Solarenergie

Solarenergie

 

Solarzellen wandeln die von der Sonne empfangene elektromagnetische Strahlungsenergie auf direktem Wege in elektrische Energie um. Ihre Funktionsweise beruht auf dem photovoltaischen Effekt, den man auch als den inneren lichtelektrischen Effekt bezeichnet. Solarzellen bestehen meist aus Silizium, das aus dem Ausgangsstoff Quarzsand gewonnen wird.

Funktionsweise von Photovoltaikanlagen

Bei voller Sonneneinstrahlung (1.000 W/m²) trifft auf eine Solarzelle mit der Größe von 10 x 10 cm eine Solarstrahlung mit einer Leistung von etwa 10 Watt. Die Zelle wandelt diese in eine elektrische Leistung von etwa 1 bis 1,5 Watt um. Das entspricht einem Wirkungsgrad von 10 bis 15 Prozent. Die restliche Energie geht verloren. Um größere Leistungen bereitzustellen, werden die einzelnen Solarzellen zu Modulen zusammengeschaltet. Pro Quadratmeter Generatorfläche beträgt die Spitzenleistung über 100 Watt. Auf das Jahr betrachtet schwanken in Deutschland die Erträge zwischen 800 kWh/m² und 1.000 kWh/m², je nach Standort und Ausrichtung der Anlage.

Wirkungsgrad und Typen von Solarzellen

Bei den Siliziumsolarzellen unterscheidet man je nach Kristallart drei Zellytpen:

  •     Monokristallin: Die Monokristallinen Solarzellen bestehen aus einem einzigen Kristall und haben den höchsten Wirkungsgrad. Ihre Produktion ist jedoch aufwendig und teuer.
  •     Polykristallin: Die kostengünstigeren polykristallinen Solarzellen sind am weitesten verbreitet. Sie sind aus einem Block gegossen und erhalten durch die ungleichmäßige Abkühlung eine strukturierte Oberfläche.
  •     Amorph: Die amorphen Siliziumzellen werden auf ein Trägermaterial aufgedampft, was sie zu sehr dünnen Zellen werden lässt. Anwendung finden sie vor allem im Kleinleistungsbereich, wie z.B. Uhren, Taschenrechner etc.

Der in Datenblättern ausgewiesene Wirkungsgrad wird bei Standardtestbedingungen ermittelt, d. h. bei einer Bestrahlungsstärke von 1.000 W/m² eines Sonnenspektrums, das unter schrägem Einfall die 1,5-fache Atmosphärendicke durchdrungen hat, und bei einer Zelltemperatur von 25° C. In der Praxis werden etwas geringere Werte erreicht.

Photovoltaik

Der große Vorteil einer PV Anlage ist, dass sie eine praktisch kostenfreie und unbegrenzt zur Verfügung stehende Energiequelle nutzt: die Sonne. Anders als bei fossilen Brennstoffen kann hier davon ausgegangen werden, dass es nicht zu einer Knappheit kommt. Die lange Lebensdauer von ca. 20 – 25 Jahren ist ebenfalls ein großer Vorteil einer Photovoltaik Anlage, die Anlage ist in dieser Zeit zum größten Teil Wartungsfrei und verursacht keine weiteren Kosten. Auch die Tatsache, dass man für zuviel produzierten, aber nicht genutzten Strom eine Einspeisevergütung bekommt, ist ein wesentlicher Faktor. Nur für Solarenergie gibt es diese Einspeisevergütung, die sogar gesetzlich festgeschrieben ist. Der Umweltschutzfaktor ist ein wesentlicher Vorteil, auch wenn dieser bei vielen Entscheidungen eine eher untergeordnete Rolle spielt. Bei der Produktion von Solarenergie wird kein Co2 produziert. Außerdem arbeitet eine Photovoltaik Anlage völlig geräuschlos, so dass eine Lärmbelästigung für den Betreiber und für seine nähere Umgebung nicht vorhanden ist.

Es gibt weitere Einsatzbereiche für Solarzellen, in denen bereits eine volle Wirtschaftlichkeit erreicht ist, z. B. beim Betrieb von elektronischen Geräten wie Taschenrechnern, Uhren etc. Die Anschaffung solcher Geräte erspart die Kosten für die Batterien und der Umwelt die schädigenden Batteriebestandteile. Geräte, die auf Batterien nicht verzichten können, lassen sich mit Akkus betreiben, die mit einem Solarladegerät aufgeladen werden können. Die Versorgung von Wohnmobilen, Campingfahrzeugen, Booten, Gartenhäusern, Garagentorantrieben, Wetter- und Messstationen, Elektroweidezäune, Verkehrszeichen, Warneinrichtungen, Autobahntelefonen und Parkautomaten mit Solarstrom ist ebenfalls oft schon wirtschaftlich. In Entwicklungsländern mit unzureichender elektrischer Infrastruktur ist die Wirtschaftlichkeit noch in viel größerem Maße gegeben.

Weitere, sehr ausführliche Informationen finden Sie u.a. bei Wikipedia unter  http://de.wikipedia.org/wiki/Photovoltaik

 

Photovoltaikanlagen auf Freilandflächen

Die Photovoltaik Module werden auf Metallgestellen angebracht (Aufständerung) und in langen parallelen Reihen aufgestellt. Der erzeugte Strom wird in Wechselstrom umgewandelt und in Trafohäuschen gebündelt.

