Solartechnik und Photovoltaik

Fossile Rohstoffe die zur Energiegewinnung und Produktion genutzt werden sind sehr begrenzt. Das riesige Potential unbegrenzter Energie durch Solarstrahlung steht uns jedoch weltweit kostenlos zur Verfügung.

Aktuelle und zukünftige Entwicklungen im Bereich der Solartechnik sind in der Lage einen großen Teil der benötigten Energie nachhaltig und umweltschonend zu erzeugen. Um dies voranzutreiben, wird der Ausbau alternativer Energiequellen, wie die Sonnenenergie, zur Stromgewinnung auch politisch unterstützt.

Bereits jetzt steigen durch die Verknappung der fossilen Energieträger die Preise für viele Güter und Dienstleistungen. Darin besteht eine der großen Chancen für solare Systeme. Ein weiterer Grund ist das hohe Potential dieser Systeme, welches mit jeder Entwicklungsstufe sich signifikant verbessert.

Der Begriff Solartechnik umfasst zwei Möglichkeiten der aktiven Nutzung von Sonnenenergie.

Solarthermie:

In der Solarthermie wird die Sonnenstrahlung eingesetzt um Flüssigkeiten in einem Kreislauf zu erwärmen. Dies geschieht durch die Verwendung unterschiedlicher Kollektoren wie z.B. Flach- oder Vakuumkollektoren. Die durch diese Energie gespeisten Solarspeicher können dann an das Brauchwassernetz und / oder an die Heizungsunterstützung angeschlossen werden.

Photovoltaik:

Die Photovoltaik stellt ebenso einen Teilbereich der Solartechnik dar, dessen Namen u.a. auf das altgriechische Wort „phos“ = Licht zurückgeht. Der zweite Teil des Namens bezieht sich auf Alessandro Volta und dessen Einheit für Spannung, Volt.

Die Photovoltaik nutzt die direkte und die diffuse Strahlung der Sonne zur Erzeugung von Strom mit Hilfe von Solarzellen. Das Sonnenlicht wird hierbei durch (Silizium-)zellen in elektrischen Strom umgewandelt.

Die Ursprünge der Photovoltaik gehen weit zurück. Bereits im Jahr 1839 beschrieb der Physiker Becquerel in seinen Arbeiten den photoelektrischen Effekt. Dennoch wurden erst, im fortschreitenden 20. Jahrhundert, anwendungsreife Photovoltaiksysteme entwickelt. Der Durchbruch gelang Ende der 1950er im Bereich der Satellitentechnik und Raumfahrt, in dem die entscheidenden Entwicklungen gemacht wurden.

Photovoltaik-Anlagen erreichen bei guter Ausrichtung der Module eine sehr hohe Lebenszeit, bei geringen Wartungsbedarf und hoher Wirtschaftlichkeit.

 

Photovoltaiktechnik

International bieten mittlerweile mehr als 100 Hersteller weit über 1.000 unterschiedliche Lösungen im Bereich der Photovoltaik an. Zu den meist verwandten Techniken gehören neben den monokristallinen und polykristallinen Siliziumzellen auch die Dünnschichtzellen.

Die monokristallinen Siliziumzellen sind silbrig glänzende Scheiben mit einer Stärke von 0,2 bis 0,3 mm. Basis der Produktion sind einzelne Kristalle aus hochreinem Silizium.
Durch die besondere Herstellungsform weisen monokristalline Siliziumzellen einen erhöhten Produktionsaufwand im Vergleich zu anderen Zelltechniken auf.
Mit einem Wirkungsgrad von aktuell bis zu 20% bedarf es so zur Produktion eines 1kWp einer Fläche von circa 7-9m².

Die polykristallinen Siliziumzellen werden u.a. durch das Blockgießverfahren hergestellt. Dafür wird das stark erhitzte Silizium in einer Gussform abgekühlt wodurch unregelmäßige Kristalle entstehen. Der Wirkungsgrad von polykristallinen Siliziumzellen erreicht bis zu 16%.und ist in der Herstellung nicht so energie- und kostenaufwendig wie die monokristallinen Siliziumzellen.

Die Dünnschichtzellen, bestehend u.a. aus Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) oder Cadmium-Tellurid (CdTe), erreichen einen Wirkungsgrad von 9 bis 12%. Sie zeichnen sich durch einen geringeren Leistungsabfall bei erhöhten Temperaturen und einer höheren Verschattungstoleranz gegenüber Siliziumzellen aus. Das Potential der Kupfer-Indium-Diselenid Zellen im Bezug auf den Wirkungsgrad lässt noch weitere Steigungen erwarten.

Bei der Wahl der richtigen Module kommt es neben der Technik auch auf andere Faktoren an. Hierzu zählen insbesondere die Verarbeitungsqualität, Prüfsiegel und Zertifizierungen der Produkte und der Hersteller. Sie sind meist ein Indiz für die Leistungsfähigkeit der angebotenen Produkte. Liegt so beispielsweise die Leistungstoleranz der Zellen über ±5% sollte von diesen Abstand genommen werden um Ertragseinbußen vorzubeugen.
Auch sollte der Temperaturkoeffizient sowie die Sturm- und Hagelfestigkeit gemäß EN 61730 beachtet werden.

