Photovoltaik Solarzelle Photovoltaikanlage Solarmodul

In der Technik der Photovoltaik werden die einzelnen Solarmodule so montiert, dass sie gleichmäßig von der Sonne beschienen werden. Werden einzelne Module aus Solarzellen abgeschattet, so verhalten sich diese wie ein Widerstand im Stromkreis und mindern die Leistung der Photovoltaikanlage.

Man kann das auch mit einem abgeknickten Wasserschlauch vergleichen. Da dieses nicht immer verhindert werden kann, sind den Modulen Bypass-Dioden parallel geschaltet. Diese Dioden übernehmen den Stromfluss bei Abschattung einzelner Module. Bei starker Sonneneinstrahlung erwärmt sich die Solarzelle und dadurch nimmt ihre Leistung wieder etwas ab. Deshalb sollte eine Photovoltaikanlage gut belüftet werden. Da bei der Stromerzeugung kein mechanischer Verschleiß besteht, ist die Lebensdauer der Solarzelle theoretisch unbegrenzt. In der Praxis verändern sich die PN-Übergänge durch Umwelteinflüsse, und die Solarzelle verliert langsam ihre Leistung. Eine gutes Solarmodul sollte jedoch schon zwanzig Jahre seine Leistung bringen.

Leerlaufspannung UL und Kurzschlußstrom Ik der Solarzelle in Abhängigkeit vom Lichteinfall

Eine Solarzelle aus der Serienfertigung liefert für jeweils 1 cm2 lichtempfindliche Fläche bei direkter Sonneneinstrahlung ca. 10mW/cm2. Durch die politische Förderung der Photovoltaik werden diese ständig verbessert, und auch das früher ungünstige Verhältnis, der zur ihrer Herstellung benötigten Energie zu der während ihrer Lebensdauer abgegebenen Energie, ist etwas weniger problematisch. Heute liefert eine Photovoltaikanlage zehnmal mehr Strom, als zu ihrer Herstellung notwendig sind.

Durch die s.g. Konzentratortechnologie hat sich in der letzten Zeit die Umwandlungseffizienz von Solarzellen stark verbessert. Angepeilt werden Wirkungsgrade von 35% (Laborwerte) und mehr. Erreicht werden diese Rekordwerte mit sogenannten Konzentratorzellen, die das Sonnenlicht gebündelt aufnehmen und damit weit höhere Energie-Umwandlungswerte erzielen als herkömmliche Silizium-Zellen. In sonnenreichen Gegenden wird die Solare Stromerzeugung immer interessanter. In der Serienproduktion von Solarzellen liegt erreicht man heutzutage einen Wirkungsgrad von ca. 20-25%.

Wechselrichter und Netzüberwachung

Da ein Solargeneratoren Gleichstrom produziert, muss mit einem Wechselrichter dieser Gleichstrom in einem netzkonformen Wechselstrom umgewandelt werden. Diese Umwandlung ist mit der heutigen modernen Elektronik nicht mehr so schwierig, es hat sich jedoch herausgestellt, dass mancher Wechselrichter auf Grund seiner Bauart den Funkempfang von z.B. Radio- und Fernsehgeräten im Umkreis der Photovoltaikanlage stark beeinflussen kann. Einige Wechselrichter erzeugen sogar hörbare mechanische Geräusche, die auf die Dauer nervig sind. Hier sollte man auf die elektromagnetische Verträglichkeit des Gerätes achten, und darüber hinaus darf ein Wechselrichter die festgelegten Oberwellenstromanteile nicht überschreiten.

Grundlage für die Grenzwerte hierfür ist die Norm EN 61000 (Vorgängernorm EN60555). Leider werden immer noch Geräte auf dem Markt angeboten, die diese Norm nicht erfüllen, weil die negativen Nebenwirkungen nicht sofort für den Betreiber zu erkennen sind. Außer der Umwandlungsfunktion regelt der Wechselrichter den optimalen Betriebszustand des Solargenerators aus. Der Betriebszustand ändert sich je nach Witterung und Sonneneinstrahlung.

ENS= Einrichtung zur Netzüberwachung mit zugeordneten Schaltorganen.

Diese weitere wichtige Funktion des Wechselrichters ist die automatische Trennung der Photovoltaikanlage vom öffentlichen Stromversorgungsnetz bei Stromausfall oder Abschaltung wegen Wartungsarbeiten. Dadurch werden ungewollte Inselnetze verhindert, bzw. abgetrennt Bei einer Nichtabschaltung wäre bei Wartungsarbeiten das Personal sowie technische Betriebsmittel gefährdet. Die strenge Einhaltung der Abschaltbedingungen werden durch die entsprechende VDEW-Richtlinie und der ENS Vorschrift überprüft.

Heutzutage werden in Deutschland auf Grund der Einspeisevergütung durch das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) der Solarstrom fast ausschließlich in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Zur Zeit bekommt man pro Kilowattstunde mehr Geld, als man selber beim öffentlichen Versorgungsnetzbetreiber (VNB) bezahlen muss. Grund ist die weitere Verbreitung der umweltfreundlichen solaren Stromproduktion. Man spricht von netzgekoppelten Anlagen. In der Regel ist der Zähler der den eingespeisten solaren Strom erfasst, Eigentum des VNB und dieser berechnet eine Zählermiete. Den Anschluss einer Photovoltaikanlage darf nur ein vom VNB konzessionierter Elektroinstallateur vornehmen.

