Photovoltaik: Die Energie der Sonne nutzen

19. Jun. 2014 von Anne Osenbrück

Kostenlose Energie

PhotovoltaikmoduleJeden Tag schickt die Sonne mehr Energie auf die Erde, als wir weltweit verbrauchen. Kostenlos. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Energie nutzbar zu machen. Eine davon ist die Photovoltaik.

Eine Photovoltaikanlage wandelt die Sonnenenergie in Strom um. Für eine gute Ausnutzung der Sonnenenergie bietet sich ein schräges, südseitiges Dach an. Der optimale Neigungswinkel für Anlagen in Deutschland beträgt 30°. Flachdächer eignen sich ebenfalls, bei denen die Module in einem Winkel von 30° aufgestellt werden. Eine Photovoltaikanlage ist in der Lage, auch bei Bewölkung, niedrigem Sonnenstand oder nicht optimaler Südausrichtung Strom zu produzieren. Eine 10 kW große Anlage bringt einen Ertrag von ca. 9.000 bis 9.500 kWh im Jahr.

Dachneigungen und Ausrichtung

Dachneigungen und Ausrichtung

Eine Photovoltaikzelle besteht aus zwei Schichten. Das Funktionsprinzip der Anlage beruht auf dem photovoltaischen Effekt. Beim Auftreffen des Sonnenlichts auf die eine Schicht werden Elektronen losgelöst, die zur anderen Schicht übergehen. Dadurch baut sich ein elektrisches Feld zwischen den zwei Schichten der Zelle auf. Werden die Schichten über Kontakte und einem zwischengeschalteten elektrischen Verbraucher verbunden, so werden die Elektronen wieder zur ersten Schicht geleitet und es fließt elektrischer Gleichstrom. Bevor der Strom in das Hausnetz oder Verteilnetz eingespeist wird, wird er in einem Wechselrichter zu Wechselstrom umgerichtet.

Der photovoltaische Effekt

Der photovoltaische Effekt


 
 
 

Es gibt verschiedene Zelltypen: Dünnschichtzellen, monokristalline und polykristalline Zellen sowie organische Zellen. Sie sind unterschiedlich in Erzeugungskosten und Wirkungsgrad. Dieser ist der Ausdruck für das Verhältnis aus eingehender Energie (Sonnenlicht) und ausgehender Energie (elektrischer Strom). Die verschiedenen Dünnschichtzellen weisen Wirkungsgrade von fünf bis 15 Prozent auf, monokristalline Zellen 16 bis zu 20 Prozent, polykristalline 14 bis zu 18 Prozent. Organische Zellen befinden sich noch im Entwicklungsstadium und erreichen einen Wirkungsgrad von maximal 12 Prozent. Die nicht genutzte Energie des Sonnenlichts entweicht als Verlust. Bei einer polykristallinen Zelle mit einem Wirkungsgrad von 14 Prozent sind dies: Drei Prozent durch Reflexion, 23 Prozent durch nicht absorbierte Photonen, 32 Prozent durch Überschussenergie der Photonen und 28 Prozent Verlust durch elektrische Widerstandsverluste. Die beiden letztgenannten entweichen als Wärme.

Photovoltaik im EEG

Die Vergütung für Solarstrom ist durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) geregelt. Dies sieht eine feste Vergütung je kWh für die Laufzeit von 20 Jahren plus Jahr der Inbetriebnahme vor. Für eine im Juni 2014 in Betrieb genommene Anlage liegt der Vergütungssatz bei 13,01 Cent je kWh. Da der Preis für Haushaltsstrom vom Stromanbieter etwa 26 Cent kostet und kontinuierlich steigt, lohnt es sich zunehmend, den produzierten Strom selbst zu verbrauchen. Wenn die Sonne scheint, kann der Strom genutzt werden, indem dann Verbraucher wie Waschmaschine, Backofen, Multimediageräte etc. eingeschaltet werden.

Eine sinnvolle Kombination ist eine Photovoltaikanlage mit einer Wärmepumpe, da sich die Wärme speichern lässt und dann in den Abendstunden oder auch ein paar Tage später genutzt werden kann. Der Strom kann auch bei Überschuss gespeichert werden, zum Beispiel in einem Solarakku. Auch diese Investition ist hinsichtlich gefallener Akkupreise, steigender Strompreise und KfW-Förderkredite attraktiver geworden. Inzwischen bieten einige Anbieter von Wechselrichtern Kombigeräte aus Wechselrichter und Akku an. Weitere Anwendungsgebiete für Photovoltaikanlagen bieten sich beispielsweise beim Camping oder anderen Outdoor-Aktivitäten, in Wochenendhäusern oder auch als so genanntes Balkonkraftwerk.

Zum 1. August 2014 tritt die neue Reform des EEG in Kraft. Der Referentenentwurf sieht vor, den selbst verbrauchten Strom aus Photovoltaikanlagen größer 10 kW mit 50 Prozent der EEG-Umlage zu belasten. Direkt vermarkteter Photovoltaikstrom (z.B. an Mieter) soll sogar zu 100 Prozent mit der EEG-Umlage beaufschlagt werden. Dies entspricht derzeit etwa 3,1 bzw. 6,2 Cent je kWh, die für den selbst produzierten und verbrauchten Strom bezahlt werden sollen. Einige der vorgesehenen Änderungen werden noch aus vielen Richtungen debattiert und angefochten. Die endgültige Entscheidung wird im Juli erwartet. Wer sich auf dem aktuellen Stand halten möchte, kann dazu die Seiten des Bundesministeriums für Wirtschaft, der Bundesnetzagentur oder des Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. aufrufen.

Die Installation einer Photovoltaikanlage bietet weiterhin eine Möglichkeit für eine langfristige Investition, eine Absicherung gegen steigende Strompreise, als Altersvorsorge und nicht zuletzt als Beitrag zum Klimaschutz. Ein attraktives Modell für die Versorgung in einem Einfamilienhaus stellt die Installation einer kleinen Anlage bis 5 kW dar, denn sie dient hauptsächlich dazu, den benötigten Haushaltsstrom mit dem selbst produzierten Strom abzudecken und wenig ins Netz einzuspeisen. Die Gewinnspanne ist hier vergleichsweise groß.


Bildnachweise:
„Solarmodule“, Fotoausschnitt: Petra Bork, pixelio.de 2012
„Dachneigungen und Ausrichtung“, Grafik: Anne Osenbrück 2014, cc-by-sa
„Der photovoltaische Effekt“, Grafik: Anne Osenbrück 2014, cc-by-sa

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