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Referat Photovoltaik - Prinzipieller Aufbau und Funktionsweise photovoltaischer


projekt referate

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Inhaltsverzeichnis

Photovoltaik

A)     Vorbemerkung

B) Solarenergienutzung im Haushalt durch Photovoltaik: Möglichkeiten und   Grenzen in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht

 

 

1. Prinzipieller Aufbau und Funktionsweise photovoltaischer Energieversorgungssysteme

          a) Aufbau einer Solarzelle

b) Grundsätzliche Wirkungsweise

c) Der Aufbau des Solarmoduls

2. Technische Realisation und Problematik einer Photovoltaikanlage im Haushalt

    a) System- und Anlagentechnik

    b) Anwendungsbereiche

    c) Probleme aus der Praxis

3. Möglichkeiten und Grenzen in wirtschaftlicher Hinsicht      

a) Rentabilität und Kosten einer Photovoltaikanlage im Haushalt

          b) Fördermaßnahmen                                                    

C)     Resümee

D)     Anmerkungsteil

E)     Literaturverzeichnis

F) Eidesstattliche Erklärung

B) Solarenergienutzung im Haushalt durch Photovoltaik: Möglichkeiten und Grenzen in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht

1. Prinzipieller Aufbau und Funktionsweise photovoltaischer Energieversorgungssysteme

a) Aufbau einer Solarzelle

Für die Nutzung des photovoltaischen Effekts [A1] eignen sich Halbleiter [A2] am besten. Halbleiter sind eine Mischung aus einem leitenden (Metall) und nicht leitenden (Isolatoren) Material. In der Photovoltaik wird  meist Silizium als Halbleiter verwendet.

Durch gezieltes Einbringen von Fremdatomen (z.B. Bor oder Phosphor) in das Kristallgitter des Silizium-Kristalls, werden in der Silizium-Scheibe (Wafer [A3]; ca. 0,5mm) zwei Schichten mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften geschaffen. Die sogenannte n- (Donator) bzw. Die p- (Akzeptor) Schicht. Dieser Vorgang nennt sich Dotierung [A4]. Die Dotierung ist notwendig da Halbleiter nur schwach leiten. Durch die Dotierung bekommen die Halbleiter ein großes Potential an freien Ladungsträgern und somit sind sie gute Leiter. Während der Donator der Elektronenspender ist, ist der Akzeptor der Elektronenempfänger.

Die Kontaktierung der Solarzelle ist für Vorder- und Rückseite unterschiedlich. Während der metallische Kontakt auf der Rückseite flächendeckend angebracht werden kann, muß der Kontakt auf der dem Licht zugewandten Seite so gestaltet sein, daß möglichst viel Licht auf das Silizium trifft. Monokristalline Solarzellen [A5] haben daher auf der Vorderseite zur Spannungsableitung sehr schmale Metalleiterbahnen, meist Kontaktfinger genannt.

Es gibt noch andere Solarzellentypen (z.B. polykristalline [A6] und amorphe [A7] Solarzellen), zur Vereinfachung wurde jedoch nur die monokristalline Solarzelle beschrieben. Sie wird in der Praxis am häufigsten verwendet, und ist für den Leser auf Grund der Komplexität der Halbleiterphysik am leichtesten verständlich.

b) Grundsätzliche Wirkungsweise

Durch die wie unter a) bereits genannte Dotierung, erhält man eine “p-dotierte“ Schicht mit einem Überschuß an freien positiven Ladungsträgern und eine “n-dotierte“ Schicht mit negativen Ladungsträgern. Im Silizium-Plättchen entsteht eine n-/p-Grenzschicht. Um die n-/p-Grenzschicht hat sich schon im dunklen Zustand auf Grund der entgegengesetzten Dotierung eine Verschiebung (Diffusion) von Elektronen in die p-Schicht bzw. von Löchern in die n-Schicht vollzogen. Diese diffundierten Elektronen und Löcher werden auf beiden Seiten der Trennschicht zum Stoppen gebracht und bilden somit ein elektrisches Feld, daß vom n- zum p-Halbleiter gerichtet ist.

