Nicht nur die Benzinpreise steigen – auch die Strompreise erreichen ein Rekordhoch. Wie man mit einigen Tricks und effizienter Technologie Strom sparen kann, haben wir Ihnen in den letzten Blogbeiträgen „Stromeinsparung durch Pumpentausch“ und „Die grössten Stromfresser im Haushalt“ bereits gezeigt. Aber wie wäre es, eigenen Strom zu produzieren? Ob, wann und wofür sich eine Photovoltaik-Anlage wirklich lohnt, erfahren Sie hier im Folgenden.
Photovoltaik: Was ist das eigentlich?
Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Lichtenergie, meist aus Sonnenlicht mittels Solarzellen in elektrische Energie. Über den sogenannten fotoelektrischen Effekt produziert die Anlage in den Solarzellen den Strom. Damit sie genug davon erzeugen, werden mehrere Solarzellen in Modulen zusammengefasst. Ein Wechselrichter verwandelt dann den gewonnenen Gleichstrom in Wechselstrom. In den Fünfzigerjahren für die Raumfahrt entwickelt, finden wir Solarzellen heute auf vielen privaten Hausdächern, denn Photovoltaik ist eine nachhaltige und umweltfreundliche Alternative. Auch in unseren Breitengraden ist die Nutzung dank leistungsoptimierter Solarzellen mit immer besseren Wirkungsgraden mittlerweile sehr effizient.
Für jeden geeignet? Voraussetzungen für eine PV-Anlage
Die gute Nachricht vorweg: Photovoltaik ist heute so effizient, dass die Standortvoraussetzungen eine immer geringere Rolle spielen. Möglich ist Solarstrom damit für fast jeden, lediglich auf die Effizienz der Anlage haben einige Faktoren Einfluss. Wer an einer PV-Anlage interessiert ist, sollte deshalb vorher einige Voraussetzungen prüfen:
1. Gehört das Dach Ihnen?
Optimalerweise ja. Bei vermieteten Objekten bedarf es einer Einwilligung des Eigentümers.
2. Muss eine Baugenehmigung beantragt werden?
Denkmalschutz, Milieuschutz, Bebauungspläne, gewerbliche Nutzung und anderes müssen vorab geklärt sein. Meist ist keine Genehmigung nötig. Hier sind die Regelungen der Bundesländer unterschiedlich. Eine Anfrage beim zuständigen Netzbetreiber gibt Auskunft.
3. Ist das Dach von der Statik her geeignet?
In der Regel stellt die Installation heute für Schrägdächer keine hohe zusätzliche Belastung mehr dar, die eine Verstärkung der Dachkonstruktion notwendig machen würde, da die Module dachparallel montiert werden und kaum von Windkräften angegriffen werden. Bei Flachdächern werden die Module oft aufgeständert. Dann müssen aufgrund der Windlasten die notwendigen Zusatzgewichte berücksichtigt und werden. Im Einzelfall ist dann eventuell eine Verstärkung notwendig.
4. Wie hoch ist die Globalstrahlung?
Die Globalstrahlung ist die am Boden von einer horizontalen Ebene empfangene Sonnenstrahlung und setzt sich aus der direkten Strahlung (der Schatten werfenden Strahlung) und der gestreuten Sonnenstrahlung (diffuse Himmelsstrahlung) aus der Himmelshalbkugel zusammen. Die Höhe der Globalstrahlung am Standort spielt für die Ertragsabschätzung eine zentrale Rolle. In Deutschland liegt diese im Durchschnitt übrigens zwischen 900 und 1.200 kWh pro m² und Jahr auf eine horizontale Fläche. Dies entspricht im Durchschnitt ca. 100 bis 135 W/m². Zum Vergleich: In Spanien beträgt die Globalstrahlung etwa 2.000 kWh/(m² · a) (230 W/m²), in der Sahara 2.500 kWh/(m² · a) (285 W/m²).
5. Welche Dachneigung sollte Ihr Dach haben?
Der optimale Neigungswinkel liegt zwischen 30 und 50 Grad. Er hängt direkt mit der Dachausrichtung zusammen. Je stärker diese von Süden abweicht, umso vorteilhafter ist eine geringere Neigung.
6. In welche Himmelsrichtung zeigt Ihr Dach
Die optimale Himmelsrichtung ist Süden, aber auch Dächer, die nach Ost oder West zeigen, können ausreichend gute Erträge bringen, sie sind in der Regel lediglich ca. 20 % geringer. Die Nordseite ist suboptimal.
7. Gibt es Schatten, der eine Rolle spielt?
Wenn etwas Ihr Dach beschattet, z. B. ein großer Baum oder andere Gebäude, kann die PV-Anlage nicht effektiv arbeiten. Daher sind sie ungünstig und sollten nach Möglichkeit vermieden werden.
Welche Module und Anlagen gibt es?
Wenn Sie sich für eine PV-Anlage entschieden und die verschiedenen Standortfaktoren geprüft haben, stehen Sie vor der Qual der Wahl. Für welche Art von Photovoltaik-Modulen sollten Sie sich entscheiden? Wo liegen die Vor- und Nachteile? Gibt es veraltete Modelle? Für Dachanlagen sind derzeit fünf PV-Modultypen gängig. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen monokristallinen, polykristallinen, Dünnschichtmodulen mit amorphem Silizium, Dünnschichtmodulen mit Kadmium-Tellurid oder CIS/CIGS-Modulen.
