Was steht uns überhaupt an Energie zur Verfügung ?
Seit über 4 Milliarden Jahren liefert die Sonne kostenlos und zuverlässig Energie zur Erde. Auf der Erdoberfläche trifft etwa der zweimilliardste Teil der gesamten abgestrahlten Sonnenenergie auf. Dieser ist ausreichend, um Leben auf der Erde seit Millionen von Jahren zu ermöglichen. In Bayern liegt die Sonneneinstrahlung bei ca. 1.100 kWh pro qm im Jahr. Das entspricht bei einem normalen Einfamilienhaus ca. 70.000 kWh Energieeinstrahlung (dies entspricht ca. einer Heizölmenge von 6.600l) auf die zur Sonne gerichteten Dachfläche. Jeder Haushalt bekommt also eine beachtliche Menge an Energie kostenlos und völlig umweltneutral ins Haus geliefert.
Was ist eine Photovoltaikanlage ?
(1) Solargenerator (3) Wechselrichter (4) Zähler (5) Netzanschluss
Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Für die technische Nutzung werden Solarmodule mittels einer Unterkonstruktion auf dem Hausdach oder auf der grünen Wiese installiert und miteinander elektrisch verbunden.
Um den erzeugten Gleichstrom dann im Haushalt nutzen zu können wird der Strom mit einem Wechselrichter in „handelsüblichen” Wechselstrom, wie er aus der Steckdose kommt, umgewandelt. Seit Inkrafttreten des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes (EEG) am 1. April 2000 wird praktisch der gesamte Solarstrom in das öffentliche Stromnetz eingespeist.
Wie entsteht in einer Solarzelle 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.
Welche Arten von Solarzellen gibt es ?
Auf dem Markt erhältlich sind monokristalline, polykristalline und Dünnschicht-Solarzellen ( amorphes Silizium).
Monokristalline Zellen werden aus einem Einkristallzylinder, der aus hochreinem Silizium besteht, hergestellt.
Der Wirkungsgrad liegt ca. bei 16-18%.
Polykristalline Zellen werden meist aus einem gegossenen Siliziumblock geschnitten. Diese sind einfacher herzustellen, da die Blöcke in der endgültigen Form produziert werden können und somit weniger Abfälle entstehen.
Der Wirkungsgrad liegt ca. bei 12-16%.
Mono- und polykristalline Solarzellen bilden den Hauptanteil der derzeitig verwendeten Solarmodule.
Dünnschicht-Solarzellen sind kostengünstiger, da ein Trägermaterial z.B. Glas nur bedampft wird.
Leider haben Sie nur einen Wirkungsgrad von 6-8% und sind dadurch nicht sehr verbreitet.
Was bedeutet kWp ?
kWp, sprich Kilowatt-Peak (englisch: Peak = Spitze), ist die Einheit für die Spitzenleistung eines PV-Generators unter Standardtestbedingungen (STC).
Als Standardtestbedingungen bezeichnet man, eine optimale Sonneneinstrahlung von 1000 Watt pro Quadratmeter und eine Temperatur von 25 Grad. Es würden dann z.B. 5 x 200 Watt Module, mit einer Fläche von ca. 8 qm, 1 kWp ergeben.
Was bringt die Photovoltaik für die Umwelt ?
Die Energieversorgung wird dezentralisiert, d.h. die Energie wird dort erzeugt wo sie benötigt wird. Hohe Überlandverluste fallen weg. Weiterhin spart eine 1m2 Photovoltaikanlage ca. 100 kg
CO2 -Emissionen im Jahr ein.
Wie hoch ist die Lebensdauer einer PV-Anlage ?