In dem Kristallgitter gibt es eine Fehlstelle, ein sogenanntes Loch. Dieses hat eine positive Ladung, die der Größe nach der Ladung eines Elektrons entspricht. Damit wirkt es auf ein Elektron ein, was dazu führt, daß sich nun dieses aus seiner Bindung löst und das Loch besetzt. Aber dadurch entsteht natürlich wieder ein Loch, welches seinerseits auf ein Elektron wirkt. Es verläßt seinen alten Platz, besetzt das Loch und hinterläßt eine Fehlstelle. Im Prinzip ein Kreislauf ohne Ende. So entsteht an der Trennschicht ein elektrisches Feld. []  (Hoffmann 18)

Treffen nun Photonen (Lichtquanten -> massenlose Elementarteilchen) auf die dotierte Silzium-Schicht, werden durch die Energie der Photonen, aus dem Atomverband des Kristalls, Elektronen gelöst. Diese werden durch das elektrische Feld sortiert. Es entsteht eine Potentialdifferenz und damit an den äußeren Anschlußkontakten auch eine Spannung, so daß bei Anschluß eines Verbrauchers ein Strom fließen kann (siehe Abb.2).

c) Der Aufbau des Solarmoduls

Die derzeit üblichen kristallinen Solarzellen von 100 x 100 mm Größe geben bei voller Einstrahlung eine Leistung von ca. 1,5 Watt bei einem Strom von etwa 2,5A ab. Um unter diesen Bedingungen zu technisch nutzbaren Leistungen zu gelangen und um das hochempfindliche Silizium-Plättchen zu schützen, ist es notwendig mehrere Solarzellen zu einem Solarmodul [A8] zu verschalten.

Die Leistung  einer Solarzelle reicht für kaum mehr als einen Taschenrechner. Zur Stromerzeugung werden deshalb Solarzellen in Solarmodulen miteinander verkettet und dort schützt sie eine Vorderabdeckung aus Glas, eine Rückseitenabdeckung  und ein Rahmen vor extremer Witterung und Beschädigung.  (Staatsministerium 26)

Durch das Verschalten von einzelnen Solarzellen zu festen Einheiten von 10.40 Zellen werden die sogenannten “Module“ hergestellt. Je nach Spannungs- und Strombedarf lassen sich die Zellen des Moduls in Reihe (Spannungen addieren sich; Stromstärke = konstant) oder parallel (Stromstärken addieren sich; Spannung = konstant) schalten. So ergibt sich für ein solches Modul eine Leerlaufspannung von ca. 15 bis 24V.

Die maximale Leistung oder auch Spitzenleistung [A9] (Pmax) von Solarzellen und -modulen, wird in Wattpeak (Wp) angegeben. Voraussetzung für die Messung der maximalen Leistung sind Normbedingungen wie Einstrahlung (1000W/m²), Zellentemperatur (25C°) und das Lichtspektrum (AM 1,5). Diese normierten Leistungsangaben erlauben vergleiche von Modulen verschiedener Hersteller. Die Spitzenleistung ist stark abhängig von der Zelltemperatur, mit steigender Bestrahlungstärke und Temperatur nimmt diese rapide ab.

Die Ausgangsleistung von Solarzellen ist stark abhängig von der Temperatur der Zelle: Pro Grad Temperaturerhöhung sinkt die Spannung um mehr als 0,5%, der Strom steigt um ca. 0,05%. Für die Leistung wirkt sich gerade die Spannungsabhängigkeit stark aus, die Leistung sinkt also um ca. 0,5%, wenn die Zelle um 1 Grad wärmer wird.  (WWW Solid)

Mehrere zusammengeschaltete Module ergänzen sich zu einem PV – Generator [A10].

2.   Technische Realisation und Problematik einer Photovoltaikanlage im Haushalt

a)  System- und Anlagentechnik

Ein aus mehreren zusammengeschalteten Solarmodulen bestehender Solargenerator erzeugt aus der Sonnenenergie Gleichstrom [A11]. Dieser wird durch ein sogenanntes Netzkopplungsgerät – Wechselrichter [A12] - in netzkonformen Wechselstrom [A13] umgewandelt und direkt in das mit dem öffentlichen Stromversorgungsnetz verbundene Hausnetz eingespeist. Hier versorgt er alle angeschlossenen Verbraucher, wie Haushaltsgeräte, Lampen usw. Bei nicht ausreichendem Solarstromangebot wird automatisch zusätzliche Energie aus dem öffentlichen Netz bezogen, um den Betrieb der angeschlossenen Geräte sicherzustellen. Überschüssiger Solarstrom, den man nicht für den eigenen Verbrauch benötigt, wird direkt ins öffentliche Netz eingespeist und steht somit anderen Stromabnehmern zur Verfügung. “Ein Energiespeicher ist in diesem Fall nicht erforderlich“  (Schmid 114).

Außer dem im Haushalt bereits installierten Elektrizitätszählern für die aus dem öffentlichen Netz bezogene elektrische Energie benötigt man einen zusätzlichen Einspeisezähler. Er dient als Basis für die Vergütung der ins öffentliche Netz eingespeisten Solarenergie durch das EVU [A14].

