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Ausblick

Einsatz und Wirtschaftlichkeit von Solarzellen

Vorteile
Nachteile
  • Photovoltaische Anlagen (wie auch andere Solarenergieanlagen) nutzen die in menschlichen Zeiträumen unerschöpfliche Sonnenenergie.
  • Solarzellen sind im Betrieb (nicht aber bei der Herstellung!) emissionsfrei (außer eventuell optische Beeinträchtigung durch unerwünschte Reflexionen).
  • Photovoltaik ist flexibel einsetzbar. Die Leistungen reichen von Milliwatt (z.B. bei Armbanduhren) bis zu Megawatt (bei Solarkraftwerken).
  • Photovoltaische Zellen nutzen auch diffuses Licht und auch Licht im Innern von Gebäuden.
  • Die Leistungsdichte (Watt pro Quadratmeter) ist gering und der Flächenbedarf deshalb groß.
  • Die Stromproduktion hängt von der Tageszeit und vom Wetter ab. Für ununterbrochene Stromabgabe sind aufwendige Energiespeichervorrichtungen erforderlich.
  • Es wird Gleichstrom erzeugt. Für Stromeinspeisung ins Netz sind Wechselrichter notwendig, die den Gesamtwirkungsgrad der Anlage reduzieren. 
  • Die Herstellung der Photovoltaikzellen ist sehr energieaufwendig und mit beträchtlichen Schadstoffemissionen verbunden.

Erntefaktor

In den Anfangsjahren der Photovoltaik war die Produktion von Solarzellen so aufwendig, dass mehr Energie eingesetzt werden musste, als tatsächlich damit geerntet wurde. Dies hat sich in den vergangenen Jahren jedoch geändert. Die sog. energetische Amortisationszeit von Solarzellen beschreibt den Zeitraum, der nötig ist, um die zur Produktion aufgewendete Energie wieder "zu ernten". Vergleicht man die "Produktionsenergie" einer Solarzelle mit der über ihre Lebensdauer gewonnenen elektrischen Energie, so ergibt sich der Erntefaktor. Erntefaktoren und Amortisationszeiten sind unter anderem vom Standort und dem Zellentypus abhängig.

Der Energieaufwand für die Herstellung einer Energieerzeugungsanlage lässt sich am anschaulichsten durch die sogenannte "energetische Amortisationszeit" oder "Energierückflusszeit" ausdrücken, d.h. die Zeit, welche die Anlage benötigt, um die für ihre Herstellung aufgewendete Energie zurückzuliefern.

Die energetische Amortisationszeit wird von Photovoltaikfans mit 3 bis 5 Jahren angegeben, von neutralen Quellen wird sie mit etwa 5 bis 9 Jahren für Mitteleuropäische Standorte angegeben. Bei diesen Berechnungen fehlt allerdings jeweils die Energiekosten für die Entsorgung der Photozellen und der Energieaufwand zur zusätzlichen Bereitstellung von Energiequellen oder Energiespeichermedien für die Zeiten in denen die Sonne nicht scheint. Geht man von einer Lebensdauer von 20 Jahren aus, so liegt der Erntefaktor unter günstigsten Umständen bei etwa 3.

Inselanlagen

Inselanlagen werden dort eingesetzt, wo kein öffentliches Versorgungsnetz vorhanden ist und es sehr aufwendig bzw. kostspielig wäre, eine Anbindung an ein solches herzustellen, zum Beispiel bei Aussiedlerhöfen, aber auch bei Schrebergartenlauben oder Ferienhäusern.

Inselanlagen benötigen einen Speicher, damit in der Nacht und während strahlungsärmeren Zeiten die erforderliche Energie zur Verfügung steht. Licht braucht man nun mal leider meistens dann, wenn keine Sonne scheint. Hierfür geeignet sind sogenannte Solarakkumulatoren. Diese haben hohe Zyklenfestigkeit aus, die aufgrund des schwankenden Strahlungsangebotes wichtig ist. Um den Akkumulator vor Schäden durch Über- bzw. Tiefentladung zu schützen, ist die Installation eines Ladereglers zwischen Solargenerator und Akkumulator notwendig. Dieser verhindert auch die nächtliche Entladung des Akkumulators über den Solargenerator.

Gleichstromtaugliche Geräte, z.B. aus dem Automobilzubehörsektor, können direkt betrieben werden, sofern die Betriebsspannung übereinstimmt. Sollen Verbraucher versorgt werden, die Wechselspannung benötigen, ist zusätzlich noch ein Wechselrichter erforderlich.

Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen

Der erzeugte Solarstrom wird in das öffentliche Netz eingespeist, vom Energieversorgungsunternehmen (EVU) bezogen und hoch subventioniert vergütet. Üblicherweise werden Lieferung und Bezug mit dem EVU über 2 getrennte Zähleinrichtungen (Einspeisezähler für die Lieferung von der Solaranlage an das EVU, Bezugszähler für die Lieferung des EVU an den Anlagenbetreiber) festgehalten. Voraussetzung für die Netzkopplung ist die Installation eines Wechselrichters, der die vom Solargenerator erzeugte Gleichspannung in eine netzkonforme Wechselspannung umwandelt. Der Wechselrichter passt sich automatisch den Begebenheiten an und betreibt die Anlage immer mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad. Außerdem verfügt er über eine selbsttätige Ein- und Ausschaltfunktion (ENS).

Unter der Adresse: http://www.das-anlegerportal.de/dateien/photovoltaik.swf können Sie sich auch einen kleinen Flash-Film ansehen der sehr schön die Funktionsweise erläutert.

Wenn Sie sich über Solarzellen noch ausführlicher informieren wollen, so können wir ihnen eine Seite von "Welt der Physik" der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) empfehlen. Hier erfahren Sie mehr über die Entwicklung von Solarzellen mit höherem Wirkungsgrad.