenster einbauen, oder einen Schornstein?
  4. Oder liebäugeln Sie mit Solarthermie-Kollektoren (Solarwärme) für Wasser und Heizung?

Der Dachbelag selbst – ob nun Pfanne, Biberziegel, Schiefer oder ein nach dem Präfa-System gedecktes Dach oder Dachpappe – spielt dabei keine Rolle.

Wenn das Dach ohnehin repariert werden muss, dann könnten Sie auch eine Integration der Photovoltaikmodule ins "Solardach" erwägen. Sie könnten etwa für best­mögliche Solarerträge ein Flachdach in ein optimales Solardach mit einer leichten Neigung umbauen – denn bei einem Neigungswinkel von mindestens 10, am besten aber 20 bis 30 Grad, kann der Regen Laub und andere Verschmutzungen abspülen und die Erträge steigen, da die Solarmodule besser Richtung Sonne ausgerichtet sind. 

solardach1

Oder Sie greifen zu Bedachungsmaterial, das von Hause aus mit einer Photo­voltaik-Anlage versehen ist, sogenannte Solardachziegel. Diese gibt es inzwi­schen in jeder erdenklichen Form – als Bedachungsmaterial und Anlage in einem (Dachziegel, etc.) oder als Anlagen, wo die Solarzellen einfach auf die Dachbahnen aufgeklebt werden.

Statik des Dachs prüfen

Voraussetzungen für eine Dachmontage ist eine Statikprüfung des Daches und unter Umständen des Gebäudes. Künftiges Solardach und Gebäude müssen die Last der Solaranlage sowie Wind- und Schneelasten tragen können.

Auch Solarmodule, Gestelle und Befestigungsmaterial sowie Dachanschlüsse müssen nach bestehenden Normen und entsprechend Wind- und Schneezone sowie der speziellen Lasten vor Ort ausgewählt werden. Je höher die Belastung, desto stabileres Befestigungsmaterial muss ausgewählt werden. Natürlich müssen in einer Statikprüfung auch die regionalen Besonderheiten vor Ort berücksichtigt werden.

Schneelast

Grundlage zur Berechnung der Schneelast ist die DIN 1055-5. Außerdem muss man wissen, in welcher Schneelastzone man wohnt. Je nach Schneelastzone rechnet man für gerade Flächen mit einer Belastung vom 65 bis 110 Kilogramm pro Quadratmeter.

Beispiel: 20 cm Nassschnee wiegen pro Quadratmeter rund 80 kg - das Gewicht kommt also tatsächlich zusammen! 

Da die Berechnung meist für schräge Flächen benötigt wird verändern sich die Werte natürlich. Dieser Link führt Sie zu einem Schneelast-Rechner, mit welchem man die Belastung ausrechnen kann. Bei der Planung ist aber der Fachmann gefragt!

Vermieten Sie Ihr Solardach oder mieten Sie eins

Es gibt sehr viele Interessenten für Ihr Dach. Investoren zahlen eine Pacht für die Nutzung Ihres Solardachs mit Photovoltaikmodulen. So haben Sie eine sichere Einnahmequelle über mindestens 20 Jahre und der Investor kümmert sich um alles - von der Planung über die Montage bis hin zur Papierarbeit. 

Tipp 2: Strom der Photovoltaikanlage einspeisen oder selber nutzen?

Einspeisung oder Eigenverbrauch.

Aufgrund immer wieder neu verhandelter Gesetze zur Einspeisung oder dem Eigenverbrauch von Photovoltaikanlagen ist es aktuell sehr sinnvoll erzeugten Strom zu einem möglichst hohen Prozentsatz selber zu verbrauchen. Im Allgemeinen gilt hier:

  1. Je größer der Eigenverbrauchsanteil meines Solarstroms, desto mehr steigt die Rentabilität, da sich der Betreiber der Photovoltaikanlage den Strom-Einkauf vom Energieversorger spart.
  2. Je höher der Strompreis steigt, umso bedeutender wird der Eigenverbrauch.
  3. Je weiter die Photovoltaik-Einspeisevergütung sinkt, desto mehr trägt der Eigenverbrauch zur Rentabilität der Solaranlage bei.

