Funktionsweise
Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Lichtenergie(Photonenstrahlung) in elektrischen Strom. In einem Halbleiter (üblicherweise Silizium) werden durch Sonneneinstrahlung Ladungsträgerpaare erzeugt, durch die speziell konstruktive Gestaltung des Halbleiters bildet sich eine elektrische Feldstärke welche die Ladungsträgerpaare trennt. Werden beide Seiten dieser Solarzelle mit Elektroden bestückt und über einen Lastwiderstand miteinander verbunden, so fließt Gleichstrom von der Solarzelle zum Verbraucher und es liegt ein geschlossener Stromkreis mit einer Stromquelle und einem Verbraucher vor.
Die in einer derartigen Zelle erzeugte Spannung beträgt rund 0,5 Volt. Zur Erhöhung der Spannung werden mehrere Solarzellen in Serie zu einem Solarmodul zusammengeschaltet. Diese rund einen Quadratmeter großen PV-Module werden entsprechend der Anlagengröße zu einem Solargenerator zusammen- geschlossen. Für größere Leistungen werden die Solarmodule seriell zu einem Strang verbunden, welche parallel mit ein oder mehreren anderen gleichartigen Strängen zusammengeschaltet werden. Bei der Serienschaltung addiert sich die Spannung, bei der Parallelschaltung die Stromstärke der Module.
Inselanlage
Besteht keine Möglichkeit eines Netzanschlusses, so müssen Akkumulatoren die zeitliche Versetzung von Stromgewinnung und Stromverbrauch zwischenspeichern, zu deren Schutz und optimalen Betrieb auch ein Laderegler als Strommanager unverzichtbar ist. Derartige PV-Anlagen werden auch als Inselanlagen bezeichnet. Sie sind nur abseits des Stromnetzes wirtschaftlich sinnvoll zu betreiben. Z.B.: Almhütten, Fischerhütten, Notrufeinrichtungen, Straßenlaternen, Verkehrsleitsysteme sowie im Camping- und Bootsbereich oder ähnlichem. Aufgrund des dichten Stromnetzes hierzulande sind sie aber eher die Ausnahme und werden hier nicht weiter behandelt.
Der weitaus überwiegende Teil der PV-Anlagen wird seit Jahren aus wirtschaftlichen Gründen an das öffentliche Stromnetz angeschlossen und bietet als netzgekoppelte Anlage die ideale Möglichkeit Strom ins öffentliche Stromnetz gewinnbringend einzuspeisen.
Aufbau einer netzgekoppelten PV-Anlage
Die wichtigsten Bestandteile einer netzgekoppelten Anlage sind (in Stromflußrichtung):
- Solargenerator mit Anschlußkasten
- Gleichstromfreischaltestelle
- Wechselrichter mit Netzfreischalteeinrichtung und Trafo
- Stromkreisverteiler
- Stromzähler: als Überschußzähler (bidirektionaler Zähler) oder 2 Zähler getrennt für Einspeisung und Netzbezug
Die Anlage sollte unbedingt in das Blitzschutzsystem eingebunden werden.
Solargenerator
Die darin befindlichen Solarmodule gibt es derzeit in 3 verschiedenen Zellentypen:
Amorphe Dünnschichtzellen haben demnach bei direkter Sonneneinstrahlung einen eher geringen Wirkungsgrad. Jedoch bei hohen Umgebungstemperaturen und bei wenig bzw. diffusem Licht weisen sie gegenüber den kristallinen Zellen noch relativ gute Wirkungsgrade auf. Verschattungen sollten so weit als irgendwie möglich vermieden werden. Wo dies unvermeidlich ist, sollten die Module unbedingt parallel oder paarweise parallel verschaltet werden, um die durch die Verschattung verursachte Leistungsreduktion nur auf die verschatteten Zellen zu beschränken. Parallelverschaltung erlaubt auch bei größeren Anlagen das System in Schutzkleinspannung auszuführen, wodurch ein sicheres Arbeiten bei Sonneneinstrahlung gegeben ist.
