Photovoltaik
Der Anteil der Energiekosten an den Lebenshaltungskosten steigt kontinuierlich. Parallel zu den immer höher werdenden Kosten erfolgt eine immer größere Belastung der Umwelt. Nicht nur durch Emissionen, sondern zu einem großen Teil durch den Abbau natürlicher Ressourcen in Bergwerken und belastende Förderungstechniken für die endliche Ressource Erdöl und Erdgas. Im Rahmen der Energiewende stellen Photovoltaikanlagen mit integrierten Speichersystemen eine Alternative auf dem Weg zur Unabhängigkeit dar.
Photovoltaikanlagen als innovative Alternative der Energieversorgung
Optimal durchdacht und von Spezialisten geplant bietet eine PV-Anlage mit Speichersystem nicht zu unterschätzende Kosteneinsparungen und eine große Unabhängigkeit von externen Solarparks und Dachanlagen. Die größten Solarparks Deutschlands sind die Solarparks Liebrose in Brandenburg, Waldpolenz bei Leipzig und Reckahn LKR Potsdam in Brandenburg. Mit ungefähr 560.000 Solarmodulen weisen diese Anlagen eine Spitzenleistung von 54 MWp (Megawatt Peak) auf. Die größte Dachanlage mit einer Spitzenleistung von 5,8 MWp und 80.000 Modulen befindet sich auf der Schweinemastanlage Haßleben in der Uckermark.
Aufbau und Funktion einer PV-Anlage
Die Photovoltaikanlage wandelt einen Teil der Sonnenstrahlen durch die Nutzung sogenannter Solarzellen in elektrische Energie um. Dieser Vorgang wird als Photovoltaik bezeichnet. Die Photovoltaik unterscheidet sich von der Solarthermie, bei der die Energiegewinnung über die Zwischenschritte Wärmeenergie und mechanische Energie erfolgt.
Die PV-Anlage besteht aus einzelnen Solarmodulen, sogenannten in Reihe verschalteten Strings. Die Solarmodule setzen sich einzelnen Solarzellen zusammen. Diese Solarzellen sind mit einer Spannung von ungefähr 0,5 Volt in Reihe verschaltet. Die einzelnen Reihenschaltungen addieren sich bis zur maximal zulässigen Systemspannung von aktuell 1000 Volt. Die Leistungsfähigkeit einer kristallinen Solarzelle liegt bei 8 Ampere bei maximaler Sonneneinstrahlung im Arbeitspunkt.
Um ein optimales Ergebnis zu erzielen, erfolgt die Ausrichtung der Module auf einer Unterkonstruktion in Richtung Süden. Der Neigungswinkel ist abhängig, ob ein höchstmöglicher Energieertrag (30 Grad Neigung) oder ein über das Jahr verteilter gleichbleibender Energieertrag (55 Grad Neigung) erwünscht ist. Eine Ertragsoptimierung wird durch die astronomische oder sensorische Nachführung erzielt.
Die Einspeisung bei netzgekoppelten Anlagen in das Stromnetz erfolgt über einen Wechselrichter, der den produzierten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Eine Alternative zu netzgekoppelten PV-Anlagen sind Photovoltaikanlagen in netzferner Ausführung. Bei diesen Anlagen wird die aktuell nicht benötigte Energie in einem integrierten Energiespeicher zwischengespeichert. Die Verwendung eines Inselwechselrichters wandelt den gespeicherten Gleichstrom bei Abnahme in Wechselstrom um.
Bautypen der Module und deren Wirkungsgrad
Die verschiedenen Bautypen der Module weisen ihre Vor- und Nachteile auf. Neben dem Preis-Leistungs-Verhältnis allgemein ist der Wirkungsgrad der einzelnen Module von Interesse.
- Monokristalline Module weisen mit 18 % einen sehr hohen Wirkungsgrad auf und zählen zu den teuersten Modulen.
- Der Wirkungsgrad polykristalliner Module liegt zwischen 11 und 14 %. Sie bieten die gleichen Ertragsaussichten wie monokristalline Ausführungen und ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.
- Dünnschichtmodule oder auch amorphe Module weisen mit 6 bis 8 % den geringsten Wirkungsgrad auf. Die Produktionskosten für diesen Modultyp sind wesentlich geringer als bei den anderen Typen. Der technische Fortschritt reduziert den Unterschied in Bezug auf den Wirkungsgrad zu den anderen Modultypen kontinuierlich.
Standort-Voraussetzungen für die PV-Anlage
Flachdächer ohne Beschattung durch umliegende Gebäude oder Bäume eignen sich immer für die Installation von Photovoltaikanlagen. Mit Nachführungssystemen kann der Ertrag auf Flachdächern zusätzlich optimiert werden. Eine wichtige Voraussetzung für alle Dachtypen ist die Statik des Daches und die Fähigkeit, entsprechende Windlasten unbeschadet zu absorbieren. Bei geneigten Dächern zeigt das Dach in Richtung Süden. Ein Neigungswinkel zwischen 30° und 35° ist in Deutschland neben der Häufigkeit der Sonnentage Voraussetzung für optimalen Ertrag. Durch die unterschiedlichen Einstrahlwinkel der Sonne im Norden oder im Süden Deutschlands weicht der angegebene Neigungswinkel im Norden stark von der benötigten Neigung im Süden ab. Eine Faustregel sagt aus, dass der optimale Neigungswinkel des Daches bei 90° zum aktuellen Sonnenstand liegt. Daraus ergibt sich im Süden ein flacherer Neigungswinkel als im Norden.
Photovoltaikanlagen mit Speichersystem werden gefördert
Seit Mai 2013 werden Solarstromspeicher in Verbindung mit neu zu installierenden PV-Anlagen oder Anlagen, die mit diesem Speicher nachgerüstet werden, gefördert. Bei der Nachrüstung darf die Anlage frühestens nach dem 31.12.2012 in Betrieb gegangen sein. Die Nennleistung darf maximal 30 KWp betragen. Der Strom muss ganz oder teilweise ins Netz eingespeist werden. Dadurch sind Inselanlagen (netzferne Anlagen) von der Förderung ausgenommen.
Die Förderung erfolgt über einen Tilgungszuschuss des über die KfW-Förderung aufgenommenen Kredites. Dieser Zuschuss liegt zwischen 600 Euro und 660 Euro pro Kilowattpeak.