Bei der zentralen PV- Systemtechnik werden mehrere in Reihe geschaltete Solarmodule - sogenannte Strings - zur Erhöhung der Leistung in einem Verteiler parallel geschaltet und dann einem gemeinsamen Wechselrichter zugeführt. Für den Benutzer ist ferner wichtig, daß auch kleinste Anlagengrößen bereitgestellt werden können und daß sich die Anlage im Baukastensystem beliebig erweitern läßt. So ist ein schrittweiser, kostengünstiger Aufbau einer Solaranlage möglich.

Solarer Gleichstrom kann im Wechselrichter in Wechselstrom mit einer Nennspannung von 230 V umgewandelt werden, was den Verbund mit dem öffentlichen Stromnetz ermöglicht. An schönen Tagen versorgt dann der Solargenerator die elektrischen Verbraucher, während der überschüssige Strom in das öffentliche Netz eingespeist werden kann. In der Nacht und bei ungünstiger Witterung erfolgt die Versorgung aus dem öffentlichen Netz.  (Staatsministerium 26)

b)  Anwendungsbereiche

Den Anwendungsbereichen netzgekoppelter Solarstromanlagen, sind kaum Grenzen gesetzt. Es lassen sich ohne weitere Probleme potentielle Großverbraucher im Haushalt, wie Kühlschrank, Waschmaschine, Fernseher oder Schlag - Bohrmaschine, betreiben. Dies wird nur durch die wie in 2a) beschriebene System - und Anlagentechnik möglich.

Ausgereifte Technik und ein einwandfreies Zusammenspiel der notwendigen Komponenten, ermöglichen eine Solarstromnutzung, natürlich mit Unterstützung des Netzes, daß ganze Jahr über.

Die photovoltaische Stromerzeugung hat sich mittlerweile in zahlreichen Anwendungen bewährt. Einmal in ganz gewöhnlichen Gebrauchsgegenständen, wie beispielsweise Taschenrechnern, Uhren und Radios, aber auch in größeren Systemen wie Baustellenbeleuchtungen, Haushalten und anderen Bereichen. []  (Staatsministerium 27)

c) Probleme aus der Praxis

Neben den “normalen“ Problemen wie z.B. der Ausrichtung der Module oder den Bauordungsnormen, gibt es weitaus gravierendere Probleme mit der technischen Realisierung. Wie man im Punkt 2a) sehen konnte, wurde nur von einer netzgekoppelten Anlage gesprochen, aber nicht von einer autarken Solaranlage [A15]. Dies hat einen besonderen Grund, nämlich den der Speicherung der Energie. Verdeutlichen wir uns dies an dem unten aufgeführten Diagramm.

Wie wir dem Diagramm entnehmen können erzeugen die Solarmodule in den Monaten April - September am meisten Strom, daß hängt damit zusammen das in diesen Monaten die Tage länger sind, die Sonne geht früher auf und später unter. Aber gerade in dieser Zeit wird am wenigsten Strom verbraucht. Viele Geräte im Haushalt, wie Heizung oder Trockner fallen fast ganz weg, Licht wird erst in den späten Abendstunden benötigt.

Dazu im Gegensatz die Monate von Oktober - März. Die Tage werden kürzer und kälter, der Energiebedarf steigt.

Der Einsatz von Akkumulatoren [A16] steht im krassen Gegensatz dazu. Im Sommer speichern sie viel Energie obwohl wenig benötigt wird. Im Winter können sie nicht soviel Energie speichern, da zu wenig geerntet [A17] wird, wie Energie gebraucht wird. Folglich müßte man in den energiearmen Monaten noch zusätzlich neben den Akkus, ein Aggregat [A18] betreiben, welches für ein Einfamilienhaus relativ teuer kommen würde.

Autarke- oder auch Inselnetze sind daher für den normalen, häuslichen Einsatz völlig ungeeignet, und werden laut Solid-Mitarbeitern nur noch in besonderen Gebieten eingesetzt.

In autarken PV - Anlagen schwankt der Energieertrag des Solargenerators entsprechend der unterschiedlichen Sonneneinstrahlung im Tag- / Nachtzyklus und im Sommer- / Winterzyklus. die im Mittel eingestrahlte Sonnenenergie kann im Sommer 5- bis 6mal so groß sein wie im Winter. Die Anlagen müssen deshalb mit Energiespeichern ausgestattet sein, die in Energieüberschuß - Perioden vom Solargenerator aufgeladen werden und energetische Defizit - Perioden überbrücken. Bei ganzjähriger Nutzung der Anlage muß der Solargenerator nach dem Einstrahlungswert im einstrahlungs - schwächsten Monat des Jahres, bei Nutzung innerhalb einer Periode innerhalb des Jahres nach dem Einstrahlungswerten im einstrahlungs - stärksten Monat der Betriebsperiode dimensioniert werden. In den übrigen Monaten steht Überschuß - Energie zur Verfügung, die nicht genutzt werden kann, weil kein Bedarf vorhanden ist.