Bei der Planung einer Freilandanlage sollte sollten darauf geachtet werden, dass ausreichend Abstand zwischen den einzelnen Reihen besteht, da die Module sonst gegenseitig Schatten aufeinander werfen (Verschattung) und die Leistung reduzieren. Hier besteht die Möglichkeit, ein Nachführsystem anzubringen, welches die Module immer am Verlauf der Sonne ausrichtet. Dadurch wird der Ertrag der Photovoltaikanlage im Vergleich zu einer festinstallierten Anlage gesteigert. Allerdings ist die Installation eines solchen Systems sehr kostspielig.

Da durch den Aufbau einer Freilandanlage ins Landschaftsbild eingegriffen wird, muss eine Photovoltaik Genehmigung der zuständigen Baubehörde vorliegen. Laut Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) muss dafür gesorgt werden, dass Gras zwischen den Modulen regelmäßig gemäht wird. Aus Versicherungsgründen sollte zudem die Anlage eingezäunt und ein Blitzschutz angebracht werden.
Leistung einer Photovoltaik Freiflächenanlage

Als Faustregel lässt sich annehmen, dass pro Hektar und Jahr 400.000 bis 500.000 Kilowattstunden Strom von einer Photovoltaik Freilandanlage erzeugt werden können. Die Freilandanlage ist mit mindestens 30 bis 40 Jahren Nutzungsdauer außerdem sehr langlebig, da über die Jahre kein mechanischer Verschleiß entsteht.

 

Solarwärme – Solarthermie

 

Solarthermie

Solarthermische Anlagen wandeln mittels Sonnenkollektoren auf dem Dach die Sonnenstrahlung in nutzbare Wärme um. Diese wird von einem Wärmeträger (oft ein Wasser-Frostschutz-Gemisch) aufgenommen und in einen Warmwasserspeicher (im Heizungsraum) geleitet. Solarwärmeanlagen übernehmen die Trinkwasserwärmung, ium Sommer komplett, im Winter muß u.U. die Heizung ergänzen. Über das Jahr gesehen liefert die Anlage ca. 60-70 % der dafür benötigten Energie. Größer dimensionierte Anlagen können aber auch bis 20 % des Heizwärmebedarfs der Räume abdecken.

Für die Installation von Kollektoren bieten sich nach Süden orientierte Dach- und Fassadenflächen an, da die Sonneneinstrahlung aus südlicher Richtung am stärksten ist. Zwischen Ost und West sind aber alle Ausrichtungen möglich, gegebenenfalls muß die Kollektorfläche größer gewählt werden. Optimal werden die Kollektoren in einem Neigungswinkel von 45 Grad angebracht, doch auch Neigungswinkel zwischen 30 und 60 Grad führen noch zu einem guten Ertrag. Zur solaren Wassererwärmung werden oft Flachkollektoren eingesetzt. In diesen verlaufen kleine Röhren, die eine Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt. An die Röhren sind Wärmeleitbleche angebracht, welche die Wärme aufnehmen und an die Flüssigkeit weiterleiten. Höhere Wirkungsgrade erzielen Vakuumröhrenkollektoren. Bei diesen sind wärmeaufnehmende Metallröhrchen in Glasröhren untergebracht. Diese Röhren stehen unter Vakuum, dadurch ist diese Technik effizienter.

Eine typische Solaranlage zur Brauchwassererwärmung für einen Vier-Personen-Haushalt liegt bei etwa vier bis sechs Quadratmeter an Kollektoren und einem Speichen von 300 Liter. Damit lassen sich circa 60 % des jährlichen Energieverbrauchs beim Warmwasser einsparen. Die Investitionskosten schwanken beim Einsatz von Flachkollektoren inkl. Montage zwischen vier und sechstausend Euro. Wer zusätzlich seine Raumheizung unterstützen will, muß für ein Einfamilienhaus circa zwischen fünfzehn und achtzehn Quadratmeter Kollektoren und je Quadratmeter mit siebzig bis einhundert Liter Speichervolumen einplanen. Damit lassen sich dann circa 20 % des gesamten Energieverbrauchs einsparen. Die Preise liegen dann bei circa acht bis zwölf Tausend Euro.

Die vielen Vorteile der Solarthermie

Man spart nicht nur die Energie, die sonst für die Wärmeversorgung (immer teurer) aufgebracht werden muß. Im Sommer kann der Heizkessel und elektrische Durchlauferhitzer ausgeschaltetr werden. Das spart Strom und verringert den Verschleiß erheblich. Eine Solaranlage bietet ein Stück Unabhängigkeit gegenüber Preissteigerungen und leistet einen sichtbaren Beitrag zum Klimaschutz und eine erhebliche Energieeinsparung. So liefern Sonnenkollektoren pro Quadratmeter und Jahr eine umweltfreundliche Energiemenge von circa dreihundert bis vierhundertfünfzig Kilowatt pro Stunde, das entspricht etwa dreißig bis fünundvierzig Litern Heizöl. Und das bei einer völlig risikofreien und bewährten Technik. Man kann gut mit einer Lebensdauer von zwanzig Jahren rechnen.

Weitere, sehr ausführliche Informationen finden Sie

u.a. bei Wikipedia unter http://de.wikipedia.org/wiki/Solarthermie