Photovoltaikanlage

Fotovoltaikanlage

Ist eine Photovoltaikanlage noch sinnvoll? Rund um die Photovoltaikanlage: Kosten, Berechnung der Größe, Höhe der staatlichen Förderung und ob sich die Stromspeicherung lohnt. Ein Photovoltaiksystem wandelt Sonnenenergie in nutzbaren Strom um. Die Photovoltaikanlagen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Komponenten in netzgekoppelten Anlagen und Inselanlagen. Es gibt Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen einer Photovoltaikanlage und einer Solaranlage.

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Ein Photovoltaiksystem, auch PV-Anlage (oder PVA) oder Solar-Generator oder Solaranlage oder Solaranlage oder Solaranlage oder Solaranlage oder Solaranlage ist eine Solaranlage, bei der ein Teil der Sonneneinstrahlung mit Hilfe von Sonnenzellen in Strom umgerechnet wird. Typischerweise wird die unmittelbare Energieumwandlung als Fotovoltaik bezeichnet. 2. Andere Solarkraftwerke (z.B. Solarthermiekraftwerke ) nutzen dagegen die Stufen der Wärme- und der mechanischen Kraft.

Das Solarmodul, in der Technik die kleinsten zu unterscheidenden Komponenten einer Anlage, besteht aus einer Serienschaltung von luftdicht gekapselten und nicht mehr reparierbaren Solarzelle. Im Falle von kristallenen Solarzelle werden die Einzelzellen zunächst individuell hergestellt und dann mit Metallfolie miteinander verklebt. Die Serienschaltung von Solarzelle mit einer Versorgungsspannung von nur ca. 0,5 V und anschließendem Solarmodul summiert die Spannungen.

Bei Bedarf werden mehrere dieser Stränge der gleichen Spannungs- und Kennlinie parallelgeschaltet, so dass sich die Stränge der Einzelstränge aufaddieren. Im Regelfall werden die Solarstrommodule auf einer Unterstruktur montiert, die die Photovoltaikmodule so aufeinander abstimmt, dass ein höchstmöglicher oder konstanter Stromertrag über das Jahr hinweg garantiert ist (z.B. in Deutschland nach Süd und auf ca. 30° für maximalen Stromertrag oder nach Süd und ca. 55° für konstanten Stromertrag über das Jahr).

Bei Netzanschluss wird der in den Solarmodulen erzeugte Strom in Wechselspannung umgewandelt und mit einem Wechselrichter ins Netz gespeist. In Deutschland wurde die bedarfsgerechte Einspeisevergütung (Einspeisemanagement) in der neuen Fassung des Energieeinspeisegesetzes 2009 für Systeme über 100 Kilowatt festgelegt. In netzunabhängigen Systemen wird die gespeicherte Leistung vorübergehend gespeichert, sofern sie nicht unmittelbar genutzt wird.

Die Speicherung in Energiespeicher, in der Regel Bleiakkus, setzt den Einsatz eines Ladecontrollers voraus. Zur Nutzung der gespeicherten Energien für herkömmliche elektrische Geräte wird sie mit einem Inselwechselrichter in Wechselspannung umgerechnet. Bei netzverbundenen Systemen mit Speicheranlagen geht der Markt in Richtung Lithium-Batterien. Mithilfe von Solarzellen und Insel-Wechselrichtern wird eine Inselanlage in der Regel innerhalb von wenigen Sekunden auf der Grundlage der gängigen Netzwechselspannung errichtet, um die Stromversorgung des Haushalts aufrecht zu erhalten.

Ein solches System setzt sich im Kern aus vier Bausteinen zusammen: dem Solarmodul, den Aufladereglern, den Akkumulatoren und den Konsumenten. All diese Systemkomponenten sollten auf das vorhandene Belastungsprofil der Elektroverbraucher optimal angepasst werden, um einen möglichst großen Wirkungsgrad zu haben. Deutliche Entwicklungsimpulse kamen aus der Weltraumfahrt. Waren die ersten Satelliten der Erde nur mit Batterie betrieben, so wurden bald darauf Solarzelle zur Stromversorgung verwendet und waren eine der ersten Applikationen der Fotovoltaik.

Nahezu alle Sateliten und Weltraumstationen verwenden für die Energieversorgung und den Einsatz der eingebauten Geräte Solarzelle - für Einsätze außerhalb der Sonne werden nur Radionuklide und für sehr kurze Einsätze teilweise Chemikalienbatterien verwendet. Solarzelle auf einem Raumfahrzeug ist einer starken Strahlenexposition und damit einem Leistungsabfall (Degradation) unterworfen. Erste elektrische Relais-Stationen (die sich zwischen den meisten Großstädten befanden) zur Übertragung von Morsecode wurden noch mit Bleiakkus, die an 48-Volt-Gleichspannungsanlagen angeschlossen waren, verwirklicht.

