Photovoltaik - Solarstrom
Die Sonne ist eine einzigartige Energiequelle. Sie ist nahezu unerschöpflich, gratis und überdies auch umweltfreundlich.
Photovoltaikanlagen verbrauchen nur einmal Energie: Nämlich bei ihrer Herstellung! Einmal installiert, produziert eine Photovoltaikanlage zum Nulltarif Strom - und das auf Dauer. Denn die Solarzellen werden bei der Stromgewinnung weder abgenutzt noch verbraucht.
Wer in eine Photovoltaikanlage investiert, hofft auf positive Entwicklungen in seinem Geldbeutel. Und die Vorteile der sonnigen Stromerzeugung hat auch der Gesetzgeber erkannt. Deshalb wird der Einsatz von umweltfreundlichen Photovoltaikanlagen gefördert.
Durch das Erneuerbare-Energie-Gesetz (EEG) ist festgelegt, dass die Einspeisevergütung durch die Netzbetreiber 20 Jahre lang gezahlt wird.
Durch den Einsatz von Photovoltaik tragen Sie zudem Maßgeblich zu einer klimaveträglichen Elektrizitätsversorgung bei, sind weitestgehend unabhängig in der Versorgung und nur geringfügig betroffen von steigenden Strompreisen. Photovoltaik ist eine umweltfreundliche Stromalternative, die sich langfristig bezahlt macht.
Möchten Sie mehr wissen?
Mit den folgenden Informationen gehen wir ins Detail.
Aufbau und Montage
Hier können Sie sich über die einzelnen Bestandteile und den Aufbau einer Photovoltaikanlage informieren.
Eine Photovoltaikanlage setzt sich aus mehreren Bestandteilen zusammen - ein Montagegestell, das die Solarmodule trägt, welche das Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt, einen Wechselrichter, der die gewonnene Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt, Anschlussmaterial wie Kabel und Verbindungsstecker und letztendlich den Einspeisezähler, um den erwirtschafteten Strom zu zählen.
Aufbau eines Solarmoduls
Solarmodule können je nach Hersteller und Fabrikat Unterschiede aufweisen, lehnen sich aber grundlegend an einem typischen Aufbau an.
S1) Aluminiumrahmen dient zum Schutz der Komponenten und als Grundlage für die Montage
S2) Robuste Glasscheibe zum Schutz vor Witterung
S3) Kunststoffschicht, in der die Solarzellen eingefasst werden
S4) Mehrere unter sich verbundene mono- oder polykristalline Solarzellen
S5) Kunststoffverbundfolie für die Rückseite
S6) Gummieinfassung zwischen Rahmen und Modul
S7) Anschlussdose und -terminal
Die Leistung eines Solarmoduls kann stark durch eine mangelhafte Montage und Planung gesenkt werden, sodass die Amortisation der Anlage sich immens verlängert. Weitere wichtige Faktoren bei der Leistungsaufnahme sind die Wetterverhältnisse wie Temperatur und Sonneneinstrahlung, die Ausrichtung des Moduls und dessen Qualität.
Montage
Solarmodule lassen sich auf verschiedene Arten montieren. Dabei werden die einzelnen Module im Montagesystem eingesetzt, ausgerichtet und fixiert. Unterschieden wird zwischen Warm- und Kaltfassade: Bei der Kaltfassade werden die Module nachträglich montiert, bei der Warmfassade bereits in der Bauphase integriert. Die gängigsten Montagearten sind die Aufdach- und Indachmontage.
Für die Aufdachmontage sind fast alle Dachtypen geeignet. Besonders bei der Nachrüstung einer Photovoltaikanlage erfreut sich diese Montageart allgemeiner Beliebtheit, da sie schnell vonstatten geht und im Regelfall bei der Nachrüstung günstiger ausfällt. Bei der Aufdachmontage bleibt das Dach unverändert, sodass beim Schrägdach die Ziegel unter dem Modul erhalten bleiben.
