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1. Wie funktioniert eine Solarstromanlage? Die Elektrik der

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1. Wie funktioniert eine Solarstromanlage?
Die Elektrik der Solarstromanlage ist vom Hausnetz komplett getrennt.
Der Strom vom Solargenerator (auf dem Dach) wird vom Wechselrichter
in Wechselstrom umgewandelt. Über eine eigene Leitung wird der Strom in
den Keller geführt und dort über einen eigenen Zähler in das öffentliche
Stromnetz geleitet.
2. Was ist Photovoltaik ?
Photovoltaik ist Photonenenergie der Sonne (Photon) und Spannung die erzeugt wird (Voltaik).
Es ist also Spannung (oder auch Leistung) von der Sonne (Photonenenergie)
Mit anderen Worten ist es also nur Sonnenenergie die in elektrische Spannung umgewandelt wird.
Silizium ist der Hauptbestandteil einer Solarzelle und wird aus Sand geschmolzen, der unbegrenzt
verfügbar ist. Es leitet nur bei Energeieinstrahlung. Eine Solarzelle wird an der Oberseite mit Phosphor
besprüht und an der Unterseite mit Bor. Die Oberseite hat 5 Elektronen und die Unterseite 3 Elektronen.
Die Elektronen versuchen ein Gleichgewicht zu erzielen (je 4 Elektronen). Da Silizium 4 Elektronen
hat, dient es quasie nur als Transportmedium.
Sobald die Solarzelle der Sonne ausgesetzt wird, leitet das Silizium und die unterschiedlichen
Elektronenladungen können nun fließen. Es entsteht ein Elektronenstrom der in den Wechselrichter
fließt und in das Stromnetz eingespeist wird.
Dieser Vorgang ist dauerhaft, daß heißt die Elektronen fließen in einem nie
endenden Kreislauf. Eine Solarzelle verliert also nicht an Substanz bzw. an Leistung.
3. Warum Photovoltaik ?
Photovoltaik ist unumstritten die Technik des 21. Jahrhunderts zur weltweiten Stromgewinnung.
Nur kommt die Technik nicht so richtig in Gang, Ein 100 Watt Photovoltaikmodul kostet heute noch ca. 300 €.
Es könnte heute ebenso 50 € kosten, wenn die Technik weiter vorangeschritten wäre.
Der Schmelzprozes für Solarzellen ist sehr aufwendig und es wird immer noch teures Silizium aus der
Chip-Produktion verwendet. Aktuell werden unzählige Modulfabriken gebaut, jedoch wird das Solar-Silizium
immer noch zu aufwendig und in zu kleinen Mengen produziert. Hier sind große Investitionen notwendig,
die von allen Herstellern aufgrund der unklaren langfristigen politischen Marktförderung gescheut wird.
Die technischen Voraussetzungen für "billige" Solarmodule sind längst gegeben.
Eine Solarzelle kostet heute noch 5 € , kann aber heute schon bei einer Massenfertigung für 0,5 € hergestellt werden.
Photovoltaik muß jetzt schnell marktreif werden, die Technik ist ausgrereift.
Der Markt (insbesondere in den Schwellenländern) verlangt nach dezentralen Energieeinheiten.
Heute ist immer noch über die Häfte der Weltbevölkerung ohne Stromanschluß.
Photovoltaik ist die einzige Lösung für eine "gerechte, umweltfreundliche und friedliche Energiegewinnung".
4. Wie funktioniert ein Solarmodul ?
In einem Solarmodul werden die Solarzellen ( typisch 36 Stk ) in Reihe zusammengeschaltet.
Eine Solarzelle hat eine Spannung von 0,5 Volt und einen Strom von 3-7 Ampere (je nach Größe).
Schaltet man die Zellen hintereinander, ergibt sich eine Modulspannung von 18 Volt und ein Strom von
3-7 Ampere.