Blitzschutz, Überspannung, Wartung und Betrieb

Nach aktuellen Erkenntnissen fördert eine Photovoltaikanlage auf dem Dach nicht das Risiko eines Blitzeinschlages. Ragt die Photovoltaikanlage jedoch deutlich über die Dachfläche hinaus, sollte man sich durch einen Fachmann für Blitzschutz beraten lassen. Evt. sollte man seine Versicherung noch zusätzlich befragen. Für öffentliche Gebäude wie Krankenhäuser, Schulen usw. verlangen die Bauordnungen der Bundesländer eine wirksame Blitzschutzanlage.

Der innere Blitzschutz schützt die elektronischen Bauteile, wie den Wechselrichter und andere Module, und darf auf keinen Fall vernachlässigt werden. Hier sollten an geeigneter Stelle Überspannungsableiter so nah wie möglich an den Modulen montiert werden. Die elektrische Verbindung von den Solarmodulen und dem Wechselrichter ist möglichst kurz zu halten. Hier sind spezielle geschirmte Leitungen besonders hilfreich. Auch die Wechselspannungsseite vom Wechselrichter muss mit überspannungsschutzgeräten ausgerüstet werden. Durch Blitzentladungen bei Gewitter entstehen in den Verbindungsleitungen zwischen den Modulen gefährliche induktive und kapazitive Spannungen. Auch Schalthandlungen seitens des Versorgungsnetzbetreibers können schädliche überspannungen verursachen, und zur Beschädigung einzelner elektronischer Module führen. Ebenfalls sind die Vorschriften zum Potenzialausgleich zu erfüllen.

Wenn die Photovoltaikanlage vorschriftsmäßig gebaut wurde, ist eine besondere Wartung nicht notwendig. Der Betreiber sollte jedoch den ordnungsgemäßen Betrieb überwachen, und einmal monatlich die Zählerstände zu notieren. Dabei werden auch evt. Ausfälle der solaren Stromproduktion früh erkannt, was bares Geld bedeutet. Zu empfehlen ist auch eine entsprechende Versicherung, besonders dann, wenn die Anlage fremdfinanziert wurde.

Für die Deckung von Haftpflichtschäden sollte man die eigene private Haftpflichtversicherung mit einbeziehen. Darüber hinaus gibt es noch spezielle Vollkaskoversicherungen gegen Schäden aller Art und Schadensersatz bei Anlagenstillstand. Die Laufzeit einer Photovoltaikanlage kann mit 20 Jahren angenommen werden. Photovoltaikanlagen gehören zu den umweltfreundlichen erneuerbaren Energien und werden von der Kreditanstalt für Wiederaufbau ( www.kfw.de ) zinsgünstig finanziert. Zur Zeit sinken die Vergütungssätze für die Stromeinspeisung für Neuanlagen um 5% jährlich. Stand Januar 2005. Man sollte sich den Bau einer Photovoltaikanlage nicht zu lange überlegen.

Warum eine Photovoltaikanlage

Anlagen die mit direkter Sonnenenergie betrieben werden, benötigen keinen Brennstoff mehr.

Die Anlagen die diese erneuerbaren Energien produzieren stehen am Ort des Verbrauchers, das bedeutet dass der Verbraucher nach Möglichkeit einen großen Teil seiner benötigten Energie selbst erzeugt. Durch eine Photovoltaikanlage ist dieses möglich geworden. Durch einen geringen Aufschlag auf den Strompreis werden diese Anlagen mit finanziert. Das erneuerbare Energien Gesetz (EEG) verpflichtet den Netzbetreiber, elektrischen Strom aus erneuerbaren Energien zu einem gesetzlich festgelegten Preis abzunehmen. Seit 2009 ist es möglich den solar erzeugten Strom selbst im Haushalt zu verbrauchen und zusätzlich einen Bonus zu erhalten.

Seit 2009 machen immer mehr Hausbesitzer von dieser Möglichkeit Gebrauch und die Zahlen der Photovoltaikanlagen steigt von Jahr zu Jahr.

Solange der Staat diese Anlagen fördert, es feste Einspeisevergütungen für solar erzeugten Strom gibt und die Banken sogar spezielle Kredite für Photovoltaikanlagen bereithalten, sollte jeder der die Möglichkeit hat solch eine Anlage erwerben und die finanziellen Geschenke vom Staat mitnehmen.

Wenn der Preis für die konventionellen Energieträger in einigen Jahren immer teurer oder für viele Menschen fast unbezahlbar wird, muss sich jeder so eine Solaranlage aufbauen, und sei es nur, um in Zukunft das Elektroauto aufzuladen.

Allerdings wird man dann in leere Fördertöpfe blicken.

Wirtschaftlichkeitsberechnung einer Photovoltaikanlage Stand 2011

Investitionen:
Position Nutzungsdauer [a] Betrag[€]
Investitionskosten 16.486,50 EUR bei einer Nutzungsdauer von 21 Jahren
Einspeisevergütung 1.439,70 EUR im Jahr
Nach der Laufzeit von 21 Jahren liefert die Anlage weiterhin Strom.

Die Rendite kann erhöht werden, wenn ein Eigenverbrauch stattfindet. Bis 30% Eigennutzung durch die PV-Anlage werden 12,36 Cent ausgezahlt.

Wenn Sie mehr als 30% Eigenverbrauch mit ihrer PV-Anlage erzielen, erhalten Sie sogar 16,74 Cent pro kWh.

Den selbsterzeugten Strom den Sie selbst verbrauchen, brauchen Sie nicht mehr aus dem Netz einkaufen.

Fazit: Die Waschmaschine tagsüber bei Sonnenschein laufen lassen.

Noch Fragen: Rufen Sie an unter (030) 45 48 22 81

Auszug aus unseren Photovoltaikanlagen Projekten
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Aufbau von Solarmodulen auf dem Hausdach eines Einfamilienhaus

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Photovoltaikanlage in Eberswalde 5,4 kWp

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