Befindet sich die Anlage im Bereich eines EVU - Netzes, ist es möglich, Energiedefizite aus dem EVU - Netz zu decken und / oder Überschuß - Energie in das EVU - Netz abzugeben.

Damit können separate Energie eingespart werden, das EVU - Netz wirkt als Energiespeicher und die Energiekosten infolge der Vergütung (wird im Punkt 3c noch näher erläutert) für die in das EVU - Netz eingespeiste elektrische Energie gesenkt werden. []  (Schoedel 142)

Außerdem besitzen PV – Anlagen eine Reihe von Besonderheiten, welche sich in der technischen Realisation bemerkbar machen. Wie wir bereits wissen liefern PV – Anlagen Gleichstrom. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Gleichstromes, stellt er eine der größten  Schwierigkeiten in der Photovoltaik dar. Zunächst einmal läßt sich der Gleichstrom, nicht wie der Wechselstrom einfach abschalten. Es fehlt ihm, im Gegensatz zum Wechselstrom, der charakteristische Nulldurchgang der Sinuskurve. Bei Abschaltvorgängen stellt das ein großes Problem dar, da nämlich nicht wie beim Wechselstrom ein Lichtbogen erlischt. Daher sind besondere Varistoren [A19] notwendig, normale Schalter wären Wirkungslos. Diese Varistoren werden ab einer  Spannung von 60 V eingesetzt, daß hört sich zunächst  ziemlich niedrig an, wird jedoch bereits bei drei in Reihe geschalteten Modulen erreicht.

Hinzu kommt noch, das für Gleichstrom besondere Kabel eingesetzt werden müssen, denn Gleichstrom läßt sich nicht transformieren. Das heißt der Leiterquerschnitt wird um so dicker, je mehr Energie benötigt wird. Außerdem muß man beim Gleichstrom auf die richtige Polarität achten. Bei Wechselstrom betriebenen Geräten, steckt man den Stecker beliebig in die Steckdose, auf eine besondere Polarität  ist nicht zu achten. Im Gegensatz zum Wechselstrom, muß das Gerät bei Gleichstrom entsprechend der Polarität angeschlossen werden, nur gibt es noch keine gängige Normung für Gleichstromstecker oder Steckdosen, welche jedoch ohne einen Wechselrichter unbedingt erforderlich wären.

Wobei  wir gleich bei einem weiteren Problem wären, nämlich dem das es kaum Geräte gibt die auf Gleichstrombasis funktionieren, mal abgesehen von den Campinggeräten. Jeder Kühlschrank, Fön, Fernseher usw. den man im Handel kaufen kann arbeitet mit Wechselstrom, obwohl zum Beispiel der Fernseher den Wechselstrom zum Betrieb wieder in Gleichstrom umwandelt. Dies führt uns wieder zum ersten Punkt zurück. Denn wenn viele Geräte sowieso mit Gleichstrom funktionieren, warum nutzen wir dann den Wechselstrom? Weil es auch für das EVU unmöglich ist, Gleichstrom zu transformieren oder 10 000 V über normale Leitungen zu schicken. Der Durchmesser für ein 10 000 V Gleichstromkabel würde wahrscheinlich mehrere Meter betragen.

Des weiteren ist es besonders wichtig zu wissen, daß PV- Generatoren Stromquellen und keine Spannungsquellen sind. Ihr Nennkurzschlußstrom liegt daher nur wenig  (1,2 fach) über dem Nennstrom. Ein Solargenerator ist aus diesem Grunde unbegrenzt Kurzschlußfest. Herkömmliche Überstromschutzvorrichtungen (Sicherungen mit Schmelzeinsatz oder Leitungsschutzschalter) sprechen hier nicht an, da sie zum schnellen Auslösen mindestens den dreifachen  Nennstrom benötigen. Da die Anlage schon bei geringster Einstrahlung Strom produziert, also fast immer unter Spannung steht, läßt sie sich bei Fehlströmen, beispielsweise ausgelöst durch Isolationsdefekte an den Kabeln und Leitungen, nicht einfach abschalten.

