Energie-Infos: Solarstrom

Was sind die Vorteile des Solarstroms?

Solarstrom ist regenerativ und wird zudem im Gegensatz zu den anderen Erzeugungsmethoden ohne mechanische und chemische Vorgänge gewonnen, damit ist er fast wartungs- und verschleißfrei. Solarstrom ist emissionsfrei und geräuschlos. Die Energiemenge, die zur Herstellung einer Solaranlage notwendig ist, hat diese innerhalb von 2-5 Jahren wieder eingebracht.

Was passiert eigentlich, wenn Licht auf eine Solarzelle trifft?

Wenn Licht auf eine Solarzelle trifft, geschieht im Prinzip das gleiche, wie wenn sich ein Fahrraddynamo dreht.

Ladungsträger werden zwischen zwei Polen getrennt. An einem Pol sammeln sich positive, am anderen negative Ladungsträger - Plus und Minus. Es entsteht ein Energiepotential in Form einer elektrischen Spannung. Schließt man den Stromkreis zwischen den beiden Polen über einen Verbraucher, fließt Strom. Wie der Fahrraddynamo immer dann elektrische Energie erzeugt, wenn sich der Rotor dreht, so produziert die Solarzelle Strom, wenn Licht auf die Oberfläche trifft.

Warum kann Strom in einer Solarzelle fließen?

Solarzellen bestehen aus 2 unterschiedlichen Stoffen. Sie unterscheiden sich dadurch, dass sie dotiert sind. Darunter versteht man die gezielte Zugabe von Fremdatomen, eine Art der "Verunreinigung" eines reinen Stoffes (ähnlich wie Kakao und Erdbeermilch: beides Milch, aber doch anders). Dadurch wird dem festen Verbund der Atome untereinander vorgebeugt. 2 Arten von Dotierungen liegen vor: in dem einen Bereich gibt es von vornherein einen Elektronenüberschuss, in dem anderen Bereich einen erhöhten Bedarf an Elektronen. Atome haben immer das Bestreben stabil zu werden. Dafür brauchen sie eine gewisse Anzahl an Elektronen um sie herum. Dieses Bestreben nutzt man. Der n-dotierte Bereich ist der Bereich, der einen Überschuss an negativen Ladungen (Elektronen) hat, der p-dotierte Bereich hat einen Mangel an Elektronen (bzw. einen Überschuss an positiven Ladungen!). Des Pudels Kern etwas anschaulicher:Man nehme zwei Platten Silizium, die mit unterschiedlichen Stoffen „verunreinigt“ sind. Links in der Hand hat das Silizium zu viele Elektronen, rechts in der Hand zu wenig. Legt man beide Platten aufeinander, suchen sich die überzähligen Elektronen „freie Plätze“ ... und sind glücklich. Die, die links und rechts davon sitzen, haben Pech. Sie werden in der Mitte nicht mehr durchgelassen. Die Linken drücken, da sie ihre Elektronen los werden wollen, die Rechten ziehen, um auch Elektronen abzubekommen, nur: es reicht nicht. Wenn nun aber die Sonne scheint, dann werden die glücklichen mittigen Elektronen mobil: sie fangen an, auch zu den weiter entfernten Löchern zu streben, die Wanderung beginnt. Physikalisch gesagt: es fließt Strom. Das ist alles, fast.

Welche Arten von Solarzellen gibt es?

Man unterscheidet sie nach der Dicke der Zellen, dem Material, oder auch dem Materialaufbau. Zelldicke: Dickschichtzellen bestehen aus ca. 300  µm dicken Halbleiterplatten. Das entspricht 0,3 mm. Dünnschichtzellen dagegen benötigen Dicken von weniger als 1  µm . Das sind 10^-6 m (0,000001), also 1-tausenstel cm (0,0001 cm). Diese Dicken werden meist aufgedampft. Sie benötigen geringere teure Ausgangsmaterialien, dafür ist es recht teuer, diese dünnen Dicken herzustellen und der Wirkungsrad liegt weit unter den Dickschichtzellen. Material und Aufbau: Das übliche Material ist Silizium. Dies gibt es je nach Herstellung in unterschiedlichen Strukturen: als monokristallines, polykristallines oder auch amorphes Silizium. Am häufigsten trifft man polykristallines Silizium als Kompromiss zwischen „zu teuer“ und „zu leistungsschwach“ an.

