Strom aus Sonne - Die Photovoltaik

Funktion und Einsatz von Solarstromsystemen:

Solarstrom zur Netzeinspeisung
Solaranlagenauslegung
Strom fernab von Stromnetz
Aufbau und Funktion von Solarzellen

Solaranlagen zur Netzeinspeisung

Funktionsweise

Nach dem Energie Einspeisegesetz (EEG) von Anfang 2000 wird der von Solaranlagen im Netzparallelbetrieb erzeugte Strom direkt zu 100% in das öffentliche Stromnetz eingespeist.

Funktions-Schaubild einer Netzparallelanlage
Bild2: Funktionsschaubild einer Netzparallelanlage Die vom Photovoltaikgenerator erzeugte Gleichstrom-Energie wird dem Netzwechselrichter zugeführt. Dieser wandelt den Gleichstrom in einen netzkonformen Wechselstrom um. Das bedeutet, der Strom wird an die 50 Hz, 230V Sinus-Wellenform des Stromnetzes angepasst.

Was kostet Solarstrom ?

Ein System mit 1000Wp (1000 Watt Generatorspitenleistung) kostet derzeit installiert zwischen 4000 und 5000 EUR. Je nach Aufwand muß man noch Elektrikerkosten hinzuzählen. Dem gegenüber steht die Einspeisevergütung nach dem Erneuerbaren Energie Gesetz. Dies muss vom Stromnetz-Betreiber für 20 Jahre bezahlt werden.

Was kann die Photovoltaik leisten ?

Eine 10 Quadratmeter große Anlage hat etwa eine Nennleistung von 1,1 kW. Bei einer Einstrahlung von ca. 1000 kWh pro Quadratmeter jährlich ergeben sich etwa eine Energieausbeute von knapp 1.000 kWh.
Also können mit einer 10 m² grossen Solaranlage je nach Aurichtung und Montageort ca. 450 EUR jährlich erwirtschaftet werden, in manchen Gegenden Deutschlands sogar noch darüber. In 20 Jahren sind das also bis zu 9.000 EUR.

Auslegung einer Solaranlage zur Netzeinspeisung

EXCEL-Auslegungstool für Solaranlagen (Mit Sunny Boy - Wechselrichter) (Der Name ist rein zufällig !!) Der Firma SMA gebührt Dank.

Solarstrom fernab von Stromnetzten

Strom ohne Stromnetz

Wird Strom fernab von öffentlichen Stromnetzten oder beim mobilen Einsatz benötigt, so kann dieser über Solarzellen erzeugt werden. Diese Art der Solarsysteme nennt man INSELANLAGEN. Charakteristisch für Inselsysteme ist neben dem fehlenden Netzanschluß die Batterie zur Speicherung der erzeugten Energie. Es gibt jedoch auch Inselsysteme ohne Speicher, wie z.B. Teichpumpen oder Lüftungsanlagen für Wintergärten.

Solare Inselsysteme werden häufig eingesetzt für:

Elektrifizierung von Wochenend- und Gartenhäusern.
Stromversorgung von Wohnmobilen, Caravans und Booten
Notruftelefone oder Parkscheinautomaten
Wasserpumpen zur Teichbelüftung

Wann rechnet sich ein Inselsystem

Solare Inselsysteme arbeiten dann wirtschaftlich, wenn wenig Strom verbraucht wird oder die Leitungen bis zum Einsatzort sehr lange sind. Nachfolgend sind einige grobe Richtwerte angegeben, nach denen eine Wirtschaftlichkeitsabschätzung gemacht werden kann:

Pro Meter Erdleitung muß etwa 200 EUR gerechnet werden, bei kürzeren Leitungen auch deutlich darüber.
100 W Spitzenleistung kosten in der Anschaffung ca. 400-500 EUR.
Damit können im Sommer durchschnittlich ca. 180 Wh, im Winter ca. 40 Wh erzeugt werden.

Wie werden aus Photonen (Sonnenlicht) Elektronen (Strom)?

Eine Solarzelle entsteht:

Durch verschiedene physikalische und chemische Reinigungsprozesse wird aus Quarzsand hochreines Silizium (SI) gewonnen. Das Silizium wird in Blöcken gegossen (Monokristalin) oder zu einem Kristall gezogen (Polykristalin), und anschließend in Scheiben von etwa einem Milimeter gesägt. Die Roh-Solarzelle wird dotiert (wie bei einer Diode) und beidseitig mit leitfähigen Material versehen, um später den entstehenden Strom abgreifen zu können. Fällt darauf Sonnenlicht, werden Elektronen durch die eingestrahlte Energie von einer Seite auf die andere Seite gezwungen. Dadurch ensteht bei einer 10x10 cm große Scheibe eine Spannung von etwa 0,5 Volt und ein Strom von ca. 3 Ampere. Der Strom verändert sich mit der Bestrahlungsstärke, so daß eine Leistung von bis zu 1,5 Watt !! entsteht

Aus Solarzellen werden Solarmodule

Üblicherweise werden 36-40 Zellen zu einem Solarmodul verschaltet. Hinter einer hagel- und bruchsicheren Glasscheibe verschaltet und mit einem Rahmen versehen, entsteht ein Solarmodul mit etwas über 50 Watt Spitzenleistung (bei voller Sonneneinstrahlung).
Vergrößert man die Solarzellenfläche oder bei Reihenschaltung mehr Solarzellen können auch Solarmodule höherer Leistung entstehen. Solarmodule sind in der Leitung von wenigen Watt bis mehrere hundert Watt erhältlich.

... und ein Solargenerator

Die Art der Verbraucher bestimmen nun die Zusammenschaltung der Solarmodule zu einem Solargenerator. Je nach Anforderung werden die Solarmodule in Reihe oder Parallel geschaltet. Auf diese Weise entsteht ein Solargenerator mit unterschiedlicher Leistung. Auch Spannung und Strom sind veränderbar. Daher sind Solargeneratoren vielseitig einsetzbar.