Technik und Funktion
Wie genau funktioniert eine Photovoltaikanlage? Hier erhalten Sie eine erste Einführung.
Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Die Energiewandlung findet mittels Solarzellen statt. Wenn die Sonnenstrahlen auf eine Solarzelle treffen, setzen sie dort Elektronen in Bewegung und erzeugen damit Strom.
Technik
Eine Photovoltaikanlage besteht aus mehreren Komponenten. Das Herzstück sind die Solarzellen. Es gibt eine Vielzahl von Materialien und Herstellungsarten mit unterschiedlichen Formen, Farben und Leistungsdaten. Kristalline Siliziumzellen überwiegen auf dem Markt. Das für ihre Herstellung benötigte hochreine Silizium wird aus Quarzsand gewonnen. Aufgrund der geringen elektrischen Spannung einer einzelnen Solarzelle (ca. 0,5 Volt) werden mehrere Zellen zu Solarmodulen zusammengeschaltet. Mehrere Module bilden dann die Photovoltaikanlage. Die Anlage erzeugt Gleichstrom, der über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt wird. Der Wechselrichter sorgt auch dafür, dass die Solarmodule optimal arbeiten und den höchstmöglichen Ertrag erzielen. Um zu wissen, wie viel Solarstrom ins Stromnetz eingespeist wurde, wird ein Einspeisezähler installiert. Man geht von einer Mindestlebensdauer von 25 Jahren für eine Anlage aus. Es ist aber wahrscheinlich, dass viele Anlagen 30-40 Jahre Strom erzeugen. Viele Hersteller garantieren Laufzeiten von 20 Jahren und mehr. Wechselrichter müssen meist nach 10 bis 15 Jahren ausgetauscht werden.
Stromversorgung von Gebäuden
Die privaten Haushalte speisen den durch die Photovoltaikanlagen erzeugten Strom in der Regel ins öffentliche Netz ein. Dies wird über das Erneuerbare- Energien-Gesetz (EEG) finanziell vergütet (siehe Punkt Fördermittel). In Gebieten fernab vom Leitungsnetz (z. B. Berghütten, Inseln etc.) nutzen die Gebäude den solar erzeugten Strom selbst. Man spricht dann von Inselanlagen oder -systemen. Diese bieten eine zuverlässige und kostengünstige Möglichkeit der Energieversorgung, da aufwendige und teure Leitungsarbeiten entfallen.
Stromversorgung einzelner Geräte
Im häuslichen Bereich findet man mit Solarstrom betriebene Geräte wie z. B. Rollos für Dachfenster, Wasserpumpen für Gartenteiche oder Taschenrechner. Im öffentlichen Bereich sind solche Inselsysteme bei Parkscheinautomaten Standard. Sie eignen sich auch für Notrufsäulen und Umwelt- und Verkehrsmessstationen.
Solarmodule
Generell können Photovoltaikanlagen auf geneigten Dächern und Flachdächern,
als Teil der Fassade und auf Freiflächen montiert werden.
Aufdachmontage: Installation über dem Schrägdach.
Indachmontage: Integration der Solarmodule in das Schrägdach.
Flachdachmontage: Aufständerung schräg über der Dachhaut.
Fassadenmontage: Aufsetzen vor Fassade oder in Fassade integriert.
Freiaufstellung: Verankerung im Boden.
Bei der Nachrüstung einer Photovoltaikanlage in Gebäude mit Schrägdächern ist eine Aufdachmontage preisgünstiger als eine Dachintegration. Die höchsten Erträge erzielt man bei ca. 35 ° Dachneigung und Südausrichtung. Auch mit einer Abweichung nach Südost oder Südwest und bei der Neigung von 20 ° bis 60 ° erreichen die Anlagen mehr als 90 % ihrer Leistung. Selbst bei senkrechter Montage in der Fassade werden bei Südausrichtung noch 70 % des optimalen Ertrags erzielt.
Ertrag
Im Mittel erzeugt eine Photovoltaikanlage in Deutschland jährlich etwa 800 bis 900 Kilowattstunden (kWh) Solarstrom pro Kilowatt peak (kWpeak) installierter Leistung. Dafür wird eine Dachfläche von 7-10 m2 benötigt. Kilowatt peak (kWp) bezeichnet die Leistung einer Photovoltaikanlage oder eines Solarmoduls unter Standardbedingungen bei einer Lichtstärke von 1.000 W/m2 und einer Zelltemperatur von 25 °C. Dies entspricht in etwa der maximalen Leistung an einem sehr sonnigen kalten Tag im Winter um die Mittagszeit. Der Solarertrag steigt von Nord- nach Süddeutschland an. Der konkrete Solarertrag hängt von der Sonneneinstrahlung, der Modulausrichtung und -neigung, der Verschattung, dem Modultyp, dem Wechselrichter und der Planungs- und Installationsqualität ab.
Detaillierte und leicht verständliche Beschreibungen der Photovoltaik-Technik finden Sie außerdem auf den Seiten unserer Kooperationspartner:
Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.V.
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