Poly- und monokristalline Module
Die kristallinen Solarmodule werden aus dem Halbleitermaterial Silizium hergestellt. Aufgrund divergenter Herstellungsverfahren bilden sich unterschiedliche Kristallstrukturen – polykristallin oder monokristallin. Monokristalline Solarmodule haben ein aufwendigeres Herstellungsverfahren und sind deshalb teuer. Der große Vorteil ist aber ihre Effizienz und Haltbarkeit. Sie haben den höchsten Wirkungsgrad aller Module und halten locker dreißig Jahre. Polykristalline Solarmodule sind einfacher und günstiger herzustellen. Wegen des geänderten Verfahrens stieg bei ihnen die Ausbeute pro Kilogramm Silizium auf etwa das Doppelte – ein Grund, warum die Preise für Solarmodule deutlich sanken. Der Nachteil liegt aber in der Wirksamkeit: An den Grenzschichten der Kristalle entstehen Verluste, warum der Wirkungsgrad eher im mittleren Bereich liegt. Im gesamten Preis-Leistungs-Verhältnis schneiden sie aber dennoch gut ab, warum sie momentan sehr im Trend liegen.
Groß im Kommen: Dünnschichtmodule
Dünnschichtmodule werden anders produziert als kristalline und sind etwa 100-mal dünner. Bei ihnen wird ein Trägermaterial mit einer dünnen Schicht bedampft oder besprüht – der Prozess benötigt weniger Material und Energie, was billiger ist. Auch bei den Dünnschichtmodulen ist deshalb der niedrige Preis ein großer Vorteil. Zudem sind sie sehr leicht, flexibel und selbst bei diffusen Lichtverhältnissen gut einsetzbar. Sie lassen sich auf großen Flächen gut verbauen und liefern auch bei hohen Temperaturen noch konstante Erträge. Kritische Verschattungen machen ihnen weniger aus. Großer Nachteil ist auch hier der Wirkungsgrad: Er ist generell niedriger als bei kristallinen Modulen
Amorphes Silizium für ungünstige, aber große Dächer
Amorphes Silizium ist flexibel formbar und hervorragend für das Aufdampfen auf Glas oder Folie geeignet. Diese Module passen gut bei Verschattungsproblemen oder nicht optimal ausgerichteten Dächern. Allerdings muss die Fläche groß genug (etwa doppelt so groß wie bei kristallinen Flächen) sein, denn der Wirkungsgrad ist verhältnismäßig niedrig. Für Landwirtschaft und Industrie ist das oft kein Problem, daher sind sie oft dort zu sehen.
Dünnschichtmodule mit Kadmium-Tellurid – für schlechtes Wetter
Kadmium-Tellurid-Dünnschichtmodule sind ebenfalls für diffuses Licht gut geeignet und unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen. In Gegenden mit hohem Nebelaufkommen oder häufig trübem Wetter ist das optimal. Außerdem ist das Verhältnis von Wirkungsgrad und Kosten besser als bei amorphem Silizium, weshalb sie immer beliebter werden.
CIGS-Module – Vor- und Nachteile
Nach Kadmium-Tellurid sind CIS/CIGS-Module derzeit am beliebtesten. CIGS-Solarzellen leiten den Strom besser als Silizium-Dünnschichtsolarzellen und weisen damit auch einen höheren Wirkungsgrad auf. Allerdings sind sie etwas teurer. Besonders geeignet sind sie jedoch für suboptimale Dachausrichtung und Streulicht. Auch ihre geringere Anfälligkeit für Schmutz und ihre besondere Leistungsfähigkeit im Winter – wenn eine weiße Schneedecke dem Sonnenlicht zusätzliche Reflexionen ermöglicht – können punkten. Vorsicht bei CIGS- Solarzellen, die Kadmium (Cd) enthalten. Sie müssen am Ende ihrer Lebenszeit aufwendig entsorgt werden, da sie toxisch sind und auch bei Bränden größere Mengen an giftigen Verbindungen freisetzen können.
Fazit
Zusammengefasst lässt sich also sagen, dass sich kristalline Module vor allem dort eignen, wo viel Leistung auf wenig Fläche gefragt ist und die Standortfaktoren gut sind. Sie erzeugen dort pro Quadratmeter so viel mehr Strom, dass der Preisnachteil gegenüber Dünnschicht-
Modulen mehr als ausgeglichen wird.
Dünnschichtmodule sind überall dort günstig, wo die Voraussetzungen es nicht sind und die Fläche groß genug. Dank ihrer geringen Anfälligkeit bei sich verändernden Licht- und Temperaturverhältnissen, ihres niedrigen Gewichts und ihrer leichten und günstigen
Fertigung können sie bei großen Dächern punkten.
Wie teuer eine PV-Anlage ist, ob und wie sie gefördert wird und was man mit dem gewonnenen Strom so alles machen kann, können Sie demnächst im zweiten Teil unseres Blogs lesen.