Einführung Fotovoltaik

Zur Schreibung: amtlich „Fotovoltaik“, traditionell aber eher Photovoltaik, daher abgekürzt PV

Bereits 1839 wurde der sogenannt photoelektrische Effekt von dem französischen Physiker Becquerel entdeckt. 1905 konnte Albert Einstein diesen Effekt erklären und bekam dafür im Jahr 1921 den Nobelpreis für Physik.

Kurz gesagt ist die Funktion einer Solarzelle folgende: trifft Strahlung wie z.B. Sonnenlicht auf eine von zwei voneinander getrennten Schichten eines elektrisch leitfähigen Materials, so beginnt zwischen diesen Strom zu fließen, den man “ernten” kann.

Als Basismaterial für die Erzeugung dieses Stroms dient eine großflächige Fotodiode, die Solarzelle. Um eine entsprechende Stromausbeute zu bekommen, werden eine größere Anzahl von Solarzellen in einem Solarmodul, in Reihe verschaltet, zusammengefasst.

Solarzellen werden bereits seit den 50er Jahren zur Stromerzeugung verwendet, zuerst vor allem in der Raumfahrt.

Auf der Erde selbst ist die Entwicklung von leistungsfähigen Solarmodulen vor allem ab den 90er Jahren des 20. Jahrhunderts vorangetrieben worden. Durch die Einführung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes der deutschen Bundesregierung (ab 2000), in dem zur Förderung der Produktion regenerativer Energien langfristig festgeschriebene Einspeisevergütungen für Stromerzeuger gewährt wurden, setzte vor allem in Deutschland ein Boom ein.

Dieser Boom führte dazu, dass sowohl technologisch führende Unternehmen aus Deutschland, aber auch zunehmend Produzenten aus Fernost, die Solarmodule kontinuierlich weiterentwickelten und durch Schaffung von Massenfertigung und immer wieder zeitweises Überangebot eine deutliche Leistungssteigerung der Module bei gleichzeitig stark sinkenden Verkaufspreisen erreichten. Dies ist gut für die Verbraucher, aber sehr gefährlich für die Hersteller.

Haupbestandteil eines Solarmoduls ist in den Solarzellen immer noch Silizium, ein Mineral, das auf der Erde sehr reichlich vorkommt, leider aber für die Herstellung der Zellen in möglichst großer Reinheit bearbeitet werden muss. Aus diesem Grund suchen die Hersteller auch nach anderen geeigneten Stoffen, wesentlich mehr wird aber daran gearbeitet, für eine Solarzelle möglichst reines Silizium und so wenig wie möglich davon einzusetzen.

Die Leistung eines Solarmoduls wird in Wp (Watt-peak) gemessen und gibt die maximale produzierte Strommenge unter optimierten Bedingungen an (25° C Modultemperatur, optimaler Anstellwinkel zur Sonne zwischen 30 und 48°, Sonneneinstrahlung von 1000W/m²). Diese Bedingungen werden in Deutschland aber nur selten erreicht. Zum einen werden Module bei Sonneneinstrahlung teilweise deutlich wärmer als 25° C, zum anderen ist die Sonneneinstrahlung die meiste Zeit des Jahres unter dem Wert von 1000 W/m².  Aus diesem Grund ist die tatsächliche Leistung eines Solarmoduls in Süddeutschland bei ca. 85-90% der Wp-Leistung, in Norddeutschland bei 80-85% anzusetzen.

Auch schwankt die Leistung eines Solarmoduls jahreszeitlich bedingt: an langen Sommertagen kann bis zu 5 mal mehr Strom erzeugt werden als an kurzen Wintertagen.

Ein einzelnes Solarmodul hat, je nach Hersteller und Typ, eine Größe von einem bis 1,5 m², ist entweder quadratisch oder rechteckig, und kann je nach Hersteller und Typ zwischen 170 und 250 Wp Leistung erzeugen. Einige Hersteller legen größeren Wert darauf, dass die Module preiswert sind, andere, dass sie auch bei weniger Sonneneinstrahlung, sogenanntem diffusem Licht, noch gute Leistung erbringen, andere setzen auf maximale Leistung, wieder andere auf möglichst große Temperaturunempfindlichkeit. Eine allgemeine Empfehlung, was nun am besten ist, kann es nicht geben. Das ist immer vom geplanten Standort einer Anlage und den Möglichkeiten abhängig.

Mit einer Anlage aus Modulen, die 1000 Wp Nennleistung haben, lässt sich in einem Jahr zwischen 800 und knapp 1000 kWh Strom erzeugen.

Um z.B. ein Einfamilienhaus ein Jahr lang mit Strom zu versorgen, müsste man ca. 3.500-6.000 kWh Strom erzeugen.

Ein dafür nötige Anlage müsste eine Größe zwischen 35 und 60m² Dachfläche belegen, bei möglichst optimaler Ausrichtung zwischen Südost, Süd und Südwest, und Dachneigung 20-45°.

Einfach gerechnet: für 1.000 kWh Strom pro Jahr benötigt man eine ca.-Kollektor-Fläche von 8-10m²

Die Kosten, um 1.000 Wp Strom erzeugen zu können, liegen bei den derzeitigen Modulpreisen bei ungefähr 1.600,-€. Dies entspricht nahezu einer Halbierung der Herstellerpreise in den letzten 3 Jahren.

Im Jahr 2010 waren in Deutschland Anlagen mit ca. 17.800 MWp installiert, was einer Verdoppelung gegenüber 2009 betrug. Im Jahr 2011 ist diese Leistung noch einmal um ca. 7.500 MWp auf ca. 25.300 MWp gestiegen.

Momentan rechnet man damit, dass in relativ naher Zukunft, möglicherweise schon 2012 oder 2013, die sogenannte Netzparität eintritt. Das bedeutet: der Strom, der über eine PV-Anlage erzeugt wird, ist genauso teuer wie der durchschnittlich von anderen Stromerzeugern angebotene Strom.

Dies kann man auf zwei Arten interpretieren:

1) Die Erstellung einer PV-Anlage ist dann so günstig geworden, dass sie auch ohne Förderung im Wettbewerb mit anderen stromerzeugenden Energieträgern bestehen kann

oder

2) der durchschnittlich angebotene Preis für Strom ist so hoch gestiegen, dass auf diese Weise sogar bislang geförderte Projekte wie eben die PV wettbewerbsfähig werden.

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