5. Was ist der Wirkungsgrad eines Solarmoduls ?
Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis der Strahlungsenergie der Sonne zur erzeugten Energie
eines Solarmoduls. Die Sonne strahlt bei optimalen Verhältnissen: 1000 Watt Strahlungsenergie
auf einen qm. Ein qm Modulfläche setzt hiervon ca. 135 Watt in elektrische Energie um.
Über 50% gehen schon durch Reflektion verloren, dazu komen die Leiterbahnen, die Wärmeverluste etc..
Berechnung des Wirkungsgrades eines Photovoltaikmoduls:
Leistung des Solarmoduls pro qm / 1000 Watt Strahlungsenergie der Sonne pro qm
Beispiel: Fläche KC-125G-2 (125 Watt) = 1,425m * 0,652m = 0,929qm
Die Leistung des Moduls entspricht : 134,55 Watt / qm
Geteilt durch 1000 Watt pro qm ist der Wirkungsgrad: 13,5 %
Bitte beachten Sie: Der Zellenwirkungsgrad ist immer höher als der Modulwirkungsgrad.
In einem Solarmodul liegen die Zellen auf Abstand , je nach Zellentyp und Abstand
der Zellen ist der Modulwirkungsgrad unterschiedlich.
Entscheidend ist immer der Modulwirkungsgrad , Sie wollen ja keine Solarzelle kaufen.
6. Wie ist der Stand der Technik ?
Man unterscheidet heute noch zwischen monokristallinen, polykristallinen und Dünnschichtmodulen.
Bei den kristallinen Modulen ist der Stand der Technik ausgereizt und unwesentlich zu verbessern.
Die Wirkungsgrade der Solarzellen liegen bei ca. 15% und können nur mit hohem Aufwand verbessert
werden, was wiederum die ohnehin hohen Kosten nochweiter in die Höhe treibt.
Inzwischen sind zwischen mono- und popykristallinen Modulen keine Unterschiede in Ertrag.
Monokristalline Zellen werden in einer Zellstruktur gezogen, polykristalline Module werden in einem
Block gegossen. Bei polykristallinen Modulen stören Zellränder den Elektronenfluß, was aber heute
durch spezielle Techniken (Diffundierung mit Wasserstoffatomen) kaum noch eine Rolle spielt.
Von Dünnschichtmodulen verspricht man sich zukünftig den Durchbruch bei den Kosten.
Bei diesem Modultyp wird das Silizium quasie: " nur noch auf ein Trägermaterial gesprüht".
Die Vorteile liegen auf der Hand: automatische Produktion im Druckverfahren.
Aktuell haben Dünnschichtmodule einen geringeren Wirkungsgrad von ca.8% zudem altern die
Module d.h. der Wirkungsgrad wird auf die Jahre geringer.
Hier ist noch einige Entwicklungsarbeit notwendig .
Einen guten Überblick liefert ein Systemvergleich der Fachhochschule Lübeck.
Hier werden 5 Photovoltaikanlagen mit unterschiedlichen Modultypen in der Praxis betrieben
Module: Siemens SM 110 (monokristallin), Kyocera KC-110 (polykristallin), Solarex (Dünnschicht),
Shell Solar 75 Watt (polykristallin), BP-Solar : BP-585 (monokristallin)
Bitte beachten Sie: Solarex Dünnschicht - es wird mehr als die doppelte Modulfläche benötigt.
7. Wohin geht die Entwicklung ?
Der Trend geht aktuell zur Herstellung von polykristallinen Modulen in hohen Stückzahlen.
Absehbar ist eine Marktdominanz japanischer Hersteller in "Massenfertigung".
Der große Sprung zu "billigen Solarmodulen" liegt aber immer noch in "weiter Ferne".
Die Herstellung einer Solarzelle macht immer noch 70% der Kosten aus.
8. Wie lange hält eine Photovoltaikanlage ?
Die Lebenserwartung einer Photovoltaikanlage ist länger als 30 Jahre.
Die Solarzellen arbeiten unbegrenzt.
Die Solarmodule können altern und undicht werden.
Die Zellen sind in Kunstharz zwischen Sicherheitsglas und absolut resistenter Folie versiegelt.
