Strom von der Sonne (Photovoltaik)

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1 Veröffentlicht in der Nordwest-Zeitung am Sachverständigen-Sonderseite Strom von der Sonne (Photovoltaik) In einer Stunde schickt die Sonne mehr Energie auf die Erde als die Menschheit in einem Jahr verbraucht. Die jährliche Sonneneinstrahlung auf die Erde ist um ein Mehrfaches größer als die Energiemenge, die in allen konventionellen Rohstoffvorräten enthalten ist (Abbildung 1). Auf jeden Quadratmeter Bodenfläche in Norddeutschland fallen jährlich 950 kwh an Energie. Das entspricht dem Energieinhalt von 95 Liter Öl oder 95 m³ Erdgas. 12 bis 15 % der auftreffenden Energie kann man mit Solarzellen (Photovoltaik) in Strom umwandeln. Greenpeace Abbildung 1: Jährliche Sonneneinstrahlung im Vergleich zum weltweiten Energieverbrauch und zum Vorkommen fossiler Energien Wie funktioniert eine Solaranlage? Das Basismaterial zur Herstellung von Solarzellen ist Silizium, das zweithäufigste Element der Erde und Bestandteil von Sand. In einem recht aufwändigen Prozess wird aus Sand hochreines Silizium in Kristallform gewonnen und zu runden oder eckigen Scheiben weiter verar- Seite 1 von 7 Seiten

2 beitet. Die Scheiben werden mit Spuren von Phosphor und Bor versehen und mit Metallkontakten ausgerüstet (Abbildung 2). Abbildung 2: Funktionsweise einer Silizium-Solarzelle (Quelle: Energieagentur NRW) Fällt Licht auf eine solche Zelle entsteht eine elektrische Spannung zwischen Vorder- und Rückseite, wie bei einer Batterie. Mehrere dieser Zellen werden hintereinander geschaltet und entsprechend zu einem Modul zusammengesetzt. Bei voller Sonneneinstrahlung kann sich so z.b. eine Spannung von 36 Volt ergeben. Auf dem Dach wiederum werden viele dieser Module hintereinander geschaltet (Abbildung 3), so dass eine Gleichspannung von einigen hundert Volt entsteht. Abbildung 3: Stromerzeugung auf einem Reihenhaus (Quelle: Wagner Solartechnik) Seite 2 von 7 Seiten

3 Der fließende Gleichstrom wird im sog. Wechselrichter in Wechselstrom verwandelt und kann in das öffentliche Netz eingespeist (Abbildung 4) oder im eigenen Haus verbraucht werden. Abbildung 4: Der Strom vom Dach wird zu 100 % verkauft (Quelle: Energieagentur NRW) Das Faszinierende an Solarzellen ist ihre lautlose und schadstofffreie Stromerzeugung. Man kann beliebig kleine oder auch beliebig große Kraftwerke bauen. So können Solarzellen z.b. zur Versorgung von Armbanduhren oder Taschenrechner ebenso genutzt werden wie zur Stromversorgung ganzer Städte. Spätestens nach 2 Jahren haben die Solarzellen die Menge an Energie erzeugt, die für ihre Herstellung aufgewendet wurde. Wie kann Photovoltaik genutzt werden? Eine Anlage mit einer Fläche von 8-9 m² auf dem Süddach liefert bei optimaler Sonneneinstrahlung und klarem Himmel eine Spitzenleistung (peak, Abk.: p) von W p oder 1 kw p. Pro Jahr ergibt sich eine Stromlieferung von bis 900 kwh je kw p. Mit einer Fläche von ca. 40 m² (5 kw p ) kann etwa so viel Strom erzeugt werden, wie in einem sparsamen 4- Personen Haushalt jährlich verbraucht wird (Abbildung 5). Durch den Bau einer solchen Photovoltaikanlage bleiben der Umwelt jährlich rund 3 Tonnen Kohlendioxid erspart. Die Investitionskosten liegen etwa bei ohne Mehrwertsteuer. Privatpersonen erhalten die Mehrwertsteuer vom Finanzamt zurück, wenn sie die Anlage dort als Unternehmen anmelden. Eine 5 kw p -Anlage erwirtschaftet jährlich etwa aus dem Verkauf des Stroms. Die Hersteller gewähren eine Leistungs-Garantie auf die Module von bis zu 25 Jahren. Bei den Wechselrichtern beträgt die Garantiezeit 2 bis 5 Jahre gegen Aufpreis auch 10 Jahre. Seite 3 von 7 Seiten

4 Strom (kwh/monat) Solarzellenfläche: 65 m² 40 m² 25 m² Verbrauch 8 kwp 5 kwp 3 kwp 1 kwp m² 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Westkämper Abbildung 5: Stromverbrauch (rote Fläche) in einem 4-Personenhaushalt und Stromerzeugung auf dem Dach, je nach Größe der Solarstromanlage Die wichtigsten Qualitätskriterien für Solarmodule sind der Wirkungsgrad und ihre langfristige Haltbarkeit sowie die langfristige Leistungsgarantie ihrer Nennleistung. Modulhersteller garantieren, dass die Anlagen z.b. nach 25 Jahren noch mindestens 80 % der Nennleistung abgeben (Leistungsgarantie). Worauf ist bei der Planung zu achten? Verschattung führt zu erheblichen Ertragseinbußen. Thermische Solaranlagen reagieren weniger stark auf Verschattung. Die Module sollten gut hinterlüftet werden. Kühle Module bringen höhere Erträge als heiße. Um mit der EWE abrechnen zu können, wird ein geeichter Stromzähler benötigt. Dieser sollte gekauft werden, da die Miete auf Dauer zu teuer ist. Seite 4 von 7 Seiten

