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SONNENENERGIE PHOTOVOLTAIK:Solare Unabhängigkeitserklärung


Das Einfamilienhaus Energie + Zukunft - epaper ⋅ Ausgabe 2/2019 vom 22.05.2019

In den letzten ein, zwei Jahren ist die Nachfrage nach Photovoltaikanlagen stark gestiegen. Hauptgrund sind günstigere Preise. Zudem gefällt die Idee, den selbst erzeugten Strom auch selbst zu nutzen.


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Bildquelle: Das Einfamilienhaus Energie + Zukunft, Ausgabe 2/2019

Die Sonne ist ein unerschöpflicher Energielieferant. In einer Stunde liefert sie die gleiche Energiemenge, die von der gesamten Erdbevölkerung in einem Jahr verbraucht wird – und das völlig sauber ohne CO2-Ausstoß. Das Wort Photovoltaik (PV) setzt sich aus dem altgriechischen Wort für Licht phos (Genitiv: photos) und Volt, der Einheit für elektrische Spannung, zusammen. Eine PV-Anlage wandelt demnach Licht ...

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... über eine Solarzelle in Strom um. Dieser kann entweder ins Stromnetz eingespeist oder vom Eigentümer der Anlage selbst genutzt werden.

Technik und Nachfrage

PV-Anlagen befinden sich meist auf Dächern und Fassaden, es gibt sie aber auch zuhauf an Parkscheinautomaten, Schallschutzwänden, Taschenrechnern oder auf Freiflächen – mitunter sogar als rotierende PV-Tracker, die dem Sonnenstand automatisch folgen. Während Letztgenannte noch eher den Status eines Forschungsprojekts haben, sind alle anderen PV-Anlagen längst für eine breite Nutzerschicht tauglich. Die Nachfrage nach PV-Anlagen wächst deutlich: Seit 1995 wuchs der Markt weltweit um durchschnittlich mehr als 30 % pro Jahr. Im Jahr 2017 wurden PVAnlagen mit einer Leistung von insgesamt über 400 Mio. kW installiert. 2018 hat die Nachfrage nach PV-Anlagen noch mal kräftig zugelegt. Die im vergangenen Jahr installierten Solarstromanlagen in Deutschland hatten laut des Bundesverbandes Solarwirtschaft eine Leistung von 2.960 Megawatt, was in etwa der Leistung von drei Kohlekraftwerken entspricht. Das sei ein Zuwachs von 68 % im Vergleich zu den Neuinstallationen 2017. Den Anstieg der Nachfrage erklärte der Verband mit

Aufbau und Funktion von PV-Anlagen

Eine PV-Anlage besteht aus mehreren Komponenten: aus mehreren PV-Modulen, einem sogenannten Wechselrichter, einem Stromzähler und aus Sicherheitskomponenten. Sichtbar auf dem Dach, der Fassade oder auf einer freien Fläche sind die PV-Module, die Solarzellen. Fällt Licht auf diese Zellen, entsteht Strom – ganz unabhängig von der Lichtmenge. Dieses Licht wandeln die Solarzellen in Strom um, und zwar in Gleichstrom, der so aber noch nicht genutzt werden kann. Deshalb ist für einen privaten Haushalt ein Wechselrichter zur Aufbereitung des Solarstroms in Netzqualität nötig. Dieser wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um und steuert automatisch das ganze System. Zur Erfassung des Stromertrags gehört zu einer PV-Anlage auch ein Stromzähler. Ebenso wichtig sind Sicherheitskomponenten zur elektrischen Absicherung der PV-Anlage gegen Blitze oder Überspannungen etc. PV-Anlagen nutzen sowohl die direkte als auch die diffuse Sonneneinstrahlung zur Umwandlung in elektrische Energie. Deshalb funktioniert eine PV-Anlage selbst an Tagen mit bedecktem Himmel.

Möglichkeiten der Installation

Eine PV-Anlage kann auf unterschiedliche Weisen und an unterschiedlichen Orten installiert werden. Dabei gilt: Um den größtmöglichen Solarertrag zu erzielen, sollte möglichst viel Direktstrahlung genutzt werden. In Deutschland, Österreich und in der Schweiz sind diese Werte im Bestfall erreichbar, wenn die Anlage gegen Süden ausgerichtet und rund 30° geneigt ist, und, wenn die Sonneneinstrahlung komplett ohne Verschattung möglich ist.

