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
Photovoltaik-ST Anlagen
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.
Photovoltaik Module
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):
Photovoltaik Konzept
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.
Solarzellenmaterial: Zellwirkungsgrad etaZ Modulwirkungsgrad etaM
Hochleistungszellen 19,5 % 17,0 %
Monokristallines Silizium 18,0 % 14,2 %
Polykristallines Silizium 16,0 % 14,0 %
amorphes Silizium 7,5 % 7,0 %
CIS, CIGS 14,0 % 10,0 %
Cadmium-Tellurid 10,0 % 9,0 %
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:
Photovoltaik Haus
Aufbau und Funktionsweise einer netzgekoppelten Solarstromanlage:
Solargenerator (1)
Generatoranschlusskasten (2)
Wechselrichter (3)
Zähler (4)
Netzanschluss (5)
usw..
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 m⊃2;, 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.
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