"Netzparallelbetrieb":  Solarstrom einspeisen und Geld bekommen

Im Netzparallelbetrieb speist die Photovoltaikanlage den gewonnen Solarstrom in das öffentliche Stromnetz ein und Sie erhalten dafür eine Vergütung. So gut wie alle Anlagen die Sie auf Häusern und Scheunen sehen, sind netzgekoppelt, weil Solarstrom, der nicht selbst verbraucht wird, ins Netz eingespeist wird und der Betreiber der Solaranlage dafür eine  Vergütung erhält. 

Dazu wird neben dem ganz normalen Stromzähler noch ein Einspeisezähler installiert. Dieser misst den Strom, der von Ihrer Photovoltaikanlage in das Stromnetz eingespeist - also verkauft wird. Ihr Stromnetzanbieter ist laut EEG verpflichtet, diesen Strom abzukaufen. Die Vergütung dafür ist auch gesetzlich geregelt. 

Tipp: Sollte ein Netzparallelbetrieb Ihrer Photovoltaikanlage möglich sein, empfehlen wir diesen zu nutzen. Derzeit sind die Stromspeichersysteme, genannt Photovoltaik-Akku oder Photovoltaik-Batterie, noch sehr teuer und nicht unbedingt wirtschaftlich zu betreiben. Sobald solche Photovoltaik-Speicher günstiger werden, lohnen sich diese auf jeden Fall. Eine genaue Erklärung zur Rentabilität finden Sie auf unser Seite: Photovoltaik Eigenverbrauch

Netzgekoppelte Photovoltaikanlage - Bestandteile:

  • Solargenerator (bestehend aus dem Solarmodulen)
  • Generatoranschlusskasten
  • Wechselrichter
  • Einspeisezähler

In der Technik-Übersicht finden Sie ein eigenes Kapitel zum Thema Photovoltaikanlage im Netzparallelbetrieb.

"Inselanlage": Solarstrom komplett selbst verbrauchen

Falls Sie fern von jeder öffentlichen Stromleitung für den Eigenbedarf Strom benötigen (zum Beispiel in einer Berghütte oder einem Boot), so können Sie eine Photovoltaikanlage als Inselanlage betreiben. 

Je nach Anlagenkonzept können 12, 24 oder 230 Volt-Verbraucher oder ein Mix aus diesen betrieben werden. Bei der Auswahl der angeschlossenen Geräte ist auf eine möglichst hohe Energieeffizienz zu achten. Das bedeutet, Sie speichern den Strom in Akkus zwischen, um ihn bei Bedarf zu verbrauchen.

Photovoltaik-Inselanlage - Bestandteile:

  • Solargenrator (bestehend aus dem Solarmodulen)
  • Generatoranschlusskasten
  • Wechselrichter
  • Laderegler
  • Photovoltaik-Speicher / Akku

In der Technik-Übersicht finden Sie ein eigenes Kapitel zum Thema Inselanlagen.

Schaltung der Photovoltaik-Module

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine Photovoltaikanlage zu konzipieren. Sie sollten für sich prüfen, welche für Sie am sinnvollsten ist. An dieser Stelle gilt es auch, die Vorschläge von Installateuren kritisch und gerade auf die Beschattungs- und Witterungs-verhältnisse vor Ort zu hinterfragen.

Parallelschaltung

parallelschaltung

Als klassisch gilt ein Solargenerator mit parallel geschalteten Solarmodulen und zentralem Wechselrichter mit Transformator. Hier werden die verschiedenen Stränge in einem Generatoranschlusskasten zusammengeführt.

Ein Wechselrichter wandelt dann den Gleichstrom in Wechselstrom um. Als Vorteile führen Experten die hohe Sicherheit durch niedrige Solarspannung an, als Nachteil hohe Kosten durch Gleichstromverkabelung und zusätzlich notwendigen Generatoranschlusskasten.

Tipp: Parallelschaltung kompensiert Schatten - Für eine Parallelschaltung der Solarmodule spricht der höhere Ertrag. Außerdem reagieren so geschaltete Photovoltaikmodule weniger empfindlich auf Schattenwurf als reihengeschaltete. Dagegen spricht der höhere Installationsaufwand. Bei der Reihenschaltung können außerdem die Verluste niedriger gehalten werden.

