Photovoltaik

Photovoltaik
© Johan Swanepoel – Fotolia.com

Die Welt ist im Wandel – jeden Tag, jede Stunde, jede Sekunde. Dabei steht die Menschheit vor schwierigen Entscheidungen. Der Klimawandel sorgt dafür, dass Wüsten entstehen und der Meeresspiegel immer weiter steigt. Atomkraftwerke explodieren mit der Folge, dass ganze Landstriche für Jahrhunderte unbewohnbar werden. Es muss ein Umdenken in den Köpfen der Menschen stattfinden. Um unsere Energieversorgung in Zukunft zu sichern, ist die Photovoltaik eine der umweltfreundlichsten Lösungen.

 

Funktion Photovoltaik

Trifft Licht auf eine Solarzelle, so entsteht eine elektrische Spannung. Verantwortlich dafür ist ein physikalischer Effekt, vergleichbar mit dem Drehen eines Fahrraddynamos. Die positiv geladenen Teilchen bewegen sich zum Pluspol und die negativen zum Minuspol. Es entsteht eine Spannung. Wird dieser Stromkreis zwischen beiden Polen beispielsweise mit einer Glühlampe geschlossen, entsteht Strom, und die Lampe leuchtet. Doch ähnlich wie beim Fahrraddynamo erzeugt der Rotor nur dann Energie wenn er angetrieben wird. Eine Solarzelle erzeugt dann Strom, wenn Licht auf die Oberfläche der Zelle trifft. Die Zellen werden in einem Modul verschweißt und gegen allerlei Umwelteinflüsse haltbar gemacht. Heute kennen wir unterschiedliche Energiearten wie beispielsweise Wind- oder Wasserkraft, Bioenergie oder Geothermie. Doch auch die Sonnenergie gehört zu den „erneuerbaren“ Energiequellen“; mit Ihre Hilfe kann man auf relativ einfache Art und Weise elektrische Energie erzeugen kann. Die Photovoltaik ist eine sehr umweltfreundlich Energiegewinnung und kann auf eine praktisch „unerschöpfliche“ Energiequelle zurückgreifen: unsere Sonne. Die Sonnenenergie ist also nicht ohne Grund eine der beliebtesten Energieformen, mit der man derzeit arbeiten kann. Die Sonne ist „gratis“ und bietet eine gute Alternative zu umweltschädlichen Energieträgern.

 

 

Wer ist der Erfinder der Photovoltaik?

Die Grundbasis der Photovoltaik wurde durch den Franzosen Alexandre Edmond Becquerel im Jahre 1839 entdeckt. Der damals erst 19 Jahre alte Physiker führte ein Experiment mit einer Batterie sowie galvanischen Elementen durch. Er ließ Licht darauf strahlen und erkannte eine elektrische Spannung, die sich daraus ergab. Allerdings fand er seinerzeit keine Erklärung für den Vorgang.
Diese entdeckte erst der englische Elektroingenieur Willoughby Smith im Jahre 1877. Er wies nach, dass Selen als Halbleiter den photovoltaischen Effekt auslöste. Rund sechs Jahre später wurde von dem Amerikaner Charles Fritts das erste Solarmodul mit Solarzellen aus Selen gebaut.

 

Was ist der Unterschied zwischen einer Solar- und einer Photovoltaikanlage?

Photovoltaikanlage
Photovoltaikanlage

Gern wird der Begriff „Solaranlage“ als Überbegriff und auch für die Photovoltaikanlage benutzt. Aber es besteht ein grundlegender Unterschied zwischen ihnen, wenngleich beide Sonnenenergie in andere Energieformen umwandeln.

Der Unterschied bezieht sich auf das Arbeitsprinzip sowie die jeweilig gewonnene Energieform.

Bei der Photovoltaikanlage entsteht durch Sonnenstrahlung elektrische Energie, die Gleichstrom entstehen lässt. Diese Umwandlungsform von Sonnenenergie nennt sich Photovoltaik. Zudem läuft der Umwandlungsprozess über hochreine Siliziumkristalle.

