Photovoltaikanlage

Obwohl Deutschland nicht zu den klassischen Sonnenscheinländern gehört, ist die Photovoltaik-Technik auch hier im Vormarsch.

Technologie einer Photovoltaikanlage

Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Arten der Solar-Nutzung.
Zum einen die Sonnenkollektoren die aus der Energie der Sonne Wärme gewinnen und zum anderen die Solarmodule, welche Ökostrom erzeugen.

Photovoltaik-Module

Eine Photovoltaik-Anlage besteht aus mehreren Photovoltaik-Modulen.
In ihnen wird das Sonnenlicht in Gleichstrom umgewandelt. Dieser Gleichstrom wird in 230 Volt Wechselstrom umgeformt.
Das Photovoltaik-Modul besteht aus einzelnen Solarzellen. Sie werden aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien hergestellt, die die Eigenschaft haben aus dem Sonnenlicht Elektrizität zu erzeugen.
Diese Eigenschaft wird als photovoltaischer Effekt bezeichnet.

Aus einer Vielzahl einzelner Solarzellen wird ein Solarmodul hergestellt und mit anderen Solarmodulen zu einem Solargenerator verbunden.

Kosten einer Photovoltaikanlage

Zu Beginn der Photovoltaikentwicklung war die Produktion von Solarzellen sehr aufwändig, so dass wesentlich mehr Energie zur Herstellung eingesetzt werden musste, als tatsächlich damit geerntet wurde.
In den letzten Jahren hat sich dies jedoch geändert.

Energetische Amortisationszeit

Die energetische Amortisationszeit beschreibt den Zeitraum, welcher nötig ist, um die zur Produktion aufgewendete Energie wieder herein zu wirtschaften.

Erntefaktor einer Photovoltaikanlage

Der Erntefaktor ergibt sich aus dem Vergleich der Produktionsenergie einer Solarzelle mit der über ihre Lebensdauer gewonnene elektrische Energie.

Verschiedene Zellentypen, auch abhängig vom Standort haben unterschiedliche Amortisationszeiten.
Die Amortisationszeit wird für Photovoltaik mit drei bis neun Jahren für mitteleuropäische Standorte angegeben. Bei diesen Berechnungen sind jedoch die Energiekosten für die Entsorgung der Photozellen und der Energieaufwand zur Bereitstellung von Energie in sonnenarmen Zeiten nicht mit berücksichtigt.

Schwierigkeiten der Photovoltaikanlagen

Nach wie vor hat der Einsatz von Photovoltaik-Anlagen gewisse Schwierigkeiten.

Flächenbedarf

Der Flächenbedarf der Anlagen ist relativ groß, um eine lohnenswerte Energieleistung zu ernten.

Stromproduktion

Die Stromproduktion ist von der Tageszeit und vom Wetter abhängig. Unterbrochene Stromabgaben müssen durch aufwändige Energiespeichervorrichtungen abgepuffert werden.

Gleichstrom

Photovoltaik-Anlagen produzieren Gleichstrom. Für die Einspeisung ins kommerzielle Stromnetz sind Wechselrichter notwendig, welche den Wirkungsgrad der Anlage reduzieren.

Photovoltaikzellen

Auch die Herstellung der Photovoltaikzellen ist sehr energieaufwändig und mit beträchtlichen Schadstoffemissionen verbunden.

Vorteile einer Photovoltaikanlage

Mit Hilfe von Solarzellen wird Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umgewandelt.
Die Vorteile des Photovoltaik liegen auf der Hand. Der Betrieb der Anlagen ist wartungsarm und einfach zu bedienen. Er verursacht weder Lärm noch Schadstoffe.

Die Energiequelle Sonne ist in den nächsten fünf Milliarden Jahren unerschöpflich und kostenlos.
Fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas sind dagegen nur begrenzt vorhanden.

Solarenergie wird deshalb zu den erneuerbaren Energien gerechnet.

Solarzellen arbeiten im Betrieb emissionsfrei und belasten die Umwelt somit nicht. Weiterhin ist die Photovoltaik-Technik sehr flexibel einsetzbar: Es können geringe Leistungen von wenigen Milliwatt, zum Beispiel bei Armbanduhren, bis hin zu Megawattleistungen in Solarkraftwerken erreicht werden.

Photovoltaik-Zellen können auch diffuses Licht, zum Beispiel im Inneren von Gebäuden, ausnutzen.
Neue Technologien werden die Leistungsausbeute in den nächsten Jahren mit Sicherheit noch erhöhen.

Inselanlagen

An den Orten, wo kein öffentliches Versorgungsnetz vorhanden ist, und es sehr aufwändig und kostspielig wäre eine Anbindung herzustellen könnten so genannte Inselanlagen eingesetzt werden.
Dies ist zum Beispiel denkbar für Aussiedlerhöfe, Schrebergartenanlagen und Ferienhäuser.

Inselanlagen haben einen Speicher, der in der Nacht und während strahlungsarmen Zeiten die erforderliche Energie zur Verfügung stellt.

Solarakkumulator in Photovoltaikanlagen

Denn Licht wird meistens zu Zeiten benötigt, in denen eben keine Sonne scheint. Deswegen werden Solarakkumulatoren mit hoher Zyklenfestigkeit eingesetzt.
Um diese vor Schäden durch Überladung beziehungsweise Tiefentladung zu schützen, ist die Installation eines Ladereglers zwischen Solargenerator und Akkumulator notwendig.
Gleichstromtaugliche Geräte können direkt betrieben werden, wenn die Betriebspannung übereinstimmt.
Wird Wechselspannung benötigt ist zusätzlich ein Wechselrichter erforderlich.

Wechseltrichter in Photovoltaikanlagen

Netzgekoppelte Photovoltaik-Anlagen speisen den erzeugten Solarstrom in das öffentliche Netz ein. Der Strom wird vom Energieversorgungsunternehmen bezogen und vergütet.

Voraussetzung für die Netzkopplung ist die Installation eines Wechselrichters.
Ein Wechseltrichter wandelt die vom Solargenerator erzeugte Gleichspannung in eine netzkonforme Wechselspannung um.

Ein Wechselrichter passt sich automatisch den Gegebenheiten an und betreibt die Anlage immer mit dem bestmöglichsten Wirkungsgrad.
Er verfügt über eine selbsttätige Einschaltfunktion und Ausschaltfunktion, die ihn autark arbeiten lassen.