Reihenschaltung

reihenschaltung

Es ist auch möglich, einen Solargenerator mit zentralem, trafolosen Wechselrichter zu installieren. Dafür werden die Solarmodule des Generators zu einem Modulstrang in Reihe geschaltet.

Weil hier der Trafo entfällt, ist der Wirkungsgrad einer solchen PV-Anlage theoretisch höher. Praktisch können Schatten bei der Reihenschaltung zu größeren Energieverlusten führen.

Standard bei kleineren Solargeneratoren sind derzeit Strangwechselrichter mit oder ohne Transformator. Bei diesen werden in der Regel PV-Module zu Strängen in Reihe geschaltet. Die Stränge werden erst auf der Wechselstromseite zu­sammengeführt, dafür bekommt jeder seinen eigenen Wechselrichter.

Vorteil dieses Systems: Zum einen fällt die Gleichstrominstallation nicht ganz so um­fangreich aus, und zum anderen wiegen die bei Reihenschaltung relevanten Einbußen durch Verschattung nicht ganz so schwer, denn diese wirken sich im­mer nur auf einzelne Stränge aus.

Tipp: Ein guter Solarteur legt dem Kunden dar, wie er die PV-Module verstringen und so mögliche Schattenwürfe auf der Photovoltaikanlage kompensieren möchte. Verlangen Sie im Photovoltaik-Angebot eine Wechselrichterauslegung. Lassen Sie den Monteur nach­weisen, wie er einen theoretischen Energienutzungsfaktor von 100 Prozent erreicht (natürlich wird es immer einen thermischen Verlust geben) und schafft – auch unter Berücksichtigung einer bestmöglichen Wechselrichternutzung. Ge­schieht das nicht, dann geht zwar das Gerät nicht kaputt, aber es geht unter Umständen vom Netz und die Stromernte sinkt.

Tipp3: Montage der Photovoltaikanlage auf Ihrem Dach

Wo und wie können Photovoltaikanlagen aufgestellt werden? Auf dieser Seite erklären wir Ihnen die Möglichkeiten zur Montage der Photovoltaik.

Video: Schritt für Schritt Montage einer Photovoltaikanlage

https://www.youtube.com/watch?v=vEop0GyLUWk

dachmontage

Die Dachmontage auf einem Schrägdach ist wohl die häufigste Variante für private Haushalte. Die Solarmodule werden hierbei direkt auf Ihr Schrägdach montiert. Durch die Neigung des Daches (und eine Ausrichtung wenn möglich nach Süden) werden hohe Erträge erzielt.

Man unterscheidet bei der Dachmontage zwischen:

Aufdachmontage mit Gestell

Die Photovoltaik-Module werden auf eine Trägerkostruktion montiert, die auf den Dachziegeln "liegt".

Die Gestellmontage hat drei Vorteile:

  1. Sie ist simpel
  2. sie ist ausgereift
  3. Besonderer Vorteil der Gestellmontage ist die Hinterlüftung. Das verhindert im Sommer die Überhitzung der Module und damit einen Leistungsabfall.

Die Unterkonstruktion Ihrer Photovoltaikanlage spielt auf dem Dach „die tragende Rolle“. Sie verbindet die Solarmodule mit der Statik ihres Daches und sie gewährleistet, dass die Module trotz Wind und Wetter auf dem Dach bleiben. Gleichzeitig darf die Tragkonstruktion die Dacheindeckung nicht beschädigen, sondern soll dieser zusätzlich Schutz bieten.

Bitte beachten Sie bei einer Eigenmontage die Montageanleitungen zu den Gestellen. Schon die geringsten Abweichungen können zu Schäden am Dach und an den Modulen führen.

Wählen Sie nur korrosionsfreie Montagesysteme, welche die DIN 1055 erfüllen. Diese definiert Lasteinwirkung auf Tragwerke.

Die Unterkonstruktionen werden heutzutage von Systemanbietern angeboten und sollten mit einer statischen Nachweisführung und verständlichen Montagerichtlinien geliefert werden.

