Grundlagen Photovoltaik

Das kleine Einmaleins von Solar-Anlagen über
Planung Montage Betrieb und etc.

Moderator: Mod-Team

 

0.00 (0 Bewertungen)

Grundlagen Photovoltaik

Beitragvon Photovoltaikforum » 15.09.2005, 19:11

Was ist Photovoltaik ?
Photovoltaik ist Photonenenergie der Sonne (Photon) und Spannung die erzeugt wird (Voltaik). Es ist also Spannung (oder auch Leistung) von der Sonne (Photonenenergie) Mit anderen Worten ist es also nur Sonnenenergie die in elektrische Spannung umgewandelt wird. Silizium ist der Hauptbestandteil einer Solarzelle und wird aus Sand geschmolzen, der unbegrenzt verfügbar ist. Es leitet nur bei Energieeinstrahlung. Eine Solarzelle wird an der Oberseite mit Phosphor besprüht und an der Unterseite mit Bor. Die Oberseite hat 5 Elektronen und die Unterseite 3 Elektronen. Die Elektronen versuchen ein Gleichgewicht zu erzielen (je 4 Elektronen). Da Silizium 4 Elektronen hat, dient es quasi nur als Transportmedium.


Sobald die Solarzelle der Sonne ausgesetzt wird, leitet das Silizium und die unterschiedlichen Elektronenladungen können nun fließen. Es entsteht ein Elektronenstrom der in den Wechselrichter fließt und in das Stromnetz eingespeist wird. Dieser Vorgang ist dauerhaft, dass heißt die Elektronen fließen in einem nie endenden Kreislauf. Eine Solarzelle verliert also nicht an Substanz bzw. an Leistung.

Wie funktioniert ein Photovoltaikmodul ?
In einem PV-Modul werden die Solarzellen ( typisch 36 Stck. ) in Reihe zusammengeschaltet. Eine Solarzelle hat eine Spannung von 0,5 Volt und einen Strom von 3-7 Ampere (je nach Größe). Schaltet man die Zellen hintereinander, ergibt sich eine Modulspannung von 18 Volt und ein Strom von 3-7 Ampere.

Prinzipieller Aufbau einer PV-Anlage
Die PV-Anlage ist gedacht zur Erzeugung von elektrischem Gleichstrom mit Hilfe mehrerer Photovoltaikmodule. Dieser Strom wird von den Modulen über Kabel zu einen oder mehreren Wechselrichtern geleitet, die den Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, um diesen über einen separaten Stromzähler (Einspeisezähler) in das Netz des Energielieferanten einzuspeisen. Für diesen Strom erhält man die nach EEG festgelegte Einspeisevergütung. Der Strom für die Verbraucher im Haushalt wird wie bisher über den bereits vorhandenen Stromzähler (Bezugszähler) vom Energieversorger gekauft.


Was ist der Wirkungsgrad ?
Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis der Strahlungsenergie der Sonne zur erzeugten Energie eines Solarmoduls. Von 1000 Watt Strahlungsenergie bleiben bei einem Solarmodul nur 130 Watt übrig. Über 50% gehen schon durch Reflektion verloren, dazu kommen die Leiterbahnen, die Wärmeverluste. Bitte beachten Sie: Der Zellenwirkungsgrad ist immer höher als der Modulwirkungsgrad ! In einem Solarmodul liegen die Zellen auf Abstand , je nach Zellentyp und Abstand der Zellen ist der Modulwirkungsgrad unterschiedlich. Entscheidend ist immer der Modulwirkungsgrad , Sie wollen ja keine Solarzelle kaufen.