5 Finanzierung einer Photovoltaikanlage Zur Finanzierung von Solarstromanlagen kann man das Programm "Solarstrom erzeugen" der KFW-Förderbank in Anspruch nehmen. Dort gibt es Darlehen mit zurzeit 4,5 % Verzinsung. Darüber hinaus bieten einige Banken ebenfalls günstige Kreditkonditionen. Als Sicherheit wird vielfach die Solaranlage selbst akzeptiert. Je größer die Anlage ist, desto wirtschaftlicher ist sie. Im Gegensatz zu thermischen Solaranlagen, die im Sommer meist Überschüsse produzieren, gibt es diese bei Solarstromanlagen nicht. Sämtlicher Strom wird verkauft. Geeignet sind Dächer zwischen Südost und Südwest mit 20 bis 60 Grad Dachneigung. Für senkrechte Wände gibt es eine höhere Vergütung, für Freilandanlagen eine geringere. Wer ein geeignetes Dach hat, sollte eine ca m² große Fläche für die Wärmeerzeugung reservieren und zwar möglichst in der Nähe der Heizungsanlage. Die gesamte Restfläche sollte nach Möglichkeit mit Solarzellen bestückt werden. Es ist absehbar, dass die Häuser der Zukunft große Dachflächen nach Süden haben werden, auf denen keine einzige Dachpfanne vorhanden ist. Genutzt wird auch immer mehr die Möglichkeit, Dachflächen zu mieten z.b. auf öffentlichen Gebäuden wie Schulen, Feuerwehrzentralen etc. Sonnenstrom vom Hausdach wird nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz 20 Jahre lang mit 51,8 Cent je kwh vergütet, sofern die Anlage 2006 in Betrieb geht. Geht sie erst 2007 in Betrieb, werden 20 Jahre lang 49,2 Cent gezahlt. In den ersten 20 Jahren wird der Strom deshalb in der Regel vollständig verkauft. Danach kann man die Verkabelung ändern und vorzugsweise das eigene Haus versorgen (Abbildung 6). Überschüsse werden verkauft. Bei Strommangel wird Strom zurückgekauft. Abbildung 6: Nach 20 Jahren versorgt die Solaranlage zunächst das eigene Haus (Quelle: Energieagentur NRW) Seite 5 von 7 Seiten

6 Zwischen 1989 und 2004 sind Solarstromanlagen erheblich preiswerter geworden. So zahlte man im Jahre 1989 noch Euro je kw Spitzenleistung. Im Jahre 2004 waren es zeitweise nur noch Euro. Seit 2004 sind die Anschaffungskosten wieder etwas gestiegen auf zurzeit ca Euro. Ursache dafür ist, dass durch die hohe Einspeisevergütung die Nachfrage nach Solarstromanlagen drastisch gewachsen ist, und die Modulhersteller ihre Produktion nicht schnell genug erweitern können. Es gibt Wartezeiten von 3-12 Monaten. Fachleute rechnen jedoch damit, dass die spezifischen Kosten in einigen Jahren wieder sinken werden. Zwar haben sich die Kosten in den letzten Jahren nicht vermindert, doch ist die Effizienz der Anlagen gestiegen. Im Jahre 2000 installierte Photovoltaikanlagen erzielten ca. kwh, heutige Anlagen dagegen durchaus 900 kwh und mehr je kw p. In der Abbildung 7 werden Stromerträge von 8 Anlagen im Jahre 2005 im Vergleich gezeigt. Bis auf Anlage 2 und 7, die zu bestimmten Tageszeiten verschattet werden, haben die übrigen Anlagen mehr als kwh je kw Spitzenleistung eingebracht. Die Anlagen 5, 6 und 8 sind in den Jahren installiert worden. Je nach Sonneneinstrahlung schwanken die Erträge in den einzelnen Jahren, wie Abbildung 8 verdeutlicht. Die Anlage ist im Jahre 2001 in Betrieb gegangen Jahresertrag (kwh/kwp) Westkämper Abbildung 7: Stromproduktion je kw Spitzenleistung von 8 Solarstromanlagen im Raum Oldenburg im Jahr Quelle: Westkämper Seite 6 von 7 Seiten

7 Stromertrag (kwh je kwp) Abbildung 8: Stromproduktion je kw Spitzenleistung einer Solaranlage (Nr. 1 in Abbildung 7) in den Jahren 2002 bis Quelle: Westkämper Weitere Informationen gibt es bei der Verbraucherzentrale und bei unabhängigen Energieberatern und -Beraterinnen, die auf der Liste des Bundesamtes für Wirtschaft in Eschborn ( stehen. Die bisher vom Autor auf dieser Sonderseite erschienenen Artikel zu den Themen Energiesparen und Erneuerbare Energien können von seiner Homepage herunter geladen werden. Hubert Westkämper, Dipl.-Physiker Energieberater der Verbraucherzentrale Niedersachsen Von der IHK Oldenburg öff. best. u. ver. Sachverständiger für - Energiesparendes Bauen - Thermische Bauphysik - Solarenergienutzung in Gebäuden Seite 7 von 7 Seiten