Dachhaken / Dachanker

Sogenannte Dachhaken werden unter den Dachziegeln an dem Dachsparren verschraubt. Ein Teil des Dachhaken ragt dann unter dem Dachziegel hervor und kann so die Trägerkonstruktion halten. Die dabei angegebene Zahl der Dachanker sollte eingehalten werden: Je mehr Dachanker verwendet werden, desto geringer der Druck auf dem Dachgestühl. Gerade bei älteren Dachstühlen sollte man penibel auf die Einhaltung dieser Vorgaben achten. Das Gestühl darf nicht erschüttert oder verschoben werden. Klingt kompliziert? Einfach das Video hier ansehen:

https://www.youtube.com/watch?v=K6yDVUEq7-E

Indachmontage PV-Module

Bei der Indachmontage werden spezielle Solarmodule anstelle von Dachziegeln verwendet. Diese Variante ist optisch attraktiver, jedoch meist kostenintensiver und problematisch wegen schlechterer Belüftung der Module. Diese heizen sich schneller und liefern dadurch weniger Leistung. Erhöht sich die Temperatur eines Solarmoduls von den (laut Testbedingungen) vorgesehenen 25°C z.B. auf 55°C, sinkt die Modulleistung um ca. 15%.

Generell müssen bei der Dachmontage die Dichtigkeit des Daches gewährleistet sein - Winde und das Gewicht von Schnee im Winter müssen berücksichtigt werden und es sollte für genügend Belüftung der Module gesorgt sein.

Solardachziegel: Mehr Ästhetik geht nicht!

Ende 2016 hat Elon Musk für breite Schlagzeilen gesorgt. Auch die Firma Tesla will in den Markt der Solardachziegel einsteigen. 

  • Der große Vorteil der Solardachziegel ist der ästhetische Look des Daches.
  • Außerdem spart man sich die normalen Dachziegel.
  • Die Solardachziegel werden genau so verlegt wie normale Dachziegel
  • Beim Verlegen werden an den Ziegeln angebrachte Kabel einfach miteinander verbunden
  • Systeme geeigent für Neubau und bestehende Dächer / Teile eines Daches

Die Kosten sollen laut Elon Musk genau so hoch sein, wie eine normale Dachdeckung mit einem Solaraufbau. Wer nicht darauf warten möchte, dass Tesla den deutschen Markt erobert kann auch in Deutschland Anbieter von Solardachziegeln finden - z.B. den Hersteller Autarq

https://www.youtube.com/watch?v=EdJAAbpYEcg

Flachdach-Montage

bodenaufstellung

Hier wird immer ein Trägergerüst für die Aufständerung der Solarmodule benötigt. Probleme können unter Umständen bei der Befestigung auf dem Flachdach auftreten, dadie Module zum einen Wind und Wetter standhalten müssen, zum anderen aber die Befestigung die Dichtigkeit des Daches beeinflussen kann. Unter Umständen können Betonsteine auf das Dach gelegt werden, an denen die Trägerkonstruktion befestigt wird. Nur muss das Gewicht von einem Statiker abgesegnet werden, damit Sie nicht irgendwann die Module im Wohnzimmer liegen haben.

Bei der Flachdach- oder Bodenaufstellung muss natürlich auch darauf geachtet werden, dass das eine Modul nicht einen Schatten auf das dahinter liegende wirft.

Unser Tipp: Gründach mit Photovoltaik
Eine Photovoltaik-Anlage kann das grüne Flachdach zusätzlich ergänzen, da ein Gründach eine geringere Oberflächentemperatur aufweist als ein nacktes oder bekiestes Dach, bleiben auch das Photovoltaik-Modul auf einem Gründach kühler und der Wirkungsgrad ist höher. Die Photovoltaikanlagen bringen so im Sommer mehr Leistung.

Photovoltaik Montage - Fassadenmontage

fassadenmontage

Die Möglichkeit Fotovoltaikanlagen an Fassaden zu befestigen ist ebenfalls gegeben. Vorteil hier ist das moderne Design in Verbindung mit Glasfassaden. Außerdem ist die Einspeisevergütung bei dieser Montagetechnik etwas höher.

  • Zu beachten ist jedoch eine Ertragsminderung von ca. 30% wegen des vertikalen Winkels (30-45° wären schließlich optimal).
  • Die Preise für Fassadenmodule sind etwas höher als für normale Solarmodule. Dafür wird aber wieder an der Fassade selbst gespart (keine Scheiben oder sonstige Elemente nötig).