Auch in Gebieten mit der höchsten Netzdichte sind viele dieser Applikationen kostengünstig, da auch hier die Aufwendungen für einen Netzausbau bzw. Netzanschluss in keinem angemessenen Verhältnis zur Eigenversorgung steht. Die SHS ist der Name für eine einfache Photovoltaik-Inselanlage, deren Hauptaufgabe in der Regel nur darin besteht, einfache Häuser mit Strom zu versorgen. Die typischen Systemgrößen sind 50-130 Watt, was in der Regel ausreicht, um 12 V DC Energiesparlampen zu versorgen.

Die Systeme werden häufig zum Aufladen von Mobiltelefonen oder zum Betrieb eines kleinen Fernsehers oder Radios genutzt. Solarpumpensysteme sind in der Regel direkte angeschlossene Solarpumpen ohne Reservebatterie. Hier wird ein Wassertank zur Lagerung eingesetzt, der die Zufuhr nachts oder bei schlechtem Wetter sicherstellt. Solche Systeme sind durch eine extrem lange Lebensdauer (> 20 Jahre) gekennzeichnet.

Hybride / Minigrid sind meistens grössere Systeme, die die Belieferung von kleinen Ortschaften, Krankenhäusern / Stationen oder GSM-Stationen sicherstellt. Charakteristisch für ein Hybridsystem ist das Vorliegen mehrerer Energiequellen (z.B. Photovoltaik und Dieselgenerator). Eine Zwischenspeicherung der Energien erfolgt in der Regel über Akkus (Kurzzeitspeicher). Ersteres ist eine gleichstromseitige Kupplung, in die alle Generatoren ihre Leistung einspeisen.

Das Photovoltaiksystem über einen Laderegler, der Diesel-Generator über ein Aufladegerät. Die anderen Stromgeneratoren (z.B. Windgenerator, Wasserturbine,....) benötigen ein eigenes Aufladegerät, um ihre Leistung auf der Gleichspannungsseite zur Verfügung zu stellen. Fehlt es an Strom, generiert ein eigenständiger Wechselrichter die fehlenden Energien für die Nachfrager. Beim Einsatz von Akkus zur Energiespeicherung kommen Arten mit hoher Zyklenstabilität (Laden und Entladen) zum Einsatz, so genannte Solar-Batterien.

Seine Hauptaufgabe ist es, den Akku vor Tiefentladungen (durch Lastabwurf) und Überladungen zu schonen. Um Wechselstromverbraucher (z.B. 230 V TV) zu versorgen, wird die Batteriespannung (meist im Spannungsbereich 12, 24 oder 48 V DC) durch einen Insel-Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt. Standalone-Wechselrichter zählen zur Familie der rasterbildenden Systeme. Bei einer instabilen Stromversorgung aus dem öffentlichen Stromnetz ist es sinnvoll, bei einem Netzausfall (als sogenanntes Notstromsystem) eine normal netzgekoppelte Solaranlage zu betreiben und bei Netzausfall vollautomatisch oder von Hand auf Inselnetzbetrieb umzuschalten.

Häufig verhindert jedoch die Dachschräge und die waagerechte Orientierung des Gebäudes eine wirklich gute Orientierung der Bepflanzung. Die Photovoltaikanlage tauscht bei diesem Anlagentyp einen Teil der Haushülle, d.h. die Fassadenbekleidung und/oder die Dachbedeckung, aus. Das hat den großen Nachteil, dass die sowieso benötigten Dach- und Fassadenteile durch die Photovoltaikanlage abgelöst werden. Darüber hinaus werden auch die ästhetischen Gründe für diese Bauart angeführt, da die oft auch an traditionelle Dachdeckungen angelehnten Bauteile weniger auffällig sind als konventionelle Systeme auf der Dachdeckung.

Bei gebäudeintegrierten Systemen ist die Belüftung jedoch in der Regel weniger gut, was zu einer verminderten Effizienz führt. Für die geplanten Werke stehen speziell genehmigte Baugruppen mit den erforderlichen Zertifikaten und Genehmigungen zur Verfügung, ansonsten ist ein individueller Nachweis erforderlich. Steckbare Photovoltaikanlagen (auch bekannt als Stecker & Sicher) sind kleine und einfach zu bedienende Systeme, die mit einem eingebauten Mikro-Inverter ausgerüstet sind und dem Endkunden betriebsbereit zur Verfügung gestellt werden.

