Energie der Sonne nutzen...

So funktioniert eine SolarStrom / Photovoltaik - Anlage!

Sonnenstrom (Photovoltaik)

Die Sonne liefert uns täglich ein enormes Energiepotential, das in Deutschland den Energiebedarf um das etwa Achtzigfache übersteigt.

Diese Energiequelle ist in den nächsten 5 Milliarden Jahren unerschöpflich, kostenlos und umweltfreundlich. Fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdgas und Erdöl sind dagegen nur begrenzt vorhanden.

Ihre eigene Solaranlage macht Sie daher ein Stück weit unabhängiger von den absehbaren Steigerungen der Energiepreise.

Es gibt zwei verschiedene Arten der Nutzung von Solaranlagen:

1. Solarmodule (Photovoltaik) erzeugen elektrischen Strom
2. Kollektoren (Solarthermie) gewinnen Wärme

Sonnenstrom (Photovoltaik) --- Sonnenwärme (Solarthermie)

ie Nutzung von Solarstrom (Photovoltaik) ist Gegenstand dieser Erklärungen.

Aufbau einer Photovoltaikanlage:

Eine Photovoltaik-Anlage besteht aus mehreren Photovoltaik-Modulen (Solarmodulen), die Sonnenlicht in Gleichstrom umwandeln. Meist wird dieser Gleichstrom in üblichen 230-Volt Wechselstrom umgeformt.

Ein Photovoltaik-Modul wiederum besteht aus einzelnen Solarzellen (meist 36 oder 72 Zellen aus kristallinem Silizium). Diese bestehen aus unterschiedlich dotierten Halbleitermaterialien, die die Eigenschat haben, direkt aus dem Sonnenlicht Elektrizität zu erzeugen. Diese Eigenschaft basiert auf dem photovoltaischen Effekt. Daher wird diese Technik Photovoltaik genannt.

Aus vielen einzelnen Solarzellen wird ein Solarmodul hergestellt und mit anderen Solarmodulen zu einem Solargenerator als ganzes verschaltet.

Prinzipielle Funktionsweise einer Photovoltaischen Anlage (PV-Anlage):

Wenn auf eine Solarzelle Licht trifft, entsteht eine elektrische Spannung (1) zwischen der dem Licht zugewandten und der dem Licht abgewandten Seite. Wird der Stromkreis geschlossen, fließt elektrischer Strom (2).

Die verschiedenen Arten von Solarzellen:

Es wurden mehrere Arten von Solarzellen entwickelt, die sich im Aufbau und in der Effizienz der Energieumwandlung unterscheiden.

Kristalline Siliziumsolarzellen werden als monokristalline und polykristalline Solarzellen angeboten und ihr weltweiter Marktanteil beträgt über 85 Prozent.

Für netzgekoppelte Solaranlagen werden in der Regel Module mit Solarzellen aus monokristallinem und polykristallinem Silizium eingesetzt. Der geringere Wirkungsgrad von polykristallinem Silizium wird dabei durch einen Preisvorteil ausgeglichen.

Hochleistungszellen sind meistens optimierte monokristalline Zellen, die durch neue aufwendigere Technologien z.B. bei Kontaktierung, Oberflächenbehandlung oder spezielle Halbleiterschichtung höchste Wirkungsgrad erreichen. Module mit Hochleistungszellen sind relativ neu auf dem Markt und teuerer als Standardmodule.

Neben den kristallinen Solarzellen werden Dünnschichtsolarzellen (amorphes Silizium, CIS- oder Cadmium Tellurid-Zellen) angeboten. Diese haben geringer Wirkungsgrade als kristalline Zellen, besitzen jedoch vielfältige Vorteile. Ihre Produktion ist kosteneffizienter, bedeutend weniger Materialverbrauch, weniger Energieverbrauch bei der Herstellung und hohe Flexibilität des Zellmaterials. Module aus amorphem Silizium finden vorrangig Anwendung im Freizeitbereich (Kleinanwendungen, Camping, Boot) oder bei Systemen mit Dachintegration. Die Dünnschichttechnologien CIS und Cadmium-Tellurid (CdTe) sind bei Kleinmodulen bereits weit verbreitet. CdTe- und CIS- Zellen für Standardmodule befinden sich gerade im Stadium der Markteinführung. Es ist zu erwarten, dass diese Dünnschichttechnologien durch ihre geringeren Produktionskosten zukünftig einen großen Marktanteil erreichen.