Beispiel für die Leistungsentwicklung in Abhängigkeit der Temperatur

Wie ist der Stand der Technik ?
Man unterscheidet heute noch zwischen monokristallinen, polykristallinen und Dünnschichtmodulen. Bei den kristallinen Modulen ist der Stand der Technik ausgereizt und unwesentlich zu verbessern. Die Wirkungsgrade der Solarzellen liegen bei ca. 15% und können nur mit hohem Aufwand verbessert werden, was wiederum die ohnehin hohen Kosten noch in die Höhe treibt. Inzwischen sind zwischen mono- und ponykristallinen Modulen keine Unterschiede in Ertrag. Monokristalline Zellen werden in einer Zellstruktur gezogen, polykristalline Module werden in einem Block gegossen. Bei polykristallinen Modulen stören Zellränder den Elektrodenfluss, was aber heute durch spezielle Techniken (Diffundierung mit Wasserstoffatomen) kaum noch eine Rolle spielt.

Von Dünnschichtmodulen verspricht man sich zukünftig den Durchbruch bei den Kosten. Bei diesem Modultyp wird das Silizium quasi: " nur noch auf ein Trägermaterial gesprüht". Die Vorteile liegen auf der Hand: automatische Produktion im Druckverfahren. Aktuell haben Dünnschichtmodule einen geringeren Wirkungsgrad von ca. 8% zudem altern die Module d.h. der Wirkungsgrad wird auf die Jahre geringer. Hier ist noch einige Entwicklungsarbeit notwendig!


Wohin geht die Entwicklung ?
Der Trend geht aktuell zur Herstellung von polykristallinen Modulen in hohen Stückzahlen. Dünnschichttechnik ist mittelfristig keine Alternative. BP-Solar, als größter Hersteller, hat die Fabrik für Dünnschichtmodule geschlossen!

Warum Photovoltaik ?
Photovoltaik ist unumstritten die Technik des 21. Jahrhunderts zur weltweiten Stromgewinnung. Der Schmelzprozess ist sehr aufwendig und es wir immer noch teures Silizium aus der Chip-Produktion verwendet. Aktuell werden unzählige Modulfabriken gebaut, jedoch wird das Solar-Silizium immer noch zu aufwendig und in zu kleinen Mengen produziert. Hier sind große Investitionen notwendig, die von allen Herstellern aufgrund der unklaren langfristigen politischen Marktförderung gescheut wird.
Photovoltaik muss jetzt schnell marktreif werden, die Technik ist ausgereift. Der Markt (insbesondere in den Schwellenländern) verlangt nach dezentralen Energieeinheiten. Heute ist immer noch über die Hälfte der Weltbevölkerung ohne Stromanschluss. Photovoltaik ist die einzige Lösung für eine "gerechte, umweltfreundliche und friedliche Energiegewinnung".
Auch bei uns kann eine 2000 Watt Photovoltaikanlage die Hälfte des Stromverbrauches eines 4-Personen Haushaltes decken.

Wie lange hält eine Photovoltaikanlage ?
Die Lebenserwartung einer Photovoltaikanlage ist länger als 30 Jahre.
Die Solarzellen arbeiten unbegrenzt.
Die Zellen sind in Kunstharz zwischen Sicherheitsglas und absolut resistenter Folie versiegelt.
Die Modulhersteller geben eine Leistungsgarantie auf die Module von 25 Jahren.
Die Leistungsgarantie bürgt für eine Mindestleistung von zumindest 90 % der Mindestleistung im Datenblatt

Soll ich noch abwarten ?
Nein, die Technik ist ausgereift und unwesentlich zu verbessern.
Die Preise werden erst in 2-3 Jahren merklich sinken.
Die Zuschüsse sind momentan hoch und werden dementsprechend weiter sinken.
Sie bezahlen auch in der Zukunft den gleichen Anteil für eine Photovoltaikanlage.
Die Einspeisevergütung ist mit 53,53 Cent / kWh in der Wirtschaftlichkeit.
Also besteht kein Grund weiter zu warten !

Ist mein Dach geeignet?
Die Ausrichtung sollte von Süd-Ost bis Süd-West sein.
Die Neigung zwischen 10 und 60 Grad.
Das Dach darf nicht verschattet werden!
Beobachten Sie bitte, ob im Frühjahr oder Herbst einen Schatten auf dem Dach liegt. Im Winter ist der Schatten unwesentlich, da hier nur ein Bruchteil des Jahresertrages produziert wird. Im restlichen Teil des Jahres sollte kein Schatten auf der geplanten Anlage liegen.