Die Modulhersteller geben eine Leistungsgarantie auf die Module von 25 Jahren.
Die Leistungsgarantie bürgt für eine Mindestleistung von zumindest 80 % der Mindestleistung im Datenblatt
9. Soll ich noch abwarten ?
Nein, die Technik ist ausgereift und unwesentlich zu verbessern.
Die Einspeisevergütung ist mit 54,53 Cent/kWh sehr hoch und sinkt in 2006 um 5% auf 51,80 Cent/kWh (für Neuanlagen).
Photovoltaik ist damit eine rentable Kapitalanlage.
Jedoch ist der Photovoltaik Markt in 2005 völlig überhitzt. Hier kommt es aktuell zu überhöhten Preisen.
Bitte sehen Sie hier unsere Rentabilitätsberechnung.
10. Ist mein Dach geeignet ?
Die Ausrichtung sollte von Süd-Ost bis Süd-West sein.
Die Neigung zwischen 15 und 50 Grad.
Das Dach darf nicht verschattet werden !
Beobachten Sie bitte, ob im Frühjahr oder Herbst einen Schatten auf dem Dach liegt.
Im Winter ist der Schatten unwesentlich, da hier nur ein Bruchteil des Jahresertrages produziert wird.
Im restlichen Teil des Jahres sollte kein Schatten auf der geplanten Anlage liegen.
Bei einem Flachdach spielt nur die Verschattung eine Rolle.
Hier werden die Module auf einzelnen Alu-Blechkonsolen auf das Flachdach gestellt.
Ausrichtung immer Süd und 30 Grad.
Bei einer Fassade (senkrechte Montage) liegt der Ertrag ca. 25% niedriger.
11. Wird mein Dach undicht?
Nein, bei einem Pfannendach werden die Pfannen nicht beschädigt.
Die Dachhaken werden auf den Dachsparren aufgeschraubt und ragen unter den Dachpfannen hervor.
Die Anlage kann wieder abgeschraubt werden und das Dach ist wie vorher.
Bei einem Flachdach werden die Gestelle auf einer Gummimatte berührungslos auf das Dach gestellt.
Die Gestelle werden mit Ballast (Betonplatten = 50-100 kg) gegen Windlasten geschützt.
12. Kann ich die Photovoltaikanalge anstatt Dachpfannen einsetzen?
Im Prinzip ja, aber der Aufwand und die Kosten sind derzeit noch höher als die Einsparung.
Die Einbindung in das Dach ist aufwendig. Die Übergänge zwischen den Modulen und zur Pfanne
müssen dauerhaft sein. Die Module werden mit Alu-Leisten von oben abgedichtet, diese Leisten bilden
einen Schmutzrand ! Zudem sollten die Module hinterlüftet sein, weil bei zunehmender Temperatur der
Wirkungsgrad sinkt.
Silizium-Solarmodule haben ein temperaturabhängiges Spannungsverhalten.(physikalisches Gesetz).
Bei zunehmender Temperatur sinkt die Spannung, da Elektronen durch Wärmeenergie wandern können
und für die Leistung der Solarzelle verloren gehen. Darum erreichen Photovoltaikanlagen im Sommer auch
nur 80% der Nennleistung. Auch Dachpfannen mit eingebauter Solarzelle sind viel teurer (ca. 70%) und
werden nicht hinterlüftet - was die Leistung mindert .
13. Wie arbeitet ein Wechselrichter ?
Wechselrichter arbeiten automatisch und speisen immer die maximale Leistung in das Netz ein.
Hier wird automatisch der Punkt der maximalen Leistung ermittelt (MPP).
Die Sinuswelle (~) = Wechselspannung (230 Volt) unseres Stromnetzes wird vom Wechselrichter mehrere
tausend mal pro Sekunde gemessen und die Gleichspannung entsprechend in das Stromnetz eingespeist.
Wechselrichter müssen nicht gewartet werden und arbeiten auf Transistorbasis (IGBT).
Die Lebenserwartung ist wie bei jedem elektronischen Gerät (z.B: Fernseher).