Mit der „SENEC.Cloud To Go“ kann der Hausbesitzer an Tausenden öffentlich zugänglichen Ladesäulen im In- und Ausland seinen eigenen Sonnenstrom tanken. SENECniedrigen Preisen für die Systeme. Ähnliche Tendenzen veröffentlichte auch die KfW in ihrem KfW-Energiewende-Barometer 2018. Hierzu wurden 4.000 Haushalte nach ihren größten Investitionen befragt. Am meisten investiert wurde demnach in Wärmepumpen, PV-Anlagen und Elektroautos


Das „Q.PEAK DUO BLK-G5“-Solarmodul besticht durch herausragende Optik und besonders hohe Leistung auf geringer Fläche dank der innovativen Technologie. QCells


.

Mit Hochleistungsmodulen schafft man die ideale Lösung für private Aufdachanlagen: mehr Solarstrom bei geringerer Fläche, auch bei geringer Sonneneinstrahlung und an heißen Sommertagen. QCells


Solardächer

Die häufigste Form sind hinterlüftete Solardächer, wobei die Hinterlüftungsebene mindestens 10 cm, idealerweise jedoch 15 cm Platz zugunsten höherer Energieerträge haben sollte. Entscheidend bei der Montage auf dem Dach sind die Winkel der Dachfläche. Bei Neigungen von 20 bis 50° werden die Module parallel zur Dachfläche montiert und dabei die Unterkonstruktion fest mit der Dachkonstruktion verankert. Anders bei Flachdächern. Hier werden die Module im 25- bis 35°-Winkel montiert. Theoretisch können die Winkel auch kleiner sein, allerdings sollten sie nicht weniger als 15° Neigung haben, da die Module sonst dauerhaft verschmutzen. Sind Solarmodule hintereinander aufgereiht, ist es sinnvoll, den Winkel auf 20 bis 25° zu reduzierenum gegenseitige Verschattungen auszuschließen. Auch der Abstand muss groß genug sein.

Jede Kilowattstunde selbst erzeugter und selbst verbrauchter Sonnenstrom spart den Kauf einer Kilowattstunde Netzstrom. www.co2online.de


PV als Teil derFassadengestaltung

Eine besondere Form der PV-Anlage ist die gebäudeintegrierte PV (GIPV). Bei ihr werden die PV-Module zum Teil der Gebäudehülle, also zum Fassadenpanel. Besonders Architekten integrieren PV-Module gerne zugunsten einer guten Fassadengestaltung in die Gebäudehülle. Neben diesen optischen Eigenschaften und ihrer Funktion, Strom zu produzieren, müssen diese Module auch Witterungs-, Sonnenschutz und andere konstruktive Aufgaben übernehmen. Da die meisten Fassaden senkrecht zum Boden ausgerichtet sind, muss mit etwa 30 % weniger Ertrag im Vergleich zu 30°-geneigten Anlagen gerechnet werden. Eine ähnliche Variante sind PV-Module auf Sonnenschutz-Elementen.

Freiflächen

Statt auf Dächern oder Fassaden können PV-Anlagen auch auf Freiflächen aufgestellt werden. Manche von ihnen folgen auch dem Sonnenstand und können in unseren Breiten höhere Energiegewinne erzielen. Allerdings müssen hier Steuerung, Statik und Kosten den Mehrerträgen gegengerechnet werden.

Eigenverbrauch

Unabhängig von der Montageart gibt es zwei Möglichkeiten, den Solarstrom weiterzuverwenden. Bis vor ein paar Jahren war es nur möglich, den selbst erzeugten Strom ins öffentliche Stromnetz einzuspeisen. Das geht auch heute noch, gleichzeitig ist es inzwischen auch möglich, den selbst erzeugten Strom selbst zu nutzen. Strom aus PV-Anlagen wird über die Einspeisevergütung gefördert. Dabei erhält der Anlagenbetreiber eine festgelegte Vergütung für eingespeisten Solarstrom über einen Zeitraum von 20 Jahren garantiert. Im ersten Quartal 2019 bewegten sich die Vergütungen bei bis zu 10 kWp im Durchschnitt bei 11,35 Cent, bis 40 kWp bei 11,03 Cent und bei bis zu 100 kWp bei durchschnittlich 9,47 Cent. Die Erlöse können so recht genau prognostiziert werden.