Die Solaranlage ist als thermische Solaranlage erhältlich. Diese nutzt einen einfacheren Umwandlungsprozess, als Photovoltaik. Bei der thermischen Solaranlage (Solarthermieanlage) wird nur die Wärme der Sonne aufgenommen und im Anschluss als Wärmeenergie weiterleitet. Im Gegensatz zur Photovoltaikanlage entsteht bei der thermischen Solaranlage kein Gleichstrom. Sie wird lediglich zur Bereitstellung von Warmwasser oder Raumheizungen verwendet.

Eine Alternative bieten sogenannte thermische Solarkraftwerke. Bei diesen werden Sonnenlicht und die Sonnenwärme für die Umwandlung in Gleichstrom und Wärmeenergie genutzt. Es sind mit einem thermischen Solarkraftwerk wesentlich höhere Temperaturen zu erreichen, als mit einer thermischen Solaranlage.

 

 

Photovoltaik Planung

Photovoltaik Planung
Photovoltaik Planung

Die Planung von einer Photovoltaikanlage beginnt mit der Einschätzung, wie hoch der eigene Energiebedarf ist. Bei netzgekoppelten Anlagen war dies bisweilen nicht der wichtigste Faktor. Durch die Photovoltaikanlage konnte der produzierte Strom vollständig in das öffentliche Netz eingespeist werden. Dafür wurde die Einspeisevergütung erhalten. Aber durch die gesenkten Vergütungssätze sowie die gleichzeitige Erhöhung der Strompreise, wird der Blick auf solarerzeugten Eigenverbrauch wieder interessant und lässt im Idealfall viel Geld sparen.

Der geschätzte Eigenverbrauch ist zudem auch für den zweiten Schritt der Planung erforderlich: die Größenbestimmung der Photovoltaikanlage. Grundsätzlich gilt hier: je größer beziehungsweise leistungsstärker die Photovoltaikanlage ist, desto mehr Energie kann umgewandelt werden.

Meist wird eine Photovoltaikanlage auf Gebäudedächern montiert. Die zu Verfügung stehende Dachfläche bestimmt, wie viele Solarmodule Platz finden und wie hoch die maximale Leistung sein kann. Sonnenausrichtungen, Kamine, eventuelle andere Montagen wie Satellitenschüsseln, sind dabei zu berücksichtigen.

Im nächsten Planungsschritt ist der entsprechende Fachbetrieb ausfindig zu machen. Dieser sollte nochmals die ersten Schritte der eigenen Planung überprüfen, bevor die Photovoltaikanlage geliefert sowie die Montage vorgenommen und die Anlage betriebsbereit gemacht wird.

Durch die Medien wurde in der Vergangenheit bekannt, dass manche Gemeinden unter bestimmten Bedingungen, für die Montage einer Photovoltaikanlage Baugenehmigungen verlangten. Dies ist in der Regel für die Montage auf privaten Immobilien nicht notwendig. Wer auf Nummer sicher gehen möchte, sollte noch vor der Montage mit den Anlagendetails des Fachbetriebes an der zuständigen Baubehörde nachfragen. So können eventuelle Probleme vermieden werden.

Sollte eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage montiert werden, ist diese im letzten Planungsschritt bei der Bundesnetzagentur sowie beim Netzbetreiber anzumelden. Netzgekoppelt bedeutet, wenn der produzierte Strom aus der Photovotaikanlage als neuer Stromlieferant an den Stromkreis eines Gebäudes angeschlossen wird. Hier wird auch von Einspeisung gesprochen.

 

Die richtigen Photovoltaik Module

Welche von insgesamt drei Photovoltaik-Modularten die richtigen sind, ist individuell zu entscheiden. Dies hängt von den jeweiligen Gegebenheiten beziehungsweise Ansprüchen, aber auch vom Budget ab.

Dünnschichtsolarzellen sind aus amorphem Silizium, welches über ein spezielles Dampfverfahren auf die Glassolarplatten oder Solarfolien aufgetragen wird. Da Dünnschichtsolarzellen einfach in der Herstellung sind, liegen sie im unteren Preissegment.

Wie Tripelzellen bereits durch den Namen vermuten lassen, sind diese aus drei Schichten gefertigt. Über diese können unterschiedliche Wellenlängen umgewandelt werden. Der Vorteil bei diesen Modulen besteht darin, dass sie bei dunkleren Tageslichtverhältnissen besser funktionieren, als andere Solarzellen.

