Energiegewinnung durch Sonnenstrahlung
Sauber, erneuerbar, gratis: Solarenergie macht die Sonnenstrahlung als alternative Energiequelle nützbar. Mit Photovoltaik lässt sich aus Sonnenlicht Strom gewinnen.
Photovoltaik ist ein Teilbereich der Solartechnik, bei dem Sonnenlicht mittels Solarzellen in elektrische Energie zur Erzeugung von sicherem, sauberem und nachhaltigem Strom umgewandelt wird. Da Solarenergie dort generiert wird, wo sie verbraucht wird, entfallen lange Transportwege. In Österreich ist genug Sonneneinstrahlung vorhanden, um Solaranlagen effizient zu betreiben. Die mittlere jährliche Sonneneinstrahlung liegt bei etwa 1.000 Kilowattstunden (kWh) pro Quadratmeter.
Nennleistung und Jahresertrag einer Photovoltaikanlage
Bei Sonnenschein erreichen Photovoltaikanlagen ihre maximale Leistung, sie generieren jedoch auch an bewölkten Tagen Strom. Abhängig von Tages- und Jahreszeit sowie vom Wetter schwankt die Strahlungsenergie, deshalb ist der Jahresertrag ein aussagekräftigerer Wert als die Spitzenleistung, zu der das Modul fähig ist.
Die Nennleistung, die unter Standardbedingungen erzielt werden kann, wird in Kilowatt-Peak (kWp) beschrieben. Im sonnenintensiven Halbjahr produzieren Photovoltaikanlagen ungefähr 75 Prozent der Gesamtjahresmenge. Der Jahresertrag wird in Wattstunden (Wh) oder Kilowattstunden (kWh) gemessen.
Als energetische Amortisationszeit wird die Zeitspanne bezeichnet, die eine Photovoltaikanlage benötigt, um die für ihre Herstellung nötige Energiemenge zu produzieren. Sie beträgt in Österreich etwa zwei Jahre. Aktuell hergestellte Photovoltaikanlagen erzeugen während ihrer Lebensdauer mindestens zehnmal mehr Energie als zu ihrer Herstellung benötigt wurde.
Mehr Informationen zu Photovoltaikanlagen im Eigenheim finden Sie hier.
Arten von Solarmodulen
Photovoltaikanlagen bestehen aus Solarmodulen, einem Wechselrichter, dem Dachgestell, Solarkabeln (auch: Stringleitungen), Steckverbindungen, Kabelkanälen und Elektromaterial für den Anschluss an das Haus- und das öffentliche Stromnetz. In Serie oder parallel geschaltete Solarzellen ergeben ein Solarmodul. Monokristalline Solarzellen sind die teuerste Art von Solarzellen. Sie haben einen hohen Wirkungsgrad (über 20 Prozent), wodurch eine relativ hohe Ausbeute auf kleinen Flächen erreicht werden kann. Allerdings büßen sie bei diffusem Licht an Effizienz ein. Polykristalline Solarzellen sind weniger energieintensiv in der Herstellung, haben aber einen geringeren Wirkungsgrad (15 bis 20 Prozent), was durch größere Flächen ausgeglichen werden muss. Auch sie sind bei diffusem Licht weniger effizient. Da sie jedoch in der Anschaffung deutlich günstiger sind, sind sie die am öftesten verbauten Solarzellentypen.
Dünnschichtzellen haben den geringsten Wirkungsgrad (5 bis 10 Prozent), sind aber in der Produktion und bezüglich des Anschaffungspreises am günstigsten. Sie liefern auch bei diffusem Licht einen guten Ertrag, benötigen aber verhältnismäßig viel Fläche.
Fazit: Steht wenig Fläche zur Verfügung, sind monokristalline Module die richtige Wahl, während bei ausreichender Fläche eher polykristalline Module zum Einsatz kommen.
Wartung und Säuberung von Photovoltaikanlagen
Photovoltaikanlagen sind ganzjährig den Elementen ausgesetzt. Zu Verschmutzungen, die sich auf den Modulen absetzen können, gehören Sand, Staub, Ruß, Blätter, Nadeln, Samen, Pollen und Exkremente von Vögeln. Außerdem können sich Flechten, Algen und Moos auf der Anlage ansiedeln. Je stärker die Anlage geneigt ist, desto weniger stark verschmutzt sie, da Regen und Schnee reinigend wirken können. Bei einem Neigungswinkel von etwa 30 Grad liegen die Ertragsverluste bei etwa 2 bis 3 Prozent, bei flacheren Winkeln können sie bis zu 10 Prozent betragen. Verschmutzte Stellen sind bei Sonneneinstrahlung wärmer als saubere Stellen, was zum Beispiel mittels einer Wärmebildkamera festgestellt werden kann.