Das wichtigste Element in einer Solarzelle ist der Halbleiter, der bei 90 % der hergestellten Anlagen aus Silizium besteht. Dieses chemische Element ist z. B. als Sand oder Mineral zu finden. E3DC/Thomas Salzmann


Unabhängig mit Batteriespeichern

Viele Hauseigentümer finden PV-Anlagen gerade dann attraktiv, wenn sie ihren eigens erzeugten Strom selbst nutzen können, da sie von „den Großen“, den Energielieferanten, nicht mehr abhängig sein möchten. Tendenz der Nachfrage nach diesem Modell: steigend! Diese Unabhängigkeit ist mithilfe von Solarstrom- Speichern möglich. Solarstrom-Speicher sind Batterielösungen, dank derer man den eigens erzeugten Strom auch dann verbrauchen kann, wenn die Sonne gerade nicht scheint. Ohne Speicher muss dagegen der Strom sofort verbraucht oder ins Netz eingespeist werden. Als Batterie haben sich Lithium-Ionen-Akkus durchgesetzt. Diese laden sich tagsüber auf, wenn die Sonne scheint. Überschüsse werden zwischengespeichert. Erst, wenn die direkte Leistung der PV-Anlage nicht mehr ausreicht, weil beispielsweise keine Sonne mehr scheint, übernimmt die Batterie die Stromversorgung und der Strom kann aus dem Speicher entnommen werden. Der Speicher lädt und entlädt selbstständig, sodass keine weitere Steuerungstechnik nötig ist. Die Technologie gilt mit zehn Jahren Garantie auf die Speicher als verlässlich. Besonders viel Platz muss für den Speicher nicht eingeplant werden. In der Regel ist jedes Haus für eine PV-Anlage mit Speicher geeignet. Nötig für die Installation sind etwa drei Quadratmeter Wandfläche für den Wechselrichter und eine wandmontierte Batterie, wobei sich die Speicher in Art und Größe unterscheiden.

links oben: Um möglichst viel Eigenstrom selbst zu verbrauchen, müssen Geräte wie die Waschmaschine kompatibel sein und vom Home-Manager gesteuert werden. SMA


Wirklich unabhängig?

Wie unabhängig ein Verbraucher vom Energielieferanten sein kann, entscheidet sich bei der Wahl der Speicherkapazität. Als Einsteiger-Größe für Speicher sind Kapazitäten von mindestens 5 bis 7 kWh erforderlich. Wirklich autark vom Bezugsstrom wird ein Nutzer aber erst ab mindestens 6 bis 14 kWh. Hier nennen Hersteller Unabhängigkeitswerte vom öffentlichen Stromnetz von bis zu 90 %. Ganz so rosig betrachten Wissenschaftler der RWTH Aachen die Ergebnisse nicht. In einer Studie beobachten sie tatsächliche Werte und kamen bislang zu dem Ergebnis, dass Verbraucher (noch) nicht ganz so autark sind. Erreicht werden übers Jahr gesehen Werte bis zu 70 %. Im Winter scheint die Sonne nicht so häufig, sodass weiterhin viel Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen werden muss. Generell aber zeigen sich die Wissenschaftler in Bezug auf die Technologie optimistisch. Sie gehen davon aus, dass die Investitionskosten für Batteriespeicher fallen und sich auch PV-Anlagen, die derzeit noch ohne Speicher auskommen, rechnen. Ab dem Jahr 2020 fallen diese aus der Vergütung heraus und werden dann mit Speichern nachgerüstet. Spätestens dann seien solche Systeme der Normalfall. ■Melanie Schlegel

links: Mit dem Batteriespeicher „eloPACK“ können Sie Überschüsse an selbst erzeugter elektrischer Energie zwischenspeichern, um diese dann zu nutzen, wenn Ihre Eigenerzeugung nicht mehr ausreicht. Vaillant


Während die Strompreise weiter steigen, arbeitet Ihre Solaranlage immer zu den gleichen Kosten und produziert nachhaltige Energie. QCells


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