Was ist der Unterschied zwischen Solarmodul und Solarzelle?

Ein Solarmodul besteht aus Solarzellen. Diese sind in der Regel hintereinander geschaltet (zur Spannungserhöhung).

Wieviel Strom erzeugt eine Solarstromanlage?

Die Antwort hängt von einigen Größen ab, generell kann man aber in Deutschland von etwa 900 kWh pro 1kWp installierte Leistung und pro Jahr ausgehen. Beeinflusst wird dies durch das Modul selbst, also der Leistung der Zellen, dem Wechselrichter mit seinen technischen Daten und selbstverständlich von dem Standort (Deutschland oder Portugal, München oder Kölner Bucht, unter der dicken Eiche im Garten, oder aber auf dem Dach).

Wo kann man überall Solarstrom erzeugen?

Auf allen Flächen, die nach Süden, Süd-Ost oder Süd-West ausgerichtet sind. Solarstromanlagen sind empfindlich mit ihrer Leistungsfähigkeit: sie bestehen auf eine südliche Ausrichtung, und auch der Neigungswinkel muss stimmen – die Leistung nimmt sonst sehr stark ab, und dafür sind die Anlagen viel zu teuer. Flachdächer sind kein Problem, da Module „aufgeständert“ werden können. Wichtig ist der unverschattete Standort, so sollten möglichst keine Bäume, Blätter, Antennen, Kamine oder sonstige Dachaufbauten die Module verschatten. Für die optimale Bestimmung bieten gute fachfirmen eine dynamische Simulationsberechnung an.

Wie teuer sind Solarstromanlagen?

Gängige Größen im privaten Bereich sind Anlagen ab 1 kWp (Kilowatt peak – die maximale Spitzenleistung einer Zelle, bzw. eines Moduls bei maximaler Einstrahlung), wirtschaftlich werden Anlagen erst ab einer Leistung von mind. 3 kWp. Pro 1 kWp benötigt man rund 8 m² Dachfläche. 2010 liegen die Preise bei einer 3 kWp-Anlage bei ca 3100 Euro (Netto) pro 1 kWp, also bei insgesamt  9.000-9.500 Euro komplett installiert. Es wird dabei der Nettopreis für die Wirtschaftlichkeitsrechnung zugrundegelegt, da die Vorsteuer vom Finanzamt erstattet wird.

Zudem verlangt das Finanzamt von jedem Sonnenstromverkäufer eine Gewinn und Verlustrechnung.

Kann man Solarstrom direkt nutzen?

Ja, das kann man selbstverständlich: Parkticketautomaten und leuchtende Hausnummern sind bekannte Beispiele dafür. Aber es gibt ein Problem: Solarzellen erzeugen Gleichstrom. Das heißt, dass der Elektronenfluss in nur einer Richtung stattfindet. Unser allgemeines Stromnetz ist seit langem auf Wechselstrom ausgelegt, und darum brauchen auch sämtliche elektronischen Geräte diese Art des Stroms. Also muss der Strom von Gleichstrom in Wechselstrom umgerichtet werden: dies geschieht mit einem Wechselrichter (Ausnahme sind Geräte, die für Gleichstrom ausgelegt sind: Campinggeräte sind ein gutes Beispiel dafür).

Nutze ich Solarstrom selbst?