Wechselrichter
Der Wechselrichter formt die vom Solargenerator gelieferte Gleichspannung in ein oder dreiphasige Wechselspannung um. Der Wechselrichter ist auf die Erzeugungsleistung des Solargenerators abzustimmen und muss auch bei abnehmender Sonneneinstrahlung die von den PV-Modulen maximal zugeführte Leistung ins Stromnetz einspeisen können: Wirkungsgradanpassung an den Punkt maximaler Leistung (MPP-Tracking). Wechselrichter erreichen derzeit Wirkungsgrade von 94 – 96 %: über alle Teillastbereiche gewichteter Mittelwert, sog. Eta-Euro Wert (WG-Spitzenwerte sind nicht aussagekräftig)
Als weitere Ausstattungsmerkmale sollten mindestens vorhanden sein:
- ENS: Netzüberwachung mit zugeordneten Schaltorganen zur automatischen Netzfreischaltung
- Trafo zur galvanischen Trennung
- Erdschluss-/Fehlerstromüberwachung
- Schnittstelle zu Kommunikations- und Monitoringsystemen
- EMV- und Netzfilter
Weiteres ist darauf zu achten, dass in einer Konformitätserklärung der Wechselrichter-Hersteller garantiert, dass sich die Rückwirkungen auf das Netz im geforderten Toleranzbereich bewegen.
Anlagenspezifikation und Jahresertrag
Die weltweit eingestrahlte Sonnenenergie beträgt ca. 1.540.000.000.000.000.000 kWh/Jahr (1.540 Peta kWh/Jahr). Das währe ca. das 15.000-fache des weltweiten Stromverbrauchs. Anders ausgedrückt: in einer Stunde schickt die Sonne genug Energie zur Erde um sie ein Jahr mit Strom versorgen zu können. Das Beste daran, es geschieht völlig emissionsfrei, umweltfreundlich und außerdem gratis.
Kommen wir zum ausrichten. Grundsätzlich ist die Ideale Ausrichtung der Anlage Richtung Süden mit einer Neigung zwischen 20° und 40°. Die Anlangengröße wird in kWpeak (Peak= maximale Leistung) dargestellt.
Für 1 kWp Leistung benötigt man ca. 7m² Modulfläche – 1 kWp erzeugt im Jahr ca. 950-1050 kWh Strom. Der Jahresertrag ist somit abhängig von der Ausrichtung, Qualität der Module und Wechselrichter.
Wirtschaftlichkeit
Die neue Einspeisevergütung für Photovoltaikanlagen (bis 30 kWp auf Dächern) beträgt in 2009 43,01 Cent pro kWh Solarstrom. Sie sichern sich, wenn Sie jetzt einsteigen, diesen Preis für volle 20 Jahre(Preisgarantie)!
Somit ist es nur noch eine simple Rechnung, wann Sie Ihre Anlage komplett vom Staat bezahlt bekommen haben! Zögern Sie nicht zu lange, wenn Sie eine Anlage planen! Die Einspeisevergütung ist degressiv, das heißt sie sinkt jedes Jahr. Geplant waren 5% jedes Jahr. Im Gespräch waren dieses Jahr aber 25% weniger Vergütung für 2009!
Aufgrund der momentanen Krise und Wirtschaftslage sind es zum Glück nur 8%, im Verhältnis zu 2008, weniger geworden.
Dafür entfallen ab 2009 die 5 Cent zusätzlich, wenn die Module an der Wand, anstatt dem Dach angebracht werden(Fassadenbonus).
Es gibt aber auch eine gute Nachricht. Ab dem 01.01.2009 wird für neu installierte Anlagen auch der Strom vergütet, der im Haus selbst genutzt wird. Für den selbstgenutzten Solarstrom gibt es eine Vergütung von 25,01 Cent pro kWh Solarstrom! Diese Regelung gilt nur für PV-Anlagen bis 30 kWp.
Lassen Sie sich die Butter nicht vom Brot nehmen! Sobald die Wirtschaft wieder anzieht, werden die Vergütungen drastisch fallen. Zinsgünstigen Kredite gibt es über die KFW Bank und die hohe Vergütung nur noch 2009!
Mit dieser kurzen Zusammenstellung wollten wir das Thema Photovoltaik nur grob anreißen und den grundlegenden Aufbau darstellen. Für weiterführende, bzw. tiefergreifende Informationen nutzen Sie bitte die PDF Dateien im Downloadbereich.