Um den Gleichstrom aus den PV-Modulen in Wechselspannung umzuwandeln, werden aus wirtschaftlichen Erwägungen in der Regel zentrale Wechselrichter eingesetzt. In der Regel wird der entstehende Strom unmittelbar in das Mittel- und Hochspannungsnetz gespeist, da der Strom im Kleinspannungsnetz nicht mehr aufnehmbar ist. Gebiete gelten als besonders gut für andere Zwecke nutzbar (Deponieflächen, z.B. Photovoltaikanlage auf einer Altdeponie im Landkreis Ringgenbach, stillgelegtes militärisches Gelände, z.B. Solarpark Waldpolenz, Photovoltaikanlage auf einem früheren Militärflughafen in den Kommunen Brandis und Bennewitz,[8] Brachflächen,....), da sie die Landwirtschaftsfläche nicht verringern.

In Deutschland dürfen Einphasenanlagen nur bis zu einer Höchstleistung von 5 Kilowatt (4,6 Kilowatt Dauerleistung) in das Netz eingespeist werden. Systeme mit Ausgangsleistungen ab 100 Kilowatt haben die Option der Wirkleistungsreduktion in vier Leistungsstufen, die über einen Rundsteuerkopf gesteuert werden. Systeme mit einer Höchstleistung von mehr als 100 Kilowatt werden in das Niederspannungsnetz eingespeist und müssen der Mittelspannungsverordnung entsprechen, um die Stabilität des Netzes zu gewährleisten.

Ein Beispiel ist die Straßenbahndepotanlage in Hannover-Leinhausen. Der Nennwert der Solar-Module einer Solaranlage wird in Kilowatt Spitzenleistung (kWp(eak)) angegeben, die unter bestimmten Prüfbedingungen (bei einer bestimmten Raumtemperatur und maximalem oder idealem Sonneneinfall, der jedoch kaum zu erreichen ist) errechnet wird. Je nach Typ und Effizienz der Solarzelle werden 5[9] bis 10 m² ModulflÃ?che fÃ?r 1kWp benötigt.

Für Solarsysteme in Deutschland ist ein durchschnittlicher Jahresertrag von etwa 650 bis 1150 Kilowattstunden pro Kilowattstunde der installierten Kapazität zu erwarten. Festmontierte Systeme ohne Sonnennachführung können an Stoßtagen bis zu 8 Kilowattstunden /kWp erwirtschaften. Die in Deutschland gebräuchliche geringfügige Überkorngröße des PV-Generators bewirkt einen erhöhten Jahresertrag, schränkt aber den Spitzenertrag in den sonnigen Frühlings- und Sommertagen ein.

Im mitteleuropäischen Raum bieten 30° Neigung und Südausrichtung den größten Ertrag[10]; aufgrund des großen Anteils an Diffusstrahlung können jedoch nach Nordausrichtung gerichtete Systeme mit einer Neigung von 35 noch etwa 60 Prozent des Ertrags eines ideal orientierten Systems erwirtschaften. Im Gegensatz dazu führt eine höhere Temperatur zu einer Verringerung des Wirkungsgrads von Solarenergie.

Sonnenfeld Gänsdorf Tageslichtbogen Die Dauer des Lichttages steigt im Hochsommer umso mehr, je dichter eine Solaranlage in Polrichtung ist. Das heißt, die Differenz der Tagesrenditen zwischen den beiden Jahreszeiten verringert sich zum Aequator. Die maximale Tageslängendifferenz an den Tagen der Sonnenwende liegt in Deutschland bei 1:23 h, die an der Nordspitze (Liste auf Sylt) und der Südspitze (Haldenwanger Eck) liegt.

Der Umstand, dass im Hochsommer die Sonneneinstrahlung im Nordteil des Landes höher ist als im Südteil, erhöht die Erträge kaum (zumindest bei Festinstallationen). Zeitalter der Photovoltaikanlage Die Degradierung von Photovoltaikmodulen führt zu einem altersbedingten Leistungsabfall im laufenden Betrieb. Zusätzliche Einbußen ergeben sich in der Verdrahtung - zu geringe Leitungsquerschnitte oder lange Leitungswege reduzieren den Wirkungsgrad einer Gesamtanlage spürbar.

In einigen Fällen können die Renditen der Investitionen sogar über das Web eingesehen werden (siehe Weblinks). Die Gesamteffizienz einer Pflanze hängt von den eingesetzten Bauteilen ab. Kernbestandteile sind die Solarzelle und die Umrichter. Insbesondere diese haben mit dem vermehrten Aufbau der Fotovoltaik durch öffentliche Fördermittel (EEG) Effizienz- und Zuverlässigkeitssteigerungen erlitten.

Ähnlich wie auf jeder Außenfläche (vergleichbar mit Fenster, Wände, Dächer, Autos usw.) können sich auch auf Photovoltaik-Anlagen verschiedene Materialien ablagern. Das " Selbstreinigen " der Baugruppen (durch Niederschlag und Schnee) ist oft nicht ausreichend, um das System über Jahre oder gar Dekaden hinweg zu reinigen. Indem sich auf der Photovoltaikanlage Verschmutzungen ablagern, kommt weniger Solarenergie in das Solarmodul.

