Halbleiterdiode

Einsatz von Solaranlagen

Beim Einsatz von Solaranlagen unterscheidet man zwischen zwei unterschiedlichen Ansätzen:

Sogenannte Inselanlagen (Off-Grid-Systeme) dienen zur Versorgung mit elektrischer Energie an Orten ohne öffentliches Versorgungsnetz wie z.B. abgelegenen Häusern oder eben Inseln.

Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen (On-Grid-Systeme) sind mit dem öffentlichen Versorgungsnetz verbunden und können elektrische Energie in dieses einspeisen.

Inselanlagen

Joachim Herz Stiftung

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, 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

Joachim Herz Stiftung

Bei netzgekoppelten Photovoltaikanlagen kann die erzeugte elektrische Energie teilweise oder vollständig in das öffentliche Versorgungsnetz eingespeist werden. Sie wird dann vom Energieversorgungsunternehmen (EVU) bezogen und hoch subventioniert vergütet. Üblicherweise werden Lieferung und Bezug mit dem EVU über zwei 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).

Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen

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.

Wenn du dich über Solarzellen noch ausführlicher informieren willst, so können wir dir die Seite Solarenergie vom Portal Welt der Physik der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) empfehlen. Hier erfährst du mehr über die Entwicklung von Solarzellen mit höherem Wirkungsgrad.