Die Reinigung sollte nicht nur aus Sicherheitsgründen von Profis übernommen werden, sondern auch, da andernfalls die Produktgarantie verloren gehen könnte. Durch unsachgemäße Reinigung kann die Anlage beschädigt werden. Außerdem ist die Verletzungsgefahr – etwa durch Stromschlag oder Absturz – groß. Kratzer an der Moduloberfläche infolge der Reinigung werden durch den Einsatz speziell entwickelter weicher Bürsten vermieden. Die Verwendung von demineralisiertem Wasser verhindert Kalkflecken.
Lebensdauer von Photovoltaikanlagen
Je nach Modulneigung und Umgebung variiert die erforderliche Reinigungsfrequenz – von mehrmals pro Jahr bis zu mehrjährigen Abständen. In der Nähe von Autobahnen, stark frequentierten Bahntrassen, Industriegebieten oder landwirtschaftlichen Betrieben sind die Intervalle zwischen den erforderlichen Reinigungen kürzer. Die Erstreinigung einer neu installierten Photovoltaikanlage ist, abhängig vom Verschmutzungsgrad, nach etwa drei Jahren nötig. Es ist angeraten, die Anlage jährlich zu Frühlingsbeginn von einem Profi auf Schäden und Reinigungsbedarf überprüfen zu lassen.
Winterliche Witterungsbedingungen wie Eis und Stürme können zu Beschädigungen an Modulen, Kabeln und Anlagenteilen führen. Regelmäßig gewartet laufen Solaranlagen jahrzehntelang störungsfrei. Die Lebensdauer von Photovoltaikanlagen beträgt 25 bis 30 Jahre. Werden im Bedarfsfall einzelne Komponenten ausgetauscht, kann das die Lebensdauer zusätzlich deutlich erhöhen. Im Recyclingprozess lassen sich über 80 Prozent der verwendeten Stoffe verwerten.
Nützen, speichern, einspeisen
Die erzeugte Elektrizität kann entweder sofort genutzt, ins Stromnetz eingespeist oder gespeichert werden. Allerdings muss die Gleichspannung vor der Einspeisung ins Stromnetz von einem Wechselrichter umgewandelt werden. Damit eine Photovoltaikanlage wirtschaftlich läuft, sollte die Eigenverbrauchsquote möglichst hoch sein. Die Größe der Photovoltaikanlage sollte dem Jahresstromverbrauch und dem Nutzungsverhalten, dem Lastprofil, angepasst werden. Der Eigenverbrauch kann etwa mit dem Sonnenklar-Rechner von „Photovoltaic Austria“ in wenigen Schritten abgeklärt werden.
Balkonkraftwerk
Wer auf Solarenergie umsteigen möchte und keine Dachfläche zur Verfügung hat, kann mit einem Balkonkraftwerk Abhilfe schaffen, sofern genügend Platz auf Balkon oder Terrasse vorhanden ist. Außerdem benötigt man die Erlaubnis des Vermieters, da die Installation die Gebäudeoptik betrifft, eine bauliche Veränderung bedeutet und auch die elektrische Gebäudeausrüstung verändert. Ein großer Vorteil von Balkonkraftwerken ist, dass sie bei einem Umzug mitgenommen werden können. Balkonkraftwerke (auch: Mini-Photovoltaikanlagen) lassen sich in Geräte mit einer Maximalleistung bis 300 Watt und 600 Watt einteilen. Bei einem jährlichen Stromverbrauch von mehr als 2.000 Kilowattstunden empfiehlt sich eine höher dimensionierte Anlage. Ein Komplettpaket besteht aus dem Solarpanel, einem Wechselrichter, einem Aufsteller (das ist der Rahmen, auf dem das Solarpanel montiert wird), der Verkabelung, einem Stecker sowie einer Außensteckdose.
Sicherheit
Auskunft über die Wetterbeständigkeit der Komponenten eines Balkonkraftwerks gibt die Schutzklasse. Schutzklasse IP6X bedeutet, dass die Anlage staubdicht und vor Berührung geschützt ist. Kabel und Inverter sollten allerdings mindestens über die Schutzklasse IP64 verfügen, wodurch auch ein Spritzwasserschutz garantiert ist. Schutzklasse IP65 garantiert einen Schutz gegen Strahlwasser, IP66 gegen schweres Strahlwasser. Sind Anlagen besonders dem Wetter ausgesetzt, sollten alle Komponenten eine hohe IP-Klasse aufweisen. Die Installation eines Balkonkraftwerks ist unkompliziert, der Anschluss muss jedoch durch einen Elektriker erfolgen. Optimal sind 30 bis 35 Grad Neigungswinkel und eine Ausrichtung nach Süden, um die Energiegewinnung zu maximieren. Unabhängig von der Himmelsrichtung sollte das Solarpanel an der Stelle, an der über den Tag verteilt die längste Sonneneinstrahlung besteht, montiert werden. Besonders effektiv lassen sich die Stromkosten senken, wenn Geräte mit hohem Stromverbrauch (zum Beispiel: Waschmaschine, Geschirrspüler und Staubsauger) dann genützt werden, wenn das Balkonkraftwerk am meisten Strom produziert.