 

3. Möglichkeiten und Grenzen in wirtschaftlicher Hinsicht      

a)   Rentabilität und Kosten einer Photovoltaikanlage im Haushalt

Die Photovoltaik ist sicher die unwirtschaftlichste Möglichkeit Sonnenenergie zu nutzen. Im Augenblick liegt der Energieerzeugerpreis bei netzgekoppelten Solaranlagen ohne Energiespeicher noch um den Faktor 8 bis 10 über dem der herkömmlichen Energiequellen. Dieses Bild ist aber insofern verzerrt, als der Preis herkömmlicher Energien nicht alle Kosten enthält (Aufwendungen für Umweltschäden, Gesundheitsschäden, Entsorgung etc.) würden alle diese Folgeaufwendungen berücksichtigt, würde sich die Wettbewerbssituation der Photovoltaik verbessern.

Die Solarzellen wandeln solare Strahlung (gleichgültig ob es um direkte oder diffuse Strahlung geht [A20]) unmittelbar und ohne mechanische Verschleißteile in Elektrizität um. Der Wartungsaufwand ist entsprechend gering.

Die Investitionskosten für PV – Anlagen schwanken wegen unterschiedlicher Systemauslegung in einem weiten Bereich. In der Regel entfällt nur die Hälfte der Investitionskosten einer Anlage auf die Solarmodule.

Für netzgekoppelte Anlagen, wie sie für den “Normalverbraucher“ typisch sind, lassen sich die Kosten relativ gut abschätzen. Sie betragen zur zeit 19.000,- bis 29,000,- DM / kWp; für ein 40 bis 50 Wp – Modul kann man mit etwa 450,- bis 800,- DM rechnen.

Alles in allem betragen die Stromerzeugungskosten aus netzgekoppelten PV – Anlagen ohne Batteriespeicher in Abhängigkeit von Einstrahlung, Lebensdauer der Komponenten und insbesondere den Zinsen derzeit 1,80 DM bis 3,70 DM / kWh, wobei jede in das Stromnetz eingespeiste Kilowattstunde entsprechend dem Stromeinspeisungsgesetz [A21] vom 07.12.90 vergütet wird, d.h. zur Zeit mit rd. 14,34 Pf / kWh (Daten Nürnberg).

Als Beispiel sei eine PV – Anlage zur Netzeinspeisung ohne Batteriespeicher für 2,5 kW mit Durchschnittswerten aus verschiedenen Angeboten und folgenden Parametern auf der nachfolgenden Seite vorgestellt.

Mit diesen Parametern ergibt sich ein Kilowattstundenpreis von 2,- DM, der auch bei entsprechender Förderung durch Bund, Länder und Gemeinden noch deutlich über den gegenwärtigen Stromkosten des öffentlichen Netzes liegt. Günstiger kann sich eine Vergleichsrechnung zu den Stromkosten zwischen PV – Anlagen und einer zentralen Elektroenergieversorgung gestalten, wenn die Anschlußkosten an das öffentliche Versorgungsnetz beispielsweise aufgrund hoher Entfernungen, komplizierter geographischer Lage etc. sehr hoch sind. Dies kann z.B. in Bergregionen der Fall sein ( Einzelhöfe, Berghütten).

Lebensdauer 20 Jahre

Energieertrag ( 850 kWh pro kWp u. Jahr)

davon Eigenverbrauch

an EVU abgeben

Jährliche Betriebskosten

(Wartung/Versicherung)

Zinssatz

Inflation

2.125 kWh/a

1.000 kWh zu 25 Pf.

1.125 kWh zu 16,61 Pf.

2% der Investitionskosten

9%

3%

Investitionskosten

bestehend aus:

50 Stck. Solargeneratoren

Wechselrichter

mit dreiphasiger Netzüberwachung

MPP – Tracker (Maximalleistungsregelung)

Automatischer Dämmerungsschalter Ein – Aus

Installation der Generatoren auf dem Dach

Installation bis zum Anschlußkasten

und Anschlußkasten

Verdrahtung einschl. aller Materialien

und Meßeinrichtungen

Wechselspannungsseitige Installation und

Erweiterung der vorhandenen Zähleinrichtung

1 Stck. Eigenzähler

(im Wechselrichter - Gehäuse eingebaut)

Blitzschutz/Erdung

Befestigungskonstruktion des PV - Generators

(Überdachung- oder Flachdachmontage)


Dokumentation

45.670,- DM

35.000,- DM

  4.000,- DM

     400,- DM

     250,- DM

  1.200,- DM

     600,- DM

  1.700,- DM

     550,- DM

     140,- DM

     680,- DM

  1.000,- DM

     150,- DM

(BMWi 49)

b) Fördermaßnahmen

Momentan gibt es keine Förderprojekte in Bayern oder in Deutschland. Die letzten Projekte im Bereich Photovoltaik waren das 1.000 – Dächer – Programm  und 50.000 – Dächer – Solarinitiative.