15] Dieser Ertragsausfall kann bei Systemen mit extremer Verunreinigung (z.B. stabile Abluft) bis zu 30 Prozent sein. 16 ][17] Um gleichbleibende Ernteerträge zu gewährleisten, müsste eine große Anzahl von Pflanzen regelmässig auf Verunreinigungen überprüft und gegebenenfalls gesäubert werden. Ist das Gebäude vor Blitzschlag geschützt, muss eine Photovoltaikanlage in die Blitzschutzeinrichtung miteinbezogen werden.

Der PV-Generator kann im Falle einer Auslösung unter Strom gesetzt werden (normalerweise tagsüber, wenn die Sonneneinstrahlung eintritt), so dass der Strom einen stationären Störlichtbogen in der Zündspalte des Überspannungsableiters auslöst. Zur Verhinderung indirekter Blitzschäden an der Gesamtanlage wird das Prinzip der Großflächenvermeidung (siehe Elektroinduktion ) angewendet, d.h. die Kabelführung von +/- sollte so weit wie möglich parallelisiert sein.

Der Auf- und Abbau ist wie bei jedem Bauwerk mit Risiken verbunden. Allerdings unterscheidet sie sich nicht von anderen Tiefbausystemen (z.B. Kabelkanäle in Freiflächenanlagen). Das Besondere beim Löschen ist, dass das System auch im ausgeschalteten Zustand unter Strom steht, da die Bausteine selbst die Spannungsquelle sind.

Ein PV-Generator steht prinzipiell unter Strom, auch wenn die Photovoltaikanlage nicht in Funktion ist (vergleichbar mit einem Batteriesystem). Der Einbau oder die Instandhaltung einer Solarstromanlage kann auch unter Strom erfolgen. Bei grösseren Systemen zur Einspeisung in das Netz würde diese mögliche Übertragung von Energie zu grossen Leitungsverlusten oder überproportional grossen Leiterquerschnitten fuehren.

Durch die zunehmende Ausdehnung der Fotovoltaik und die Integration in vorhandene Versorgungsstrukturen und -technologien steigt der Anspruch an allgemeine Standards und Spezifikationen für fotovoltaische Bauteile und Anlagen. DKE setzt sie in deutschen Standards um mit Standardprojekten zu: Solarzelle, Solarplatten, Verifikation von Simulations-Programmen (Testdatensätze), Steckverbinder für PV-Anlagen, Fotovoltaik in der Bauindustrie, Gesamteffizienz von Invertern, Datenblattdaten für Umrichter.

Henry Häberlin: Fotovoltaik - Elektrizität aus Sonne für Verbundnetze und Inselsysteme. Photovoltaikanlagen - Ratgeber für Installateure, Dachdecker, Fachplaner, Baumeister und Architekt. Springers-Viewweg, Berlin / Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-03248-6 Konrad Mertens: Photovol. Hanser, München 2013, ISBN 978-3-446-43809-5 Hans-Günther Wagemann, Heinz Eschrich: Fotovoltaik - Sonneneinstrahlung und Halbleiter-Eigenschaften, Solarzellen-Konzepte und Aufgabenstellungen.

Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-0637-6 Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer: Anleitung Regenerierende Energientechnik, 3rd updated and extended edition, Berlin/Heidelberg 2017, ISBN 978-3-662-53072-6. ? Omar Ellabban, Haitham Abu-Rub, Frede Blaabjerg, Renewable energy resources: Current status, future prospects and their enabling technology. The Guardian, 20. Februar 2017. 11. April 2017. 11. November 2017. 11. November 2011 VDE-AR-N 4105:2011-08 - Techn.

VDE, Stand 31. Dezember 2011, Zugriff am 11. Juni 2016. 11. November 2011 in der Schweiz. 11. August 2011, Zugang am 11. Juni 2016. 11. November 2011 in der Schweiz für 35 Jahre ans Stromnetz angeschlossen. Im PV-Magazin, Ausgabe September 2017. 11. März 2017. 2009 erschienen. 2011 Solarkraftwerk Lieberose - Modellprojekt zur ökolog. Bewirtschaftung von ehemaligen militärischen Flächen. NeON? LG NeON 2. LG, aufgerufen am 7. Juni 2018. ? Konrad Mertens, Photovoltaik.

Europäische Energiebörse, Zugang am 16. Oktober 2016 (Stündlich aktualisierte Information über die Stromeinspeisung in Deutschland (Anteil der PV- und Windenergie und anderer "konventioneller" Quellen)). ? Photovoltaischer Brandschutz - Tatsachen statt Gespenster - Resultate aus Expertenworkshop.

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