Durch neueste Technologien und Produkte kann man sein eigenes innovatives Design gestalten. Dabei übernimmt die Solarstromanlage oft mehrere Funktionen (Dachdichtheit, Sonnenschutz, Energieerzeugung, optisches Erscheinungsbild, Glasfassade usw.)

Typen von Solaranlagen

Es lassen sich zwei unterschiedliche Typen von Photovoltaikanlagen ausmachen:

• 1. Netzgekoppelte Anlagen
• 2. Inselanlagen

Netzgekoppelte Solaranlagen:

Aufbau und Funktionsweise einer netzgekoppelten Solarstromanlage:

Solargenerator (1)
Generatoranschlusskasten (2)
Wechselrichter (3)
Zähler (4)
Netzanschluss (5)

Die Solarzellen im Solargenerator erzeugen auf direktem Weg elektrische Energie aus dem auftreffenden Licht. Es handelt sich dabei um Gleichstrom, wie er in jeder Art von Batterie zur Verfügung steht.

Die Module werden im Generatoranschlusskasten zum Solargenerator miteinander verschaltet. Der vom Solargenerator erzeugte Gleichstrom wird anschließend mittels Wechselrichter in netzüblichen Wechselstrom (230 Volt Wechselspannung) umgewandelt, damit Sie die Energie im Haushalt verbrauchen oder ins Netz abgeben können.

Ins öffentliche Stromnetz eingespeister Solarstrom wird nach dem „Erneuerbare Energien Gesetz“ (EEG) vom Versorgungsnetzbetreiber vergütet. Die Abrechnung erfolgt über einen separaten Einspeisezähler bei.

Inselanlagen

Sogenannte Inselsysteme (Wochenendhaus, Campingbus, Segelboot usw.) brauchen keinen Wechselrichter zur Umwandlung in Netz-Wechselstrom (230V/50Hz), da sie an kein Netz gekoppelt sind.

Deshalb kann eine einfache PV-Anlage Gleichstromverbraucher wie z.B. Radio, Fernseher, Beleuchtung, usw., direkt ohne Umwandlung betreiben. Nachts oder an trüben Tagen kann mittels Akkumulatoren die gespeicherte Sonnenenergie verwendet werden.

Noch einfachere PV-Anlagen (z. B. Springbrunnen) benötigen keine Batterie und funktionieren in Abhängigkeit der Sonneneinstrahlung. Ist sie hoch, entspricht dies einem hohen Wasserstrahl, sinkt sie, wird der Wasserstrahl niedriger.

Bauliche Voraussetzungen

• Möglichst verschattungsfreier Standort
• Dachausrichtung von Ost bis West, geneigtes Süddach ist optimal
• Die Neigung eines Süddaches von 20° - 40° bietet einen optimalen Energieertrag, aber auch andere Dachneigungen bis zu Fassaden sind möglich.
• Bei freistehenden Anlagen z. B. auf Flachdächern auf ausreichende Statik des Dachstuhles achten
• Genügend Fläche (mindestens 10 m², je größer die Fläche umso wirtschaftlicher kann die Anlage realisiert werden)
• Eine gute Hinterlüftung der Solarmodule optimiert den Energieertrag der Anlage

Erträge von Photovoltaikanlagen

Welchen Ertrag kann man erwarten?

Die Größe einer PV-Anlage wird nach der Leistung des Solargenerators in kWp angegeben. Dieser Wert beschreibt die Modulleistung unter genormten Testbedingungen.

Erfahrungsgemäß erzeugt eine 1 kWp PV-Anlage in Deutschland im Jahr zwischen 600 und 1000 kWh Strom, abhängig von der Region (Nord-/Süddeutschland), der Ausrichtung, den Wetterbedingungen und der Anlagentechnik. Klimatisch bedingte Schwankungen der solaren Einstrahlung, die den Ertrag beeinflussen, betragen ca. ± 10% im Jahr. Optimal errichtete Kleinanlagen erreichen heute um 850 kWh pro kWp (Niedersachsen) bis 1000 kWh pro kWp in Südbayern.

Deutlich sichtbar ist die jahreszeitliche Verteilung der Energieerträge: Wie nicht anders zu erwarten, sind die Sommererträge erheblich größer als im Winter.

Konkret bringt eine Solarstromanlage in Deutschland im Sommerhalbjahr etwa zwei Drittel des Jahresertrages.