Mit diesen Projekten erlebte die Photovoltaik einen Aufschwung und wurde in der Bevölkerung bekannt. Inzwischen sind beide Projekte jedoch schon ausgelaufen.

Investitionskosten von netzgekoppelten Anlagen mit einer Leistung zwischen 1 und 5 Kilowatt wurden mit ca. 70 % bezuschußt. Zusammen mit der fortschreitenden Wechselrichtertechnologie und die in einigen Kommunen geförderte Vergütung von Photovoltaikstrom hat das Förderprogramm in den vergangenen Jahren die Zahl an netzgekoppelten Anlagen ansteigen lassen.

Jedoch wurden weitere geplante Projekte, aufgrund unserer wirtschaftlichen Situation eingestellt. Neu ist noch, daß für jedes kW Solarmodule auf dem Dach ab 1997 statt der bisher bezuschußten 7.000 DM nur noch 6.000 DM gezahlt werden. Glücklich können sich dagegen Nürnbergs Bürger, Firmen und Vereine schätzen, bekommen sie mit der 'Kostendeckenden Vergütung' schließlich die momentan wohl lukrativste Förderung.

In Nürnberg, aber auch in vielen anderen Städten, z.B. in Roth oder München, gilt seit 1.1.96 die sogenannte 'Kostendeckende Einspeisevergütung für Solarstrom', kurz 'KV' genannt. Doch viele Menschen - ob potentielle Solaranwender oder 'normale' Stromverbraucher - wissen immer noch nicht genau, wie das geht mit der 'KV'. Betreiber von Solarstrom - (PV-) Anlagen speisen allen erzeugten Sonnenstrom ins öffentliche Netz ein. Die EWAG als Nürnberger Energieversorgungsunternehmen(EVU) kaufen diesen Strom zu einem Preis, der so hoch ist, daß mit diesem Geld eine Solaranlage finanziert und betrieben werden kann: Der Betreiber erleidet durch die Solaranlage also keinen Verlust. Einmal pro Jahr wird der Preis für eine in diesem Jahr errichtete preiswerte PV - Anlage ermittelt und damit die maximale Höhe der KV bestimmt: Derzeit sind dies in Nürnberg 2 DM je erzeugter kWh Solarstrom. Kostet die tatsächliche Anlage weniger als das Mustersystem, verringert sich der KV-Preis. Der PV - Betreiber schließt mit der EWAG einen Vertrag und bekommt diesen festgelegten Preis dann 20 Jahre lang für jede erzeugte kWh vergütet. Damit kann er rechnen. Das Prinzip der Kostendeckenden Vergütung ist in der Energiewirtschaft überhaupt nichts Neues. Schon bisher bezahlen wir einen Mischpreis für unseren Strom: Er wird beispielsweise in Kohlekraftwerken wie Frauenaurach - 'Grundlast' genannt - relativ billig erzeugt. Sogenannter 'Spitzenlaststrom' aus dem Pumpspeicher - Kraftwerk Happurg oder dem Gebersdorfer 'Franken 1' dagegen ist relativ teuer. Zu diesem 'konventionellen' Strom kommt nun noch Sonnen- oder Windstrom hinzu - der Mischpreis verändert sich dabei nur sehr gering. In Nürnberg gilt derzeit ein Zuschlag von 0,0005 DM/kWh. Damit wird ein normaler 4-Personen-Haushalt mit ca. 2 DM pro Jahr belastet. Und es können höchstens 6 DM pro Jahr werden, wenn die Höchst - Zahl installierter PV - Anlagen erreicht ist. 

C) Resümee

Die Photovoltaik stellt wahrscheinlich den interessantesten Teil der alternativen Energien dar. Sie wird sich in den nächsten Jahren immer mehr etablieren, da die Energie unserer Sonne nahezu unerschöpflich ist.

Sie hat  bereits in vielen Bereichen Einzug gehalten, z.B. die Parkscheinautomaten in der Innenstadt. Aber auch in wissenschaftlichen Bereichen ist sie nicht mehr wegzudenken. Die Weltraumforschung wäre hier zu nennen, nicht nur das die Photovoltaik maßgeblich an vielen Projekten beteiligt ist, nein sie verdankt auch größtenteils der Weltraumforschung ihr technisches Niveau. Anfang der 60er Jahre suchten amerikanische Wissenschaftler nach einer möglichen, unerschöpflichen Energiequelle für Satelliten und sie fanden sie in der Photovoltaik. Durch diese intensive Forschung wurde die Photovoltaik für den normalen Markt attraktive.