Nun ja, möglich ist das schon, nur leider finden Energiebedarf und Erzeugung des Sonnenstroms nicht zeitgleich statt (an Nicht-Sonnentagen und nachts müsste man sonst auf Fernseher, Computer, Staubsauger, Heizung und etc. verzichten).Zunächst versuchte man in sogenannten "Inselanlagen" Speichermöglichkeiten zu schaffen (große Akkus). Dies war und ist aber sehr teuer und zudem benötigt man weiteres Material (insbesondere Chemikalien). Da Solarstrom durch seine Umweltfreundlichkeit erwünscht ist, wurde eine Mindestvergütung für die Stromeinspeisung ins Netz festgesetzt: dann wird der Strom zu dem Zeitpunkt genutzt, zu dem er erzeugt wird. Zeitgleich muss also weniger Strom durch Kohle oder Gas erzeugt werden, und man spart sich den teuren, umweltschädlichen Zwischenschritt der Speicherung. Nur: einmal ins Netz eingespeist, nutzt man den Strom nicht mehr selbst, er geht ein in die Gesamtmenge. Das Ziel ist aber genauso gut erreicht: die Umwelt ist entlastet!

Mein Strom für alle?

Durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) ist eine erhöhte Einspeisevergütung für Solarstrom gesetzlich verankert. Solaranlagen, die 2010 ans Netz gehen werden mit 39,1 Cent pro kWh vergütet. Die Kosten für konventionellen Haushaltsstrom, den man vom Energieversorger bezieht, liegen bei etwa 21 Cent pro kWh, Ökostrom wird von mehreren Anbietern bereits auch schon für 21 Cent/kWh angeboten. (Infos unter : www.atomausstieg-selber-machen.de . Unter diesen Umständen macht es Sinn, den Strom ins Netz einzuspeisen, anstatt ihn aufwendig zu speichern! Durch diese Einspeisevergütung werden die Kosten des Solarstroms auf alle Stromabnehmer verteilt. Letzten Endes werden so die Kosten von allen bezahlt - ob sie wollen oder nicht. Um mit der Solaranlage in das Stromnetz einspeisen und so eine "netzgekoppelte Photovoltaikanlage" (im Gegensatz zur Inselanlage) betreiben zu können, muss der Strom von Gleichstrom in Wechselstrom umgerichtet werden: Dies geschieht mit einem Wechselrichter. Der Wechselrichter ist neben den Modulen (dem Zellverband) der 2. Baustein einer Solarstromanlage.

Werden Solarstromanlagen gefördert?

Ja, sogar in mehrfacher Weise: Den Anlagenbau können Sie über ein zinsgünstiges Darlehen der Kreditanstalt für Wiederaufbau (www.kfw.de) finanzieren, welches Sie bei Ihrer Hausbank beantragen müssen. Des Weiteren ergeben sich steuerliche Möglichkeiten, die Ausgaben geltend zu machen. Die Vergütung für den Verkauf des Solarstroms ist dann die weitere Förderung: Geltend von dem Jahr, in dem Sie die Anlage bauen, bekommen Sie 20 Jahre lang, plus das Jahr der Erstinstallation, eine festgesetzte Mindestvergütung. 2010 erhält man 39,1 Cent pro kWh, ab April 2010 soll die Einspeisevergütung um 15 % abgesenkt werden.

Hier können Sie eine Wirtschaftlichkeitsrechnung für PV-Anlagen herunterladen:

>> PV-Muster-Wirtschaftlichkeitsrechnung.pdf

Was muss ich beachten, wenn ich eine Fotovoltaik-Anlage errichten will?

Lesen Sie dazu unsere Kurzzusammenfassung.

Wie wähle ich den besten PV-Installateur aus?

Tipps für die Auswahl von PV-Installateuren (pdf)

Lesen Sie zu diesem Thema auch die Berichte in unserer Zeitung Klima na Klaro:

• Ertragskontrolle sichert Rendite bei Photovoltaikanlagen
  
  
• Solarzellen bald mit dreifachem Ertrag ?