Investitionskosten

Abhängig von Montageart, Anlagengröße, der eingesetzten Technik und den baulichen Gegebenheiten kostet eine Solarstromanlage zwischen ca. 7.500,- ¤ und 10.000,- ¤ bei 1 kWp installierter Leistung .

Je größer die Solarstromanlage, desto geringer fallen die Kosten pro installierter Leistung aus. So sind bei sehr großen Anlagen (größer als 500 kWp Leistung) Kosten in Höhe von 5.000,- ¤ pro kWp installierter Leistung erreichbar.

Mit der nach dem EEG geltenden Einspeisevergütung ist bei guten Standorten ein wirtschaftlicher Betrieb von PV-Anlagen möglich. Gegebenenfalls erhöhen weitere Fördermöglichkeiten die Wirtschaftlichkeit der Anlage.

Quelle Bilder und Fachtext: Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.V.

www.dgs.de

1. Was ist Solarenergie?

In der Sonne wird bei der Umwandlung von Wasserstoff in Helium Strahlungsenergie frei (Kernfusion), die als Licht und Wärme zur Verfügung steht. Ohne diese Energie könnte kein Leben auf der Erde existieren. Die Sonne strahlt stündlich mehr Energie auf die Erde, als die gesamte Weltbevölkerung in einem Jahr verbraucht.

2. Was ist Solarstrom?

Solarstrom nennt man den Strom, der durch den photovoltaischen Effekt in Solarzellen erzeugt wird. Der Fachbegriff Photovoltaik (griechisch: Photo = Licht und Volt = Maßeinheit für elektrische Spannung) steht für die Technik, mit deren Hilfe Sonnenenergie direkt in elektrischen Gleichstrom umgewandelt wird (Abk.: PV ).

3. Woraus besteht eine Photovoltaikanlage?

Die Grundeinheit einer Photovoltaikanlage ist das PV-Modul, in dem eine bestimmte Anzahl Solarzellen elektrisch verschaltet sind. Mehrere Module werden zum Generator verbunden. Der von den Solarzellen produzierte Gleichstrom wird über Gleichstromleitungen zum Wechselrichter geführt. Dieses Gerät wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um, der bei einer netzgekoppelten PV-Anlage über einen Zähler ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird.

4. Wie ist eine Solarzelle aufgebaut?

Bei Solarzellen handelt es sich üblicherweise um dünne Scheiben aus Silizium. Durch gezielte Verunreinigung des reinen Siliziums mit Fremdatomen erhält man eine negativ leitende Schicht und eine positiv leitende Schicht. In der Übergangszone zwischen den beiden Schichten entsteht ein elektrisches Feld. Auf der Oberseite der Solarzelle befinden sich fingerförmige Frontkontakte, der Rückseitenkontakt dagegen besteht aus einer durchgehenden Metallfläche.

5. Wie entsteht in einer Solarzelle aus Sonnenlicht Strom?

Fällt Licht auf die Solarzelle, werden im Silizium Elektronen und Löcher (sog. Defektelektronen) erzeugt und durch das elektrische Feld getrennt. Die Elektronen werden dem Minuspol und die Defektelektronen dem Pluspol zugeführt. Verbindet man die Kontakte über einen elektrischen Verbraucher wie z.B. einem Kühlschrank, so wandern die Elektronen über den äußeren Stromkreis zum Pluspol zurück - es fließt elektrischer Gleichstrom.

6. Wo kann ich eine Photovoltaikanlage aufbauen?

Grundsätzlich können PV-Anlagen überall dort installiert werden, wo ausreichend Licht hinfällt. Einen optimalen Ertrag bietet eine südorientierte Fläche mit etwa 30° Neigung. Eine Abweichung nach Südwest/Südost oder Neigungen zwischen 25° und 60° verringern den Energieertrag nur geringfügig. Verschattungen durch Bäume, Nachbarhäuser u.ä. sollten allerdings vermieden werden.

7. Wie groß muss eine PV-Anlage sein?

Da unter den derzeitigen Vergütungsbedingungen der gesamte Solarstrom in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird, richtet sich die Größe der Anlage nicht zwangsläufig nach dem eigenen Stromverbrauch. Bei einer netzgekoppelten Anlage kann daher die Größe von der verfügbaren Dachfläche abhängig gemacht werden. Eine PV-Anlage mit einer Nennleistung von 1.000 Watt (1 kWp) benötigt 8 bis 10 qm Dachfläche. Ein anderer Faktor ist natürlich die Geldmenge, die investiert werden soll.