Sie ist aber leider momentan nicht nur die unwirtschaftlichste Energiequelle, sondern auch noch die teuerste. Der Preis für PV – Anlagen muß in den nächsten Jahrzehnten drastisch zurückgehen, so daß ein Fairer Vergleich zu herkömmlichen Energiearten vorgelegt werden kann.

Des weiteren ergeben sich aus der Photovoltaik noch andere Arten der Energiegewinnung. Wie der Solar – Wasserstoff welcher keine Energiequelle sondern ein Energieträger ist. Sinn des Solar – Wasserstoffes ist es die Energie der Sonne zu speichern. Bayern ist ein Zentrum der Solar – Wasserstoff –Forschung. Aber noch ist viel Forschungsarbeit notwendig.

Doch wenn sich erst einmal eine Person , zu einer alternativen Energiequelle entschieden hat, muß sie auch einen intelligenten Energieverbrauch erlernen. Voraus denkendes Handeln und Umgang mit der Energie sind Grundvorraussetzungen für einen intelligenten Energiekonsum. Haben wir das erst einmal erlernt, werden regenerative Energieformen für uns attraktiv werden.

D) Anmerkungsteil

[A  1]:

Photovoltaik - der Begriff bedeutet Spannung (Voltaik) aus Licht (Photo). Darauf beruhend bezeichnet man die direkte Umwandlung von Licht in elektrischen Gleichstrom heute allgemein als Photovoltaik. Entdeckt wurde dieser grundlegende Effekt bereits 1839 vom französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel.

[A  2]:

Halbleiter sind chem. Elemente und Verb., die einen hohen spezifischen Widerstand haben, der bei Zunahme der Temperatur abnimmt.

[A  3]:

Wafer sind Halbleiterscheiben aus zwei Schichten mit unterschiedlichem elektrischem Verhalten: Eine Schicht kann negative Ladungsträger (Elektronen) aufnehmen und wird daher als n-Schicht bezeichnet. Die andere Schicht hat bei Bestrahlung einen Überschuß an positiven Ladungsträgern ('Elektronenlöcher'), gleichbedeutend mit einem Mangel an Elektronen; sie wird p-Schicht genannt.

[A  4]:

Die Dotierung ist eine gezielte Verunreinigung des Reinst-Siliziums mit Fremdatomen. In einem sog. Diffusionsvorgang werden Fremdatome (z.B. Bor, Phosphor), die Elektronen abgeben können, unter die Oberfläche des Wafers gebracht.

[A  5]:

Monokristalline Solarzelle werden aus Reinstsilizium hergestellte. Einkristalline Solarzelle werden sehr langsam aus der Silizium-Schmelze herausgezogen, man züchtet einen sog. Einkristall. Mit Solarzellen aus monokristallinem Silizium werden die höchsten Wirkungsgrade erzielt. Serienmäßig gefertigte Module mit Mono-Zellen gibt es mit Wirkungsgraden bis zu 17% zu kaufen.

[A  6]:

Multi- oder Poly – Silizium - Solarzellen werden ähnlich wie monokristalline Solarzellen als Scheiben von einem Siliziumblock gewonnen. Dieser ist allerdings kein Einkristall sondern nur eine kontrolliert abgekühlte Siliziumschmelze mit vilen Kristalliten. Der erreichte Wirkungsgrad von kaufbaren Modulen mit solchen Zellen liegt bei ca. 15%.

Eigentlich ist die Bezeichnung 'poly' im Zusammenhang mit Silizium-Kristallen falsch:

'poly' bedeutet 'viele gleiche', doch Solarzellen bestehen aus verschieden großen Kristalliten.

'multi' bedeutet 'viele verschiedenartige', was - wie oben erläutert - bei Solarzellen gegeben ist.

Dennoch schreiben die Hersteller meist 'polykristallin', und selbst renommierte Wissenschaftler verwenden diesen Begriff.

[A  7]:

Amorphe Solarzellen werden durch Aufdampfen mehrerer Halbleiterschichten auf ein sogenanntes 'Substrat', meist Glas, hergestellt. Die Atome scheiden sich dort nicht in einer Kristallstruktur sondern ungeordnet (= amorph ) ab. Im Handel mit Wirkungsgrad: ca. 7%

[A  8]:

Ein Solarmodul entsteht durch die Zusammenschaltung einzelner Solarzellen, inklusive 'Verpackung' (Modulrahmen, Glasscheiben)

[A  9]:

Die Spitzenleistung Pmax ist die maximale Leistung einer Solarzelle bei Standardtestbedingungen. Diese lauten:

Einstrahlung: 1000 W/m² [Watt pro Quadratmeter],

Zellentemperatur: 25°C

Lichtspektrum: AM 1,5 [Air Mass; festgelegter Wert]

Modulleistungen werden in der Einheit Wattpeak (Wp) angegeben. Diese normierte Leistungsangabe erlaubt den Vergleich von Modulen und Zellen verschiedener Hersteller.