Bei einem Flachdach spielt nur die Verschattung eine Rolle. Hier werden die Module auf einzelnen Alu-Blechkonsolen auf das Flachdach gestellt. Ausrichtung immer Süd und 30 Grad.
Bei einer Fassade (senkrechte Montage) liegt der Ertrag ca. 25% niedriger.


Wird mein Dach undicht?
Nein, bei einem Pfannendach werden die Pfannen nicht beschädigt. Die Dachhaken werden auf den Dachsparren aufgeschraubt und ragen unter den Dachpfannen hervor. Die Anlage kann wieder abgeschraubt werden und das Dach ist wie vorher.

Bei einem Flachdach werden die Gestelle auf einer Gummimatte berührungslos auf das Dach gestellt.
Die Gestelle werden mit Ballast (Betonplatten = 50-100 kg) gegen Windlasten geschützt.

Kann ich die Photovoltaikanlage anstatt Dachpfannen einsetzen?
Im Prinzip ja, aber der Aufwand und die Kosten sind derzeit noch höher als die Einsparung. Die Einbindung in das Dach ist aufwendig. Die Übergänge zwischen den Modulen und zur Pfanne müssen dauerhaft sein. Die Module werden mit Alu-Leisten von oben abgedichtet, diese Leisten bilden einen Schmutzrand ! Zudem sollten die Module hinterlüftet sein, weil bei zunehmender Temperatur der Wirkungsgrad sinkt.

Silizium-Solarmodule haben ein temperaturabhängiges Spannungsverhalten (physikalisches Gesetz). Bei zunehmender Temperatur sinkt die Spannung, da Elektronen durch Wärmeenergie wandern können und für die Leistung verloren gehen. Darum erreichen Photovoltaikanlagen im Sommer auch nur 80% der Nennleistung. Auch Dachpfannen mit eingebauter Solarzelle sind viel teurer (ca. 70%) und werden nicht hinterlüftet, was die Leistung mindert.

Wie arbeitet ein Wechselrichter?
Wechselrichter arbeiten automatisch und speisen immer die maximale Leistung in das Netz ein. Hier wird automatisch der Punkt der maximalen Leistung ermittelt (MPP). Der Gleichstrom wird "zerhackt" und zu Wechselstrom (220 Volt) transformiert. Wechselrichter müssen nicht gewartet werden und arbeiten auf Transistorbasis (IGBT). Die Lebenserwartung ist wie bei jedem elektronischen Gerät (z.B: Fernseher). SMA und SolarMax Wechselrichter müssen nicht gewartet oder überprüft werden.

Ich habe mal gehört, dass Solarmodule zu Ihrer Herstellung mehr Energie benötigen, als sie jemals erzeugen können. Ist da was dran?
Das war einmal. Dieses Gerücht hält sich seit den Anfängen der Photovoltaik in den 50er Jahren hartnäckig. Damals wurden Solarmodule zur Stromversorgung von Satelliten eingesetzt. Hierbei wurde der Energierücklaufzeit kein großer Stellenwert beigemessen. Heute kann man von einer Energierücklaufzeit von ca. 3 Jahren ausgehen. Bezogen auf die lange Lebensdauer (s.o.) also ein ausgesprochen guter Wert. Übrigens: Der Hersteller BP- Solar, produzieren seine Solarmodule bereits mit Solarstrom!

Muss die Photovoltaikanlage regelmäßig gereinigt werden ?
Zum Glück nicht! Die für den Betrieb notwendige Reinigung erledigt hierzulande der Niederschlag. Es gibt allerdings Gebiete mit starker Luftverschmutzung (Industrieanlagen), wo eine Reinigung in größeren Zeitabständen notwendig werden kann.


Produziert die Photovoltaikanlage auch im Winter Strom?