Zu den wichtigsten Normen im Bereich der Photovoltaikmodulen gehören unter anderem:

DIN EN 61215: Terrestrische kristalline Silizium-Photovoltaik-(PV-) Module
Bauarteignung und Bauartzulassung

DIN EN 61646: Terrestrische Dünnschicht-Photovoltaik(PV)-Module
Bauarteignung und Bauartzulassung

DIN EN 61730: Photovoltaikmodule – Sicherheitsqualifikation – Teil 1: Anforderungen an den Aufbau und Teil 2: Anforderungen an die Prüfung

DIN EN 50380: Datenblatt- und Typenschildangaben von Photovoltaik-Modulen.

Ein namhaftes Gütezeichen in der Branche ist das:

RAL-GZ 966: Güte- und Prüfbestimmungen

Förderungen und Genehmigungen

Vergleichbar mit dem Erneuerbaren Energie Gesetz (EEG), in Deutschland, gibt es europaweit verschiedenste politische Initiativen die die Investition in Sonnenenergie unterstützen.

Darüber hinaus gibt es vielfältige Investitionsprogramme einzelner Branchen die eine Umrüstung von Dächern bspw. zur Asbestreduzierung von Produktionshallen weitere Anreize setzen. Diese Programme reichen von regionalen Förderungen über nationale bis hin zu internationalen Förderfonds.

Nutzen Sie die Möglichkeiten der staatlichen Förderung um den Ausbau der Erneuerbaren Energie in Europa voranzubringen.

Die Errichtung einer Photovoltaikanlage auf einem Flachdach bzw. Fassade bedarf in Deutschland prinzipiell keiner Baugenehmigung. Ausnahmen können jedoch durch verschiedenste Sachverhalte ergeben.

Dazu gehören auszugsweise:

  • Auswirkungen auf den Denkmalschutz
  • die Gestaltungssatzungen
  • Aussagen des Bebauungsplans
  • Abstandsflächen oder
  • regional abweichende Vorschriften usw.


Für eine Photovoltaik-Freiflächenanlage ist eine Baugenehmigung auf jedem Fall notwendig.
Neben der Abklärung der Baugenehmigung bedarf es einer Einspeisevereinbarung mit dem örtlichen Energieversorgungsunternehmen. Dieser geht eine Überprüfung der nächstgelegenen Netzeinspeisepunkte voraus.

Wirtschaftlichkeit und Finanzierung

Die Wirtschaftlichkeit eines Photovoltaikparks wird von unterschiedlichen Faktoren geprägt. So kann der Investor bereits in der Planung durch kleinere Modifikationen größere Veränderungen in der Rendite bewirken.

Entscheidend neben der reinen Projektgröße, die auch Rabatte bewirken kann, ist auch die Wahl der Modultechnik. In diesem Zusammenhang stellt sich insbesondere die Frage zur Herkunft des Lieferanten. Ausländische Anbieter sind oft in der Position Anlagen günstiger anzubieten, jedoch tun sich einige Banken bedeutend schwerer mit der Finanzierung exotischer Module.
Ein zweiter wichtiger Aspekt in der Planung einer Photovoltaikanlage entfällt auf die Wahl der Wechselrichter. Zu seinen Aufgaben gehört die Bewerkstelligung der sinusförmigen Stromeinspeisung genauso wie die eigentliche Funktionskontrolle der Anlage.
Darüber hinaus wird über den Wechselrichter die stetige Anpassung der Photovoltaikanlage zum optimalen Arbeitspunkt (MPP = Maximum Power Point) vorgenommen.
Ein falsch dimensionierter Wechselrichter kann daher zu massiven Ertragseinbussen führen

In die Berechnung der Investitionskosten fließen neben den Modulkosten auch folgende Punkte mit ein:

  • Wechselrichter
  • Grundstückskosten
  • Fundamente
  • Unterkonstruktionen
  • Trafo
  • Einzäunung bzw. Umfriedung
  • Montage und Sonstige Kosten


Neben den Investitionskosten bilden die Betriebskosten über die Laufzeit eine wichtige Kalkulationsgrundlage für die Wirtschaftlichkeit. Zu diesen Kosten zählen neben den betriebswirtschaftlichen Posten, auch die Wartung, Reparatur sowie Versicherung. So belaufen sich die jährlichen Betriebskosten auf grob 2% p.a. der Investitionskosten.

Allen genannten Ausgaben stehen in der Regel nur die zu erwartenden Einnahmen des Solarparks gegenüber. Wodurch eine besondere Bedeutung der richtigen Simulation bzw. Berechnung des zu erwartenden Ertrages zugewiesen werden muss. Erste nicht unbedingt belastbare Ansätze liefern in vielen Regionen bereits Wetterkarten. Für eine präzise und belastbare Planung ist jedoch eine genaue Simulation unter Berücksichtigung aller relevanten Wetterdaten sowie dem Einfluss des Umfelds und der Module durchzuführen. Dabei sollten wenn möglich alle Verschattungspotentiale der Anlage berücksichtigt werden.

Zu Beantragung des Kredites, sollte neben einem vollständigen Angebot, unter Angabe aller verwendeten Komponenten, auch ein Verschaltungsplan vorgelegt werden. Ergänzt werden diese Unterlagen durch eine Wirtschaftlichkeitsberechnung auf Basis des prognostizierten durchschnittlichen Jahresertrages unter Berücksichtigung der zu erwartenden Betriebskosten.

In Abhängig von der Bank und der Größe der Anlagen ist es zudem nicht unüblich, dass die Kreditunternehmen den Abschluss eines Wartungsvertrages, um geringe Ausfallzeiten und eine hohe Anlagenverfügbarkeit zu gewährleisten, voraussetzen.