[A10]:

Der Solargenerator ist die Gesamtheit der für eine PV-Anlage verwendeten Module: Ein SG kann somit aus einem oder mehreren Modulen bestehen.

 

[A11]:

[A13]:

Wechselstrom / Gleichstrom

Solarzellen erzeugen Gleichstrom (DC = Direct Current) . Dieser Strom besitzt eine gleichbleibende Richtung, und evtl. veränderliche Stärke. Vom Wechselrichter wird er in den üblichen Wechselstrom (AC = Alternatin Current) umgewandelt, dessen Stärke, oder Richtung sich zeitlich und periodisch ändert. ('sinusförmiger Wechselstrom).

[A12]:

Die Wechselrichter (auch DC-AC-Konverter genannt) sind das Bindeglied zwischen Gleich- und Wechselstromtechnik. In PV-Insel-Anlagen ermöglichen Wechselrichter den Betrieb von konventionellen Wechselstrom-Verbrauchern.

[A14]:

EVU: Energieversorgungsunternehmen

[A15]:

Autarke Solaranlagen: Netzunabhängige Solaranlagen

[A16]:

Akku (Akkumulator) : wiederaufladbares Sekundärelement (Stromspeicher)

[A17]:

Geerntet: In der Photovoltaik spricht man nicht von Energiegewinnung sondern von Energieerntung.

[A18]:

Aggregat: Meist ein Generator zur Energieerzeugung, auf Basis von Verbrennungsstoffen.

[A19]:

Varistoren: Große Schutzschalter die es möglich machen bei hohem Gleichstrom einen Lichtbogen zuverhindern.

[A20]:

direkte Strahlung / diffuse Strahlung

Direkte Strahlung (schattenwerfend) trifft ohne Streuung durch Bestandteile der Erdatmosphäre auf eine Fläche. Durch Streuung (Nebel, Dunst, Wolken) entsteht diffuse / indirekte Strahlung

[A21]:

Das Stromeinspeisungsgesetz (StrEG, §2, Satz 2) spricht ausdrücklich von einer MINDESTVERGÜTUNG für regenerativ erzeuten Strom und läßt somit Spielraum für höhere Vergütungen.

Voraussetzung für die Umlage der Mehrkosten auf den allgemeinen Strompreis ist eine elektrizitätswirtschaftlich rationelle Betriebsführung der Solaranlage. (§12, Satz 2 BTO Elt). Vermeidbare Mehrkosten, die sich aus unsachgemäßem Betrieb ergeben, werden nicht berücksichtigt.

Die Bundestarifordnung Elektrizität erlaubt bei eingespeistem Strom aus erneuerbaren Energien und Kraft-Wärmekopplung die Umlage der Mehrkosten auf den Strompreis, auch wenn die Vergütungen über die (langfristig) vermiedenen Kosten hinausgehen (§11, letzter Satz). Voraussetzung ist der Abschluß eines Stromliefervertrages.

Zur rechtl. Zulässigkeit siehe.

[A22]:

1000-Dächer-Förderprogramm

70%. Förderung von Bund und Länder für mehr als 2500 netzgekoppelte PV-Anlagen in den Jahren 1991 bis 94.

D) Literaturverzeichnis

BMWi. Erneuerbare Energien verstärkt nutzen. Hg. Bundesministerium für Wirtschaft. Magdeburg: Gebr. Garloff, 41996

                                                    

Diaz - Santanilla, Guillermo. Technik der Solarzelle. München: Franzis, 1984.

EWAG. Das CO2- Minderungsprogramm Nürnberg. Hg. Energie- und Wasserversorgung AG

Hoffmann, Volker U. Photovoltaik - Strom aus Licht. Stuttgart: Teubner, 1996

Schmid, Jürgen. Photovoltaik: Strom aus der Sonne. Hg. Jürgen Schmid. Heidelberg: Müller, ³1994

Schoedel, Siegfried. Photovoltaik: Grundlagen und Komponenten für Projektierung und Installation. München: Pflaum, ²1993

Staatsministerium. Erneuerbare Energien in Bayern. Hg. Bayrisches Staatsministerium für Wirtschaft, Verkehr und Technologie.  Augsburg: ADV - Augsburger Druckhaus, 1996

Internetadressen:

Solid Homepage: www.nuernberg.de/solid



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