Mehr Leistung als polykristalline Solarzellen, liefern Monokristalline Zellen. Polykristalline Solarzellen sind zwar aufgrund ihres günstigen Preis-Leistungs-Verhältnis am meisten verbreitet, aber Verbraucher müssen hier mit einem geringerem Wirkungsgrad leben.

 

Modulpreise

Kristalline Module sind je nach Wattleistung, derzeit durchschnittlich zwischen 120 Euro und 570 Euro pro Stück erhältlich. Dünnschichtsolarzellen sind zwischen 200 und 520 Euro zu kaufen.
Tripelzellen bewegen sich in einem Preissegment ab durchschnittlich 300 Euro. Hier gibt es weitere Informationen zu Photovoltaik Preisen.

Betriebskosten

BetriebskostenWenn die Photovoltaikanlage fertig montiert wurde, d. h. die Photovoltaik Module sind auf dem Dach. Der PV-Speicher arbeitet mit dem Photovoltaik Wechselrichter und die Anlage ist in Betrieb genommen, kann man mit folgenden PV-Kosten rechnen. Da wären die Photovoltaik Versicherung, etwaige Reparaturkosten, Wartung und Reinigung und Zählermiete. Auch die Kosten für die steuerliche Beratung kann man hinzufügen. Hier gibt es den kompletten Überblick der anfallenden Kosten.

 

Welche Förderungen gibt es?

Zur finanziellen Förderung von Photovoltaikanlagen stechen vor allem die Speicherförderung sowie die Einspeisevergütung hervor.

Die Einspeisevergütung ist in Deutschland gesetzlich geregelt und wird über einen Zeitraum von 20 Jahren gewährt. Die Vergütungshöhe regelt sich über das Gesetz der erneuerbaren Energien. Mit jedem Jahr verringert sich die Vergütungshöhe. Zudem hängt die Höhe von dem jährlichen Verbrauch ab. Bis 10 Kilowatt Peak werden derzeit knapp über 12 Cent pro Kilowattstunde vergütet.

Bei der Speicherförderung erwartet Verbraucher mit einer Photovoltaikanlage und Batteriespeicherung ein zinsgünstiger Kredit. Dieser wird durch die KfW Bank gestellt. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau ist international die größte nationale Förderbank.
Des Weiteren ist ein Tilgungszuschuss für einen KfW Kredit vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie erhältlich.
Dieser Kredit kann auch für eine Nachrüstung genutzt werden. Die Zinsbindung beträgt 20 Jahre und der Zuschuss derzeit 13 Prozent. Ab 2018 senkt sich die Förderung für neue Anträge auf 10 Prozent.

 

Wirtschaftlichkeitsberechnung mit dem Photovoltaik Rechner

Ob sich eine Photovoltaikanlage für ein Gebäude beziehungsweise einen Haushalt finanziell rechnet, lässt sich leicht über einen Photovoltaik Rechner erfahren. Je nach dem, wie umfangreich dieser funktioniert, werden kleinste Details wie unter anderem die Dachneigung, in die Berechnung integriert. Auf diese Weise kann so genau wie möglich, die tatsächliche Wirtschaftlichkeit der geplanten Photovoltaikanlage ermittelt werden.

 

Photovoltaik und Umwelt

In der Herstellung von einem Kilogramm reinem Silizium, werden rund 19 Kilogramm Nebenstoffe erzeugt, die zum Teil die Umwelt belasten.

Die Energie, welche für die Herstellung einer Photovoltaikanlage benötigt wird, ist in circa zwei Jahren durch die Solarzellen wiederzugewinnen. In Anbetracht der Lebensdauer einer Anlage von mindestens 10-20 Jahren und recyclebare beziehungsweise wiederverwendbare Teile von Altanlagen, wird die Umwelt geschont.

Oftmals werden Dünnschichtsolarzellen mit Stickstofftrifluorid und Schwefelhexafluorid gereinigt, welche das Klima schädigen können.

Durch den Betrieb einer Photovoltaikanlage wird derzeit noch CO2 freigesetzt, wenngleich die Werte in den vergangenen Jahren immer niedriger wurden. 2015 ergaben Studienuntersuchungen einen Mittelwert von 29.2 Gramm pro Kilowattstunde.

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