Was ist Photovoltaik?

Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Für die technische Nutzung werden Solarmodule mittels einer Unterkonstruktion auf dem Hausdach oder auf der grünen Wiese installiert und miteinander elektrisch verbunden. Um den erzeugten Gleichstrom dann im Haushalt nutzen zu können wird der Strom mit einem Wechselrichter in „handelsüblichen” Wechselstrom, wie er aus der Steckdose kommt, umgewandelt. Seit Inkrafttreten des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes (EEG) am 1. April 2000 wird praktisch der gesamte Solarstrom in das öffentliche Stromnetz eingespeist, da die Vergütung weit über den Kosten für den Strombezug liegt.

Funktion einer PV-Anlage: der Generator erzeugt Gleichstrom, dieser fließt zum Wechselrichter, der den Gleichstrom in Wechselstrom wandelt - von dort aus kann der Strom verbraucht werden oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

 

 

 

Wie entsteht Strom aus Sonnenlicht?

 

Fällt Licht auf die Solarzelle, werden im Silizium Elektronen und Löcher (sog. Defektelektronen) erzeugt und durch das elektrische Feld getrennt. Die Elektronen werden dem Minuspol und die Defektelektronen dem Pluspol zugeführt. Verbindet man die Kontakte über einen elektrischen Verbraucher wie z.B. einem Kühlschrank, so wandern die Elektronen über den äußeren Stromkreis zum Pluspol zurück - es fließt elektrischer Gleichstrom. Mit Hilfe eines Solargenerators (z.B. Silizium-Solarzelle) kann man Strom erzeugen. Silizium besitzt in seiner äußeren Elektronenhülle vier Elektronen um seinen Atomkern, die sogenannten Valenzelektronen. Die Photonen, also das Sonnenlicht, dringen in die Solarzellen ein und reichern die Valenzelektronen mit Energie an. Das Elektron löst sich schließlich vom Silizium-Atom und hinterlässt ein positiv geladenes Atom. Damit die freien Elektronen in eine Richtung fließen und somit ein Strom entstehen kann, muss die Vorder- und die Rückseite der Zelle unterschiedlich gepolt werden. Die Silizium-Atome an der Vorderseite werden mit einer geringfügigen Menge an Phosphor-Atomen, welche ein zusätzliches Valenzelektron besitzen, versetzt.

 

 

Aus dem Rohsilizum wird ein Silizumblock gegossen, dann zu einem Wafer verarbeitet und schließlich die fertigen Solarzellen in einem Solarmodul verarbeitet

Was bedeutet kWp?

 

kWp, sprich Kilowattpeak (englisch: Peak = Spitze), ist die Einheit für die Spitzenleistung eines PV-Generators unter Standardtestbedingungen.

 

Was bringt die Photovoltaik für die Umwelt?

 

Die Energieversorgung wird dezentral erzeugt, d.h. die Energie wird dort erzeugt wo sie benötigt wird. Hohe Überlandverluste fallen weg. Weiterhin spart eine 1 Quadratmeter große Photovoltaikanlage etwa 100 kg CO2 -Emissionen im Jahr ein.

Der Wechselrichter ist das "Herz"

 

An der Zellen-Rückseite hingegen werden zusätzlich zu den Silizium-Atomen Bor-Atome, mit nur drei Valenzelektronen, aufgetragen. Das so entstehende Ungleichgewicht zwischen Plus- und Minuspol lässt die Elektronen fließen - es entsteht Strom. Eine Vielzahl dieser Solarzellen (z.B. 72) zusammengeschlossen und hinter Glas versiegelt ergeben nun ein Solar-Module. Der in den Solar-Modulen erzeugte Gleichstrom kann im Haushalt  so nicht genutzt werden. Um im eigenen Stromkreislauf eingesetzt zu werden und in das öffentliche Netz eingespeist zu werden, muss der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt werden. Diese wichtige Kernaufgabe hat der Wechselrichter, der somit das wichtigste Bindeglied zwischen den Solar-Modulen und dem öffentlichen Stromnetz darstellt. Neben der Überlegung, welches Wechselrichterkonzept für die Photovoltaikanlage am günstigsten ist, sollte man sich Gedanken über den Installationsort des Gerätes machen. Im Außenbereich sollte das Gehäuse mindestens der Schutzart IP 54 entsprechen, was bedeutet, dass es gegen Staub und Spritzwasser geschützt ist. Zudem sollte die angegebene Umgebungstemperatur eingehalten werden.  Keinesfalls sollte der Wechselrichter unter das Dach installiert werden. Ignoriert man die vorgeschriebenen Betriebsbedingungen, kann es leicht zu Ausfällen kommen.

 

Ist mein Dach geeignet?

 

Diese Frage sollte man sich als erstes stellen. Grundsätzlich eignen sich nahezu alle Dächer - unterschiedlich sind aber die Einspeiseerträge. Am besten geeignet ist ein Schrägdach, möglichst nach Süden ausgerichtet. Die optimale Energieausbeute hat man bei einer Dachneigung von rund 30°. Natürlich sind auch Dächer mit geringem Neigungswinkel sowie Flachdächer geeignet. Bei letzterem empfehlen sich eine Aufständerung der Module und die Ausrichtung nach Süden.