SMA Wechselrichter müssen nicht gewartet oder überprüft werden.Garantie 2 Jahre
Defekte Geräte werden nach der Garantie im Austausch gewechselt ( Preis: 300 - 500 €).
14. Wie wird eine eine Photovoltaikanlage angeschlossen ?
Die Photovoltaikmodule werden alle in Serie an den Wechselrichter angeschlossen.
Hier wird das Pluskabel und das Minuskabel in den Wechselrichter gesteckt.
Der Wechselrichter ist damit betriebsbereit - mehr ist nicht notwendig.
Es muß jetzt noch das Kabel zum Stromnetz gelegt werden.
Hier genügt ein Wechselstromkabel (NYM 3 * 2,5qmm).
Das Wechselstromkabel wird zur Verteilung gelegt und dort angeschlossen.
Ein Lasttrenner und ein Fehlerstromschutzschalter werden in die Verteilung eingebaut.
Damit ist die Photovoltaikanlage fertig installiert.
Ihr Energieversorger baut Ihnen einen zweiten Zähler ein, der nur die erzeugte Arbeit (kWh) der
Photovoltaikanlage zählt. Jetzt kann der Solarstrom fließen.
15. Kann ich mich selbst versorgen, wenn das "Stromnetz" ausfällt?
Nein - die Wechselrichter schalten ab.
Hier müsten Sie einen teuren "Netzsschalter" installieren, der sofort das Stromnetz abschaltet.
Dann wären Sie vom Stomnetz getrennt.
Hier müssten Sie dann einen teuren Wechselrichter kaufen, der auf "Inselbetrieb" umschaltet.
Dazu benötigen Sie jede Menge Autobatterien um einige Stunden "unabhängig" zu sein.
Das ist auch nicht Sinn der Sache. Photovoltaik ist hierfür erst in 20 - 50 Jahren geeignet.
Es geht in erster Linie darum Photovoltaik zu verbreiten und wirtschaftlich zu machen.
16. Welche Größe sollte eine Photovoltaikanlage haben ?
Wir raten zu einer Mindestgröße von ca. 2000 Watt.
Das Preis/Leistungsverhältnis ist ab dieser Leistungsgröße gut.
Eine optimale 1000 Watt Photovoltaikanlage erzeugt im Jahr zwischen 850-1000 kWh im Jahr.
Ein 4 Personen Haushalt verbraucht im Jahr ca. 4000 kWh.
Eine 5000 Watt Photovoltaikanlage erzeugt den Jahresverbrauch eines 4 Personen Haushaltes.
17. Wie viel Energie erzeugt eine Photovoltaikanlage ?
Eine 2 KW (2000 Watt)- Photovoltaikanlage erzeugt in Deutschland im Durchschnitt 1700 -2000 kWh.
Januar
28 kWh
Februar
42 kWh
März
63 kWh
April
95 kWh
Mai
117 kWh
Juni
131 kWh
Juli
107 kWh
August
118 kWh
September
97 kWh
Oktober
64 kWh
November
37 kWh
Dezember
15 kWh
18. Kann ich selber installieren?
Die Installation einer Photovoltaikanlage ist relativ einfach.
Die einzige "Hürde" ist die Arbeit auf dem Dach. Hier sollte man sich sicher fühlen!
Das Gestell und die Module sind an 2 Tagen montiert.
Die elektrische Verbindung ist mit Steckverbindern kindereinfach und sicher.
Nur noch den Wechselrichter an die Wand schrauben und fertig.
Der Elektriker muß noch den Anschluß zum Hausnetz herstellen.
Ihr Energieversorger baut einen Einspeisezähler ein.
Die Photovoltaikanlage ist betriebsbereit.
Sie können auch Ihren Elektriker ansprechen ob er nicht die komplette Anlage montiert!
Wir liefern das komplette Know-How
19. Was kostet die Montage?
Die schlüsselfertige Montage kostet bei einer 2000 Watt Anlage ca. 1000 €
Die schlüsselfertige Montage kostet bei einer 5000 Watt Anlage ca. 1750 €.