Nachführsysteme für PV-Anlagen 

Solarmodule liefern wie erwähnt den höchsten Ertrag, wenn Sie direkt auf die Sonne ausgerichtet sind.

Da die Sonne über den Himmel wandert haben findige Entwickler die Idee gehabt, Nachführsysteme für die Photovoltaikmodule herzustellen. Tatsächlich liefern solche Anlagen dann um bis zu 30% mehr Ertrag. Elektromotoren sorgen dafür, dass die Module dem Lauf der Sonne nach Urzeit am Tag oder jahreszeitbedingt folgen.

Für den Hausgebrauch ist eine solche Nachführung jedoch nicht gedacht. Aufgrund der höheren Wartungskosten werden solche Systeme erst bei großen Freiflächenanlagen rentabel eingesetzt.

Tipp 4: Müssen Solaranlagen versichert werden? Wie lang halten Photovoltaikanlagen?

Das Risiko von Schäden an Ihrer Photovoltaik-Anlage durch Blitzschlag, Hagel oder Sturm - sogenannte Elementarschäden - wird durch die Versicherung einer Photovoltaikanlage abgedeckt. Sie können die Anlage oftmals in eine bestehende Versicherung (Feuer oder Gebäude) mit aufnehmen lassen. Oder Sie schliessen eine seperate Photovoltaik-Versicherung für Ihre Anlage ab.

Ausserdem sollten Sie die Anlage in Ihre Haftpflichtversicherung aufnehmen, auch wenn normalerweise keine Schäden durch die Anlage entstehen, sollte man hier auf Nummer sicher gehen.

Eine spezielle Versicherung für Ihre Solar / Photovoltaik- Anlage kostet Sie bei einer Investitionssumme von 100 000 EUR zwischen 70 und 150 EUR pro Jahr. Hier erfahren Sie mehr zu Photovoltaik-Versicherungen.

Wie hoch sind die Betriebskosten einer Solaranlage?

In den ersten Jahren normalerweise sehr gering, da hier noch keine Wartungen anfallen. Später können jedoch kleine Reparaturen (an der Technik) oder Wartungen erforderlich sein (Reinigung der Module, kleine Ersatzteile etc.).
Man rechnet für die laufenden Kosten insgesamt ca. 1% des Anlagenwerts pro Jahr. Mehr zum Thema finden Sie in unserem Bereich Wartung und Reinigung von Photovoltaikanlagen.

Lebensdauer der Photovoltaikanlage

Die Solar / Photovoltaik-Hersteller geben im mittlerweile bis zu 25 Jahren Garantie auf die Photovoltaik-Module. Wechselrichter kommen unter Umständen auf eine Garantiezeit von 10 Jahren.

Natürlich funktionieren die Anlagen auch über diesen Zeitraum hinaus - aber mit zunehmenden Alter der Anlage sinkt später die erzeugte Strommenge.

Die altersbedingte Leistungsabnahme bei Solarmodulen nennt man Degradation. Wie oben erwähnt, geben Hersteller in der Regel eine Garantie von 80% der angegebenen Leistung nach 20 oder 25 Jahren. Die tatsächliche Leistungsminderung beträgt jedoch bei guten Modulen weniger, zum Beispiel 10% nach 20 Jahren.

Tipp 5: Müssen Photovoltaikanlagen an den Blitzschutz?

Ja. Die Solar / Photovoltaik-Anlage sollte an den Blitzschutz mit angeschlossen werden oder unter Umständen (abhängig von der Verschaltung der Anlage) an den Potentialausgleich.

Was ist über Hagel und Schmutz zu sagen?

Nach IEC 506 (530) - mal wieder eine hübsche bürokratische Prüfnorm - sind die dementsprechend hergestellten Module gegen Hagelkörner von bis zu 2,5cm geschützt.
Schmutz wird normalerweise vom Regen weggewaschen, da die Solarmodule ja schräg aufgestellt sind. Sofern sich Moos oder Flechten bilden, dann erst nach etlichen Jahren - und dann muss halt doch einmal geputzt werden.

Contact Person Autor des Artikels: Jascha Schmitz - Redakteur der Umweltportale: Solaranlagen-portal.de | Ihr-BHKW.de | Ihre-Waermepumpe.de | klaeranlagen-vergleich.de