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Photovoltaikanlagen
- Eine sichere Investition in die Zukunft
Was ist eine Photovoltaikanlage?
Eine Photovoltaikanlage, auch PV-Anlage (bzw. PVA) oder Solarstromanlage
genannt, ist
ein Kraftwerk, in dem mittels Solarzellen ein Teil der Sonnenstrahlung
in elektrische Energie
umgewandelt wird. Diese direkte Art der Energiewandlung bezeichnet
man als Photovoltaik.
Demgegenüber arbeiten andere Sonnenkraftwerke (z. B. solarthermische
Kraftwerke) über
die Zwischenschritte Wärmeenergie und mechanische Energie.
Aufbau einer Photovoltaikanlage.
Eine Photovoltaikanlage besteht aus mehreren Komponenten. Die
aus mehreren in
Reihe geschalteten Solarzellen aufgebauten Solarmodule empfangen
und wandeln die
Lichtenergie der Sonne in elektrische Energie in Form von Gleichstrom
um. Die Empfänger-
fläche bildet entweder das Solarmodul selbst oder aber
ein optisches System, bei dem
Spiegel oder Linsensysteme die Strahlung auf die Solarzellen
umleiten und konzentrieren.
Eine Konzentration (z. B. mit einer Fresnellinse) findet statt,
wenn die Strahlung auf einer
Fläche eingesammelt wird, die größer als die
Empfängerfläche ist. Dann muss der Spiegel
oder das Linsensystem den Strahlengang so ändern, dass
die eingefangene Strahlung auf
die Empfängerfläche gebündelt wird. Hierbei ist
zwar, bei heutigem Stand der Linsentechnik,
eine Nachführung nach dem Sonnenstand nötig, es ist
jedoch weniger des teureren Halbleitermaterials nötig,
als ohne solche Lichtbündelung.
Einige Forschungsteams arbeiten bereits daran, die Linsen so
zu konstruieren, dass eine
Nachführung nach dem Sonnenstand nicht mehr nötig
ist.
Die Solarzelle dient als Wandler der Strahlungsenergie durch
Ausnutzung des photo-
voltaischen Effektes. Aufgrund der geringen elektrischen Spannung
einer einzelnen Solar-
zelle (ca. 0,5 Volt) werden mehrere Zellen zu Solarmodulen zusammengefasst.
Der Solar-
generator besteht aus einem oder mehreren solcher Module.
Die elektrische Energie wird über Kabel dem restlichen
System zugeführt. Sie kann dort
entweder gespeichert (Inselanlage) oder aber in ein elektrisches
Netz, zum Beispiel das
öffentliche Stromnetz, eingespeist werden (Hybridanlage,
netzgekoppelte Anlage). Abhängig
von der Verwendung der Energie besteht der weitere Teil der
PV-Anlage aus verschiedenen
Komponenten.
Die einzelnen Komponenten einer PV-Anlage müssen entsprechend
dem vorliegenden
Lastprofil der elektrischen Verbraucher und der jeweils notwendigen
Energiespeicher
oder der Netzgegebenheiten aufeinander abgestimmt sein, um einen
hohen Energieertrag
zu gewährleisten.
Ertrag einer Solarstromanlage:
In Deutschland kann ein mittlerer Energieertrag von etwa 650
bis 1150 kWh pro kWpeak
(kWp) installierter Leistung der Anlage und Jahr erwartet werden.
Kilowatt peak beschreibt
die Nennleistung der Anlage bei maximaler bzw. idealer Sonneneinstrahlung,
die jedoch
nur selten erreicht wird.
Vor allem in den letzten sonnenreichen Jahren gab es in Süddeutschland
durchaus Erträge
über 1200 kWh pro Jahr und installiertem kWpeak. Betrachtungen
zum Flächenbedarf von
Photovoltaikanlagen sind im Kapitel „Potenzial“ des
Artikels Photovoltaik zu finden.
Insbesondere die höheren Werte sind jedoch nur in guten
Lagen (vorwiegend Süddeutsch-
land beziehungsweise Gebirgslagen) bei Freiflächen- und
Dachanlagen zu erzielen. Je
nach den lokalen Klimaverhältnissen kann der Wert auch
etwas darüber oder darunter
liegen und von Jahr zu Jahr abhängig vom Wetter bis zu
20 Prozent von den Vorjahres-
ergebnissen abweichen. Auch eine Verschattung von Modulen oder
auch nur Teilen von
Modulen zum Beispiel durch Fahnenmasten, Bäume, Nachbarbebauung
oder ähnliches
kann zu erheblichen Ertragseinbußen führen. Weitere
Verluste liegen in der Verkabelung,
zu dünne Querschnitte oder lange Kabelstrecken mindern
den Ertrag einer Anlage deutlich.
Man kann fertig installierte Strings mit Hilfe von sogenannten
Kennlinien-Messgeräten oder
-Analysatoren (TRI-KA, PVPM) messen. Teilweise sind die Erträge
von Anlagen im Internet
direkt einzusehen (siehe Weblinks). Des Weiteren gibt es zahlreiche
Hersteller von PV-
Simulationsprogrammen, die Erträge vor der Anlagenmontage
berechnen können.
Der Gesamtwirkungsgrad einer Anlage ist abhängig von den
verwendeten Komponenten.
Die Kernkomponenten bilden dabei die Solarzellen und die Wechselrichter.
Speziell letztere
haben mit dem durch staatliche Förderung (EEG) verstärkten
Ausbau der Photovoltaik
Verbesserungen im Wirkungsgrad und in der Zuverlässigkeit
erfahren.
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