 

Dachfläche

Die kleinsten PV-Anlagen haben eine Leistung von 1 Kilowattpeak (kWp) und braucht etwa eine  acht Quadratmeter verschattungsfreie, zwischen Südost und Südwest ausgerichtete Dachfläche. Die Dachneigung ist beliebig zwischen 10° und 40°. Am günstigsten sind 30° aus der Horizontalen. Man kann die Anlage aber auch fast platt auf einem Flachdach oder senkrecht an einer senkrechten Fassade oder als Sonnenschutz - ähnlich wie eine Markise - schräg über einem Fenster montieren.

 

 

Aufdach-Montage
Fachdach-Montage
Freiland-Montage

 

Wie groß sollte eine Photovoltaikanlage sein?

 

Nach oben sind der Größe einer Photovoltaikanlage keine Grenzen gesetzt. Eine Modulfläche von acht Quadratmetern entspricht einer Anlagenleistung von 1 kWp (Kilowattpeak = Spitzenleistung), die je nach Südausrichtung und Modulneigung zwischen 800 kWh und über 1.200 kWh pro Jahr erzeugt. Wer seine Photovoltaikanlage auf dem eigenen Hausdach und zur langfristigen Erzeugung des eigenen Strombedarfs installieren möchte, kann dies leicht berechnen. Der durchschnittliche Jahresstromverbrauch eines vierköpfigen Haushalts liegt bei rund 4.000 kWh. Dieser Strombedarf kann mit einer 5 kWp (ca. 40 qm) großen Anlage gedeckt werden. Zu beachten ist hierbei aber, dass der Strombedarf über das Jahr gesehen konstant, die Produktion jedoch in den Wintermonaten im Gegensatz zu den Sommermonaten sehr gering ist.

 

Baugenehmigung

 

Im BAYERN sind Solarstromanlagen an Gebäuden genehmigungsfrei. Der Erbauer der Anlage trägt somit die volle Verantwortung für die Einhaltung der baulichen Bestimmungen. Da in manchen Ortschaften der Bau von Solaranlagen durch eine Orts-Satzung eingeschränkt ist, empfiehlt sich vor Beginn der Planungen eine Anfrage beim örtlichen Bauamt.

Stromertrag

 

Eine 1 kWp-Anlage, die nach Süden ausgerichtet ist und etwa 30° Neigung hat, erzeugt in Mitteleuropa im Jahr etwa 850 Kilowattstunden (kWh). Das ist so viel, wie eine sparsame Person selber im Jahr verbraucht. In unserer Region erzeugen wir im Schnitt rund 950 bis 1000 Kilowattstunden. Spitzenanlagen erzeugten in den letzten Jahren rund 1200 kWh je kWp. Der erzeugte Solarstrom wird nicht verbraucht, sondern an das EVU (z.B. E.ON, Stadtwerke usw.) verkauft. Der ist nach dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) verpflichtet, den Strom abzunehmen und eine Einspeisevergütung zu bezahlen, die deutlich höher ist als der Strompreis für Haushaltsstrom.

Der Energieertrag über das Jahr verteilt

 

Der Energieertrag ist während des Jahres sehr unterschiedlich. Das liegt zum einen an den Sonnenstunden, die im Sommer wesentlich höher sind als im Winter, an den Sonnenstunden insgesamt und an der Neigung der Sonne zum Modul. Hauptertragszeit ist somit der Sommer, hier sollte das Modulfeld möglichst schattenfrei sein.

 

 

Wie ist die Lebensdauer einer PV-Anlage?

 

Bei kristallinen Modulen geht man von einer Lebensdauer (Quelle: Bayerisches Umweltministerium) von rund 30 - 40 Jahren aus. In der Regel geben die Modulhersteller eine Leistungsgarantie von  25 Jahren auf maximal 20% Leistungsverlust der Module. Das Dachgestell ist meist aus Aluminium oder Edelstahl und hat eine sehr hohe Lebensdauer genauso wie die eingesetzten Spezialkabel aus UV-beständigen Materialien. Die Wechselrichter haben eine Lebensdauer von 5 bis über 10 Jahren. Dennoch sollte man davon ausgehen, dass während der gesamten Anlagenlebensdauer der Wechselrichter defekt wird. Seriöse Wechselrichterhersteller bieten eine fünfjährige Garantiezeit. Sollte nach dieser Garantiezeit das Gerät defekt sein, erhält man zu Vorzugskonditionen ein Austauschgerät.

 

Worauf muss ich bei der Planung einer PV-Anlage achten?