Bei der Indachmontage werden die Module bündig in das Dach eingesetzt und Dachziegel ersetzt. Diese Montageart besticht durch ihre Optik und setzt moderne Akzente. Einsetzbar bei allen gängigen Dacharten mit Ausnahme des Flachdachs, bei dem ein Gestell benötigt wird, welches die Auswahl des optimalen Neigungswinkels ermöglicht.
Warum Photovoltaik?
Bei einer Laufzeit von 25 Jahren ist eine PV-Anlage ein lohnendes Renditeobjekt, wenn die jährlichen Werte zwischen 850 kWh/m² (im Norden) und 1.200 kWh/m² (im Süden) als Maßstab genommen werden.
Abhängig sind die erzielbaren Werte von dem verwendeten Zellentyp sowie der Ausrichtung, Dachneigung, Sonneneinstrahlung und Umgebungstemperatur. Da das Wetter nicht jedes Jahr die gleichen Bedingungen (sprich: Einstrahlungszeiten und -werte) liefert, beziehen sich die obigen Angaben auf die in dem Zeitraum von zehn Jahren gemittelten Werte des jeweiligen Standorts.
Eine Photovoltaikanlage arbeitet am effizientesten bei direktem Sonnenlicht, ist aber auch bei bewölktem Himmel effektiv. Egal, ob die Sonne direkt zu sehen oder hinter einer Wolkendecke verschwunden ist, gilt der Grundsatz: Je heller das Umgebungslicht, desto höher die Leistung der Anlage.
Generell sollte bei der Montage einer PV-Anlage darauf geachtet werden, dass die Verschattung, also das Verdecken einzelner Module durch Kamine, Bäume oder Satellitenanlagen, weitestgehend ausgeschlossen ist. Geschieht dies nicht, sind Ertragseinbußen von 5 bis 10 Prozent pro Jahr zu befürchten.
Wie sieht es bei kühleren Temperaturen aus?
Solarzellen liefern eine optimale Leistung bei direkter Sonneneinstrahlung und ca. 25 Grad Celsius Umgebungstemperatur. In vielen südlichen Ländern ist die Sonneneinstrahlung zwar höher, allerdings mindert die höhere Umgebungstemperatur dort die Leistungsfähigkeit der Solarmodule.
Unterm Strich bedeutet das, dass die geringe Sonneneinstrahlung in unserem Land durch die kühleren Temperaturen, welche die Effizienz der Module steigert, kompensiert wird.
Förderung, Vergütung und Co.
Hinzu kommt die für eine Dauer von 20 Jahren staatlich geförderte Einspeisevergütung sowie eine zusätzliche Ersparnis durch einen geringeren Fremdstrombedarf.
Rechtliches
Eine Photovoltaikanlage ist als Bauvorhaben im Normalfall genehmigungsfrei - es gibt jedoch Ausnahmen.
Eine Ausnahme bilden unter Umständen andere Regelungen des Planungsrechtes oder Vorgaben des jeweiligen Bundeslandes. Beispielsweise sind hier der Ensembleschutz oder die Nähe zu Baudenkmälern nennenswert.
Ferner müssen Photovoltaikanlagen den Anforderungen als elektrische Anlage (Netzanschluss und Umgang mit Starkstrom) und als Bauteil (z.B. im Hinblick auf Statik und Brandschutz) genügen. Selbstverständlich darf die Inbetriebnahme der PV-Anlage nur durch einen zugelassenen Elektroinstallateur erfolgen, da bei diesem Schritt der Wechselrichter mit dem Stromnetz verbunden wird.
Was ist beim Denkmalschutz zu beachten?
Bei denkmalgeschützten Häusern bedarf es der Zustimmung der zuständigen Denkmalbehörde. Sie sollten sich deshalb so früh wie möglich mit Ihrer zuständigen Denkmalbehörde in Verbindung setzen und individuelle Lösungen im Gespräch erörtern.
Solarstrom speichern
PV-Stromspeicher speichern den Strom aus PV-Anlagen in Form von chemischer Energie und setzen ihn bei Bedarf wieder als Strom frei.
Wer ein Eigenheim besitzt und eine Photovoltaikanlage betreibt, kennt folgende Problematik: Überwiegend wird Strom tagsüber erzeugt - wenn der Verbrauch am geringsten und die Familie unterwegs ist.