8. Was bedeutet kWp?

kWp, sprich Kilowatt-Peak (englisch: Peak = Spitze), ist die Einheit für die Spitzenleistung eines PV-Generators unter Standardtestbedingungen.

9. Gibt es Fördermittel?

Seit 01.01.2004 wird durch das neue Photovoltaik-Vorschaltgesetz die Solarvergütung für Anlagen neu geregelt. Danach erhalten alle Betreiber von Solarstromanlagen bis zu einer Leistung von 30 kW eine Einspeisevergütung für Solarstrom von 57,4 Cent pro Kilowattstunde über 20 Jahre. Zusätzlich gibt es vom Bund zinsgünstige Kredite. Diese werden von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) über die Hausbank vergeben. Zusätzlich gibt es eventuell Zuschüsse von der jeweiligen Kommune.

10. Wie viel Energie produziert eine PV-Anlage?

Als Faustregel gilt in unseren Breitengraden ein Energieertrag von 800 bis 1000 kWh pro kWp installierter Leistung der Anlage und Jahr. Dies bedeutet, dass Sie mit einer 3-kWp-Standardanlage zwischen 1.400 Euro und 1.700 Euro im Jahr vergütet bekommen können.

11. Wie kann ich photovoltaischen Strom nutzen?

Bei einer netzgekoppelten PV-Anlage wird aufgrund der erhöhten Einspeisevergütung in der Regel der gesamte produzierte Solarstrom ins öffentliche Netz eingespeist und an den Netzbetreiber verkauft. Für den Eigenbedarf können Sie dann z.B. Ökostrom auf dem freien Markt beziehen.

Darüber hinaus kann Solarstrom direkt dort genutzt werden, wo kein Netzanschluss vorhanden ist, z.B. für solare Gartenlampen, solare Teichpumpen oder elektronische Kleingeräte. Zur Erhöhung der Versorgungssicherheit werden diese so genannten Inselanlagen häufig mit einer Batterie als Energiespeicher ausgestattet.

12. Was kostet eine PV-Anlage?

Zurzeit werden Preise zwischen 6.500 Euro und 9.000 Euro pro kWp Leistung inklusive Installation und Mehrwertsteuer genannt. Ab einer Anlagengröße von 5 kWp sinken die Preise auf 6.000 Euro bis 7.500 Euro pro kWp. Betreiber einer netzgekoppelten Solarstromanlage wirtschaften potentiell gewinnträchtig und sind somit berechtigt, die Mehrwertsteuer vom Fiskus zurückzufordern. Details sollten mit einem Steuerberater besprochen werden.

13. Rentiert sich die Anschaffung einer Solarstromanlage?

Durch die Kombination der erhöhten Einspeisevergütung und des zinsgünstigen Darlehens rückt der Betrieb einer Solarstromanlage in wirtschaftliche Bereiche. Je nach Berechnungsweise ergeben sich für eine angenommene 20-jährige Nutzungszeit unter den derzeitigen Förderbedingungen unterschiedliche Gewinne. Die Lebenserwartung einer PV-Anlage ist allerdings wesentlich höher als 20 Jahre.

14. Muss der photovoltaische Strom ins Netz eingespeist werden?

Nein, der Strom kann auch im eigenen Haushalt verbraucht und nur der Überschuss ins Netz eingespeist werden. Wirtschaftlich interessant ist bei erhöhter Vergütung allerdings nur die komplette Einspeisung.

15. Welche Lebensdauer hat eine PV-Anlage?

Die Modulhersteller geben Garantien zwischen 10 und 25 Jahren. Die durchschnittliche Lebensdauer liegt bei 30-40 Jahren. Generell ist eine PV-Anlage sehr wartungs- und störungsarm.

16. Was spricht für Solarstrom?

Die Sonne ist die größte und sicherste Energiequelle. Sie steht garantiert noch einige Milliarden Jahre zur Verfügung.

Solarenergie ist saubere und kostenlose Energie.

Solarenergie wird direkt vor Ort genutzt. Es entstehen keine Transportkosten und keine großen Leitungsverluste.

Die Energie zur Herstellung einer PV-Anlage hat sich nach etwa fünf Jahren amortisiert. Danach liefert die Solaranlage reine Energiegewinne.

Solaranlagen sind technisch ausgereift, haben eine lange Lebensdauer und sind eine Wertsteigerung des Hauses.

Solaranlagen stehen für Lebensqualität und zeigen aktives Umweltbewusstsein für eine lebendige Zukunft.