20. Benötige ich eine Baugenehmigung?
Nein, Photovoltaikanlagen benötigen keine Baugenehmigung, solange sie am Gebäude montiert sind.
Das gilt auch für Flächdächer!
21. Wie hoch ist der jährliche Gewinn?
Der Weg in eine neue Energiepolitik ist bereitet.....
Im Gesetz für den Vorrang "Erneuerbarer Energien" (EEG) steht
§1
Netzbetreiber sind verpflichtet, Anlagen zur Erzeugung von Strom aus
erneuerbaren Energien an ihr Stromnetz anzuschließen und den gesamten
angebotenen Strom aus diesen Anlagen vorranging abzunehmen [...]
§8
Für den Strom aus solarer Strahlungsenergie beträgt die Vergütung
[...] mindestens 0,457 € pro Kilowattstunde für Anlagen die 2004 an das
Stromnetz des Netzbetreibers angeschlossen werden.
Wenn die Anlage ausschließlich an oder auf einem Gebäude oder einer
Lärmschutzwand angebracht ist, erhöht sich die Vergütung:
1. bis zu einer Leistung von 30 Kilowatt um 11,7 Cent pro Kilowattstunde
2. ab einer Leistung von 30 Kilowatt um 8,9 Cent pro Kilowattstunde
3. ab einer Leistung von 100 Kilowatt um 8,3 Cent pro Kilowattstunde
§9
Die Mindestvergütung [ist] für die Dauer von 20 Jahren ohne Berücksichtigung
des Inbetriebnahmejahres zu zahlen [...]
....Solarstrom ist wirtschaftlich - jetzt müssen sie handeln !
Derzeit liegt die Vergütung für den vom Fotovoltaik-Anlagenbetreiber selbst oder von Dritten in unmittelbarer räumlicher
Nähe genutzten Solarstrom bei 25,01 Cent je Kilowattstunde und damit 18 Cent niedriger als die vorgesehene
Mindestvergütung bei Netzeinspeisung. Mitte 2010 sind die Regelungen noch einmal geändert worden. Nach der neuen
Einspeisevergütung soll es noch mehr Geld für selbst verbrauchten Strom geben.
Der Grund für die bessere Vergütung des Eigenverbrauchs ist der Gesetzesbegründung zufolge, dass der
Durchschnittspreis für Strombezug durch Endkunden nach Angaben des Bundesverbands der Energie- und
Wasserwirtschaft e.V. bei ungefähr 20 Cent pro Kilowattstunde liegt. Indem nicht diese 20, sondern nur 18 Cent vom
normalen Einspeisetarif abgezogen werden, soll ein Anreiz für die Eigennutzung geschaffen werden.
Inbetriebnahme Degression zum Vormonat Einspeisevergütung 2008 5,00% EEG Degression 46,75 Cent je kWh 2009
8,00% EEG Degression 43,01 Cent je kWh 2010 9,00% EEG Degression 39,14 Cent je kWh 01.07.2010 13,00%
Sonderkürzung 34,05 Cent je kWh 01.10.2010 3,00% Sonderkürzung 33,03 Cent je kWh 01.01.2011 13,00% EEG
Degression
28,74 Cent je kWh
01.07.2011 bis15% Prozent
Eine 1000 Watt erzeugt . 850 kWh. (Durchschnitt in Norddeutschland) ,950 kWh. (Durchschnitt in Süd-Bayern)
Bei 54,55 Cent / kWh wird somit 460€ - 518€ von Ihrem Energieversorger vergütet.
22. Wie hoch sind die jährlichen Kosten ?
Die Kosten einer Photovoltaikanlage bestehen aus:
der Zählermiete: Ihr Energieversorger kann evtl.eine Zählermiete berechnen
der Versicherung: eine Allgefahren- Versicherung kostet ca. 10-20€ / kW pro Jahr
der Wartung: eine generelle Wartung ist nicht notwendig. Eine Rücklage von 50€
pro Jahr sollte berücksichtigt werden.
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