Bei kristallinen Modulen geht man von einer Lebensdauer (Quelle: Bayerisches Umweltministerium) von ca. 30-40 Jahren aus und in der Regel geben die Modulhersteller eine Leistungsgarantie von etwa 25 Jahren auf maximal 20% Leistungsverlust der Module. Das Dachgestell ist meist aus Aluminium oder Edelstahl und hat eine sehr hohe Lebensdauer genauso wie die eingesetzten Spezialkabel aus UV-beständigen Materialien. Die Wechselrichter haben ca. eine Lebensdauer von über 14 Jahren. Dennoch sollte man davon ausgehen, dass während der gesamten Anlagenlebensdauer der Wechselrichter defekt wird. Seriöse Wechselrichterhersteller bieten in der Regel eine fünfjährige Garantiezeit. Sollte nach dieser Garantiezeit das Gerät defekt sein, erhält man zu Vorzugskonditionen (z.B. SMA ca. 300 EUR) ein Austauschgerät.
Welche Dachausrichtung sind geeignet ?
Generell ist jedes Dach zwischen Ost- und Westausrichtung geeignet, am Ertragsreichsten
ist die südliche Ausrichtung mit einer Dachneigung von ca. 30°.
Warum unterschiedliche Erträge übers Jahr ?
Der Energieertrag ist während des Jahres sehr unterschiedlich. Das liegt zum einen an den Sonnenstunden, die im Sommer wesentlich höher sind als im Winter, an den Sonnenstunden insgesamt und an der Neigung der Sonne zum Modul. Hauptertragszeit ist somit der Sommer, hier sollte das Modulfeld möglichst schattenfrei sein.
Wie groß sollte eine Photovoltaikanlage sein ?
Nach oben sind der Größe einer Photovoltaikanlage keine Grenzen gesetzt. Eine Modulfläche von ca. 8m2 ; entspricht einer Anlagenleistung von 1kWp (Kilowatt-peak = Spitzenleistung), die je nach Südausrichtung und Modulneigung zwischen 800kWh und über 1.000kWh pro Jahr erzeugt. Wer seine Photovoltaikanlage auf dem eigenen Hausdach und zur langfristigen Erzeugung des eigenen Strombedarfs installieren möchte, kann dies leicht berechnen. Der durchschnittliche Jahresstromverbrauch eines vierköpfigen Haushalts liegt bei ca. 3.500kWh. Dieser Strombedarf kann mit einer 4,5kWp (ca. 36m2 ) großen Anlage gedeckt werden. Zu beachten ist hierbei aber, dass der Strombedarf über das Jahr gesehen konstant, die Produktion jedoch in den Wintermonaten im Gegensatz zu den Sommermonaten sehr gering ist.
Fachbegriffe:
solare Einstrahlung
Gemessen wird bei allen Anlagen die Strahlungsenergie der Sonne auf die Solargeneratorfläche. Die Maßeinheit ist kWh pro m2 bezogen auf die jeweilige Zeiteinheit (Jahr, Monat, Tag).
Energie
Die von der Photovoltaikanlage erzeugte Energie in kWh wird am Wechselrichterausgang mit einem geeichten Stromzähler gemessen.
Ertrag der Anlage
Die von der PV-Anlage ins Netz eingespeisten Kilowattstunden (kWh) werden mit einem geeichten Zähler gemessen und mit dem Netzbetreiber abgerechnet. Teilt man die so ermittelte Jahreserzeugung durch die Nennleistung der Anlage (Spitzenleistung des Solargenerators in kWp) erhält man den Anlagenertrag in kWh pro kWp. Der Wert wird sehr stark davon beeinflusst, wie exakt die Hersteller die Leistung der Module (Spitzenleistung in kWp) klassifizieren.
Nennleistung
Die Nennleistung ist die Leistung welche eine Photovoltaikanlage unter idealisierten Standardbedingungen erzeugen kann. Sie wird angegeben in Watt Peak Wp.
Performance Ratio
Die Performance Ratio ist ein internationales von Fachleuten anerkanntes Maß für die Systemqualität einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage. Nur sehr gute Photovoltaikanlagen erreichen Werte von 80%.
PR Performance Ratio = Energieertrag / (Jahreseinstrahlung auf unverschattete Modulfläche * Modulwirkungsgrad STC)