So wird nur ein geringer Teil Solarstrom für den Eigenverbrauch genutzt. Ein großer Teil des tagsüber erzeugten Stroms musste bisher ins öffentliche Netz eingespeist werden, was durch sinkende Einspeisevergütungen langfristig kaum noch rentabel ist.
Stromspeicher ermöglichen, den Strom aus PV-Anlagen in Form von chemischer Energie zu speichern und bei Bedarf wieder freizusetzen. Durch die Kombination mit einem Stromspeicher kann eine Photovoltaikanlage zu einer leistungsstarken Einheit werden, die in Privathäusern bis zu 85 % der Energieversorgung sicherstellen kann.
Die Speicherart
Die Speicherung von Solarstrom kann mit Blei-Säure-, Lithium- sowie Lithium-Eisen-Akkumulatoren vorgenommen werden. Lithium-Ionen-Systeme sind teurer, haben jedoch eine höhere Lebenserwartung, sind wärmeunempfindlicher, weniger wartungsintensiv und lassen sich öfter be- und entladen als Blei-Säure-Systeme. Lithium-Eisen-Akkus sind eine Ausführung der Lithium-Ionen-Akkus, bei denen Lithium-Eisenphosphat die häufig eingesetzte Lithium-Cobalt-Kathode ersetzt. Für deren Einsatz sprechen vor allem die verbesserte Umweltfreundlichkeit und die höhere Sicherheit sowie die bessere Leistungsdichte. Moderne Speicher verfügen zudem über eine Sensortechnik, die errechnet, wann Strom ins öffentliche Netz eingespeist bzw. aus dem Netz bezogen werden muss.
Die notwendige Speichergröße
Feldversuche und Simulationen haben folgenden Richtwert aufgezeigt: Eine Leistung von ca. 4 kWp der PV-Anlage und 4 kWh nutzbare Akku-Kapazität entspricht den Bedürfnissen eines deutschen 4-Personen-Durchschnitts-Haushalts. Gemäß diesem Richtwert sollte eine PV-Anlage täglich die Menge an Strom produzieren, die für den Eigenverbrauch tagsüber und dem Laden der Batterie benötigt wird (Die dunklere Jahreszeit weicht hiervon ab.). Ob ein autarker Betrieb möglich ist - sich ein Haushalt durch die Speicherung von Solarstrom also selbstständig versorgen kann - hängt von der Planung und Auslegung der Photovoltaikanlage in Verbindung mit dem Speicher ab, die in jedem Fall ein kompetenter Fachmann vornehmen sollte.
Fazit
Für die Zukunft ist also gerade bei neuen Solaranlagen und sinkender garantierter EEG-Einspeisevergütung ein Strom-Speichersystem sehr wichtig. Die Sonnenkraft des Tages auch abends nutzen zu können und sich unabhängiger von teurem Netzstrom zu machen ist hier das Ziel.
Unabhängig davon, ob es um eine bestehende Photovoltaik-Anlage, eine Nachrüstungslösung oder eine neue Solaranlage mit integriertem Speicher und Laderegler geht – die folgende Gleichung ist von großer Bedeutung:
Nutzleistung = Größe der Speicherleistung.
Tipps
Zu diesem Thema haben wir noch Hinweise für Sie.
- Die Anschaffung und Nutzung einer umweltfreundlichen Anlage für Solarstrom kann mit staatlichen Mitteln gefördert werden.
- Beachten Sie immer die durchschnittlichen Sonnenstunden in Ihrer Region, um eine Rentabilitätsrechnung durchzuführen.
- Grundsätzlich ist der Wartungsaufwand bei PV-Modulen sehr gering. Trotzdem sollte in einem regelmäßigen langfristigen Rhythmus Module, Verkabelungen und Leitungen überprüft werden. Zudem sollte nach Hagel oder Sturm stets eine Sichtkontrolle erfolgen.
Videos
Mit diesen Beiträgen können Sie sich zusätzlich informieren.
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