Ja ! Photovoltaikmodule sind nicht mit einem „Solarmodul“ zu vergleichen, das „Thermische-Solarmodul“ benötigt zwingend Sonnenlicht und die empfangende Wärme des Planeten „Sonne“ ! So wird die im Modul befindliche „Wärmetauscherflüssigkeit“ erhitzt, und erwärmt das im Solarspeicher befindliche Brauchwasser. Die Photovoltaikanlage funktioniert selbst bei defusem Licht und selbstverständlich auch in den Wintermonaten, selbst dann, wenn Schnee auf der Anlage liegt. Zu dem reflektiert der Schnee das Sonnenlicht, was in diesem Fall sehr von Vorteil ist!

Wie wird eine Photovoltaikanlage angeschlossen?
Die Photovoltaikmodule werden alle in Serie an den Wechselrichter angeschlossen. Hier wird das Pluskabel und das Minuskabel in den Wechselrichter gesteckt. Der Wechselrichter ist damit betriebsbereit - Mehr ist nicht notwendig. Es muß jetzt noch das Kabel zum Hausnetz gelegt werden. Hier genügt ein Wechselstromkabel (NYM 3*4qmm). Das Wechselstromkabel wird zur Verteilung gelegt und dort angeschlossen. Ein Lasttrenner und ein Fehlerstromschutzschalter werden in die Verteilung eingebaut. Damit ist die Photovoltaikanlage fertig installiert ! Ihr Energieversorger baut Ihnen einen zweiten Zähler ein der nur die erzeugte Arbeit (kWh) der Photovoltaikanlage zählt. Jetzt kann der Solarstrom fließen!

Welche Leistungsgröße sollte eine Photovoltaikanlage haben?
Eine Photovoltaikanlage muß mindestens 1000 Watt installierte Modulleistung aufweisen, um gefördert zu werden. Nach oben sind keine Grenzen gesetzt. Wir raten zu einer Mindestgröße von ca. 2000 Watt. Das Preis/Leistungsverhältnis ist ab dieser Leistungsgröße gut. Eine optimale 1000 Watt Photovoltaikanlage erzeugt im Jahr zwischen 800-1000 kWh im Jahr. Ein 4 Personen Haushalt verbraucht im Jahr ca. 4000 kWh.
Eine 5000 Watt Photovoltaikanlage erzeugt den Jahresverbrauch eines 4 Personen Haushaltes.

Benötige ich eine Baugenehmigung?
Nein, Photovoltaikanlagen benötigen keine Baugenehmigung, solange sie am Gebäude montiert sind. Das gilt auch für Flachdächer!
AUSNAHMEN:
Bayern und und Hessen: Hier ist ab einer Grösse von 9 m2 in Bayern bzw. 10 m2 in Hessen eine Baugenehmigung erforderlich!

Wie verhält sich der Markt, wird die Technik angenommen?
Weltweit steigt die Zahl der installierten Solarstromanlagen. Zweistellige Wachstumsraten sind in den letzten Jahren zu verzeichnen gewesen. Und ein Ende dieser Entwicklung ist nicht abzusehen. Im Gegen-teil. Das geschärfte Bewusstsein für die Umweltbelastung durch konventionelle Energieträger und das nahende Ende der Ressourcen fossiler Brennstoffe lässt die regenerativen Energien immer stärker in den Blickpunkt rücken. Technische Fortschritte und weitreichende Förderprogramme machen die Photovoltaik zu einer sehr attraktiven Alternative.

Wie erhalte ich eine Förderung?
Photovoltaikanlagen werden von der Bundesregierung gefördert.
1. Holen Sie von uns ein Angebot ein.
2. Beantragen Sie alle Fördermaßnahmen.
3. Warten Sie die Förderzusagen ab und entscheiden dann.
Photovoltaikforum
Support
 
- Threadstarter -
 
Beiträge: 5009
Registriert: 08.10.2010, 23:33
Info: Interessent

Zurück zu Checkliste / FAQ



Ähnliche Beiträge


Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: 0 Mitglieder und 0 Gäste