 

Sonnenstrom gibt es (nahezu) kostenlos. Voraussetzung ist die nötige Technik einer Photovoltaikanlagen in Form von Solarmodule und Wechselrichter. Rund 1,5 Millionen Solaranlagenbetreiber nutzen in Deutschland bereits Solarkraftwerke. Tendenz: steigend! Grund isst, dass immer mehr Privatanlagen für den Eigenverbrauch installiert werden. Was muss man bei der Planung einer PV-Anlage alles beachten: Je nach Ost-, West- oder Süd-Ausrichtung erzeugen PV-Anlagen ihre Erträge. Wichtig ist vor allem, dass die Module in jedem Fall möglichst frei von Schatten installiert werden (Bäume, Dachgauben, Kamin, etc.) Auf nach Süden ausgerichtete Dächer liefern schließlich die größten Erträge, vor allem in der Mittagszeit. Entscheidend ist daneben die Neigung der Module: optimal sind 30 Grad.  Weil die Einspeisevergütung aber immer geringer wird, macht es finanziell nicht mehr viel Sinn, möglichst viel Solarstrom zu erzeugen und diesen ins öffentliche Netz einzuspeisen. Sinnvoller  ist den Eigenverbrauch so gut wie möglich zu nutzen – natürlich abhängig von der Größe der PV-Anlage und des Stromverbrauchs im Haushalt.  Auch ohne Speichertechnologie (Batteriespeicher) können Eigenverbrauchsquoten von 30 Prozent und mehr erreicht werden.  Welche Dachfläche wird für eine PV-Anlage benötigt? Je Kilowattpeak werden für eine Anlage mit mono- und polykristallinen Siliziummodulen zwischen sechs und sieben Quadratmeter Dachfläche benötigt. Auf einer Fläche von rund 35 Quadratmeter können für einen Vier-Personen-Haushalt rund 5 Kilowattpeak installiert werden. Im Durchschnitt können so zwischen 4500 und 5000 Kilowattstunden „sauberer Sonnenstrom“ im Jahr erzeugt werden – das ist auch der jährliche Haushaltsbedarf. Aufgrund der bestens ausgereiften PV-Technologien können Solarkraftwerke zwischen 20 und 30 Jahre lang Strom produzieren. Wichtig ist deshalb, dass der Solarteur genau den Zustand des Dachs prüft. Neben den PV-Modulen auf dem Dach wird ein Wechselrichter benötigt, der den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Mittlerweile haben WR einen hohen Wirkungsgrad von 98 Prozent sowie einen Garantieservice von mindestens fünf Jahren. Ganz wichtig ist, die Anlage ordnungsgemäß zu installieren, d.h. dass alle Kabel vor Witterungseinflüssen (Schnee, Hagel) geschützt sind und vor Mardern sicher sind.

Gute Gründe für Photovoltaik

Die Photovoltaik hat eine harte Zeit öffentlicher Beschimpfung hinter sich. Gute Argumente für Solarstrom hatten es schwer. Die Zeitschrift pv magazine hat jetzt die wichtigsten jetzt in einem Poster zusammengefasst. Gerade hat die Bundeskanzlerin beim Neujahrsempfang des Bundesverbandes Erneuerbare Energien der Photovoltaik eine „Atempause“ diagnostiziert. „Atemstillstand“ korrigierten Teilnehmer angesichts der katastrophalen Entwicklung der Branche Merkels zynische Wortwahl. Betreibern, Verkäufern und Herstellern von Photovoltaikanlagen blies in der Öffentlichkeit zuletzt ein eiskalter Wind ins Gesicht. Warum Solarstrom eine gute Sache ist und der Ausbau eigentlich beschleunigt, statt gebremst werden müsste, geriet dabei völlig aus dem Blickfeld. Die Negativschlagzeilen haben die Installations- und Verkaufszahlen buchstäblich implodieren lassen . Was womöglich auch der Sinn der Medienkampagne gewesen ist. Denn an einen Haushalt auf dessen Einfamilienhaus eine Photovoltaikanlage steht, verkaufen die Betreiber von Kern- und Kohlekraftwerken, RWE, Eon, Vattenfall und andere, ein Drittel weniger Strom, so das pv magazine. Doch die Stimmung ist schlechter als die Lage, denn Photovoltaikanlagen rechnen sich noch immer in viele Fällen – besonders wenn der Solarstrom direkt verbraucht wird und teuren Strombezug ersetzt. Für viele Anlagenbetreiber ist aber Wirtschaftlichkeit und Rendite nicht das wichtigste Motiv, selber Strom zu produzieren. Es gibt viel mehr gute Gründe.      Weitere Informationen hier!

In 8 Schritten zum Sonnenstrom!

Was muss ein Hausbesitzer tun, wenn er eine PV-Anlage plant?

Welche Aufgaben kommen auf den neuen PV-Betreiber zu?

 

Alle diese Fragen hat das BAYERNWERK in dem folgenden schönen Flyer "In 8 Schritten zu ihrem Sonnenstrom" zusammengestellt, den wir Ihnen im der folgenden PDF gern zur Verfügung stellen. Schauen Sie doch mal rein! Geben Sie diesen Flyer an interessierte Freunde und Nachbarn weiter und helfen Sie mit, die persönliche Energiewende zu starten! Sie werden sehen, es macht viel Freude, unterstützt ihren Geldbeutel und schont die Umwelt und Gottes Schöpfung!

 

 

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Aktuelles

Rund um Photovoltaik

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