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Technologie

Erneuerbare Energien sind die Zukunft unserer Energieversorgung. Die Energiewende weiter voranzutreiben ist deshalb eine der dringlichsten und spannendsten Aufgaben zugleich. Gesellschaftlich gefordert, politisch gefördert und technologisch getrieben verändert die Energiewende unsere Art und Weise, über Energie zu denken und sie zu nutzen.

Wurde elektrische Energie bislang zentral erzeugt und über Verteilnetze an Verbraucher weitergeleitet, kann Strom mit Hilfe der Photovoltaik verbrauchernah produziert werden. Mit anderen Worten: Jeder Einzelne kann sehr einfach selbst zum Stromproduzenten werden. So produzieren PV-Anlagen heute bereits viele Milliarden Kilowattstunden CO2-neutralen Strom, an manchen Tagen sogar über 20 Prozent des deutschen Strombedarfs.

Mit dem rasanten Erfolg der Photovoltaik wächst aber auch die Bedeutung der Integration des Solarstroms in die Versorgungsnetze. Und seitdem selbst produzierter und verbrauchter PV-Strom günstiger ist als beim Netzbetreiber eingekaufter Strom, ist die Maximierung des Eigenverbrauchs grundlegend für den wirtschaftlichen Betrieb einer PV-Anlage. Die folgenden Seiten liefern einen ersten Überblick über die technischen Möglichkeiten dazu.

  • Solarmodule
  • PV-Wechselrichter
  • Energiemanager
  • Anlagenüberwachung
  • Montagearten

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Monokristaline Siliziumzellen


Monokristalline Siliziumzellen

Polykristaline Siliziumzellen

Polykristaline Siliziumzellen

Dünnschichtmodule

Dünnschichtmodule

PV-Strom entsteht in der Solarzelle. Basismaterial hierfür ist Silizium, das in 0,2 bis 0,3 Millimeter dünne Scheiben, so genannte Wafer, gesägt wird, um im Anschluss weiterer Arbeitsschritte zu durchlaufen. Trifft nun Sonnenlicht auf die Solarzellen, trennen sich die Ladungen in den verschiedenen Halbleiterschichten. Es entsteht elektrische Spannung, bei Silizium etwa 0,6 V. In Reihe geschaltet wird die Spannung addiert. Mehrere Solarzellen ergeben dann ein Solarmodul, das als vorgefertigtes Produkt auf dem Dach installiert wird.

Mehr als 100 Hersteller bieten derzeit weltweit mehr als 1.500 unterschiedliche Photovoltaikmodule an. Rund 80 Prozent aller Solarmodule bestehen aus mono- bzw. polykristallinem Zellmaterial. Daneben werden so genannte Dünnschichtmodule angeboten. Hier wird an Stelle der Wafer ein gerade einmal wenige Mikrometer dünner Film auf Glas aufgedampft. Diese Dünnschicht kann aus verschiedenen Materialien bestehen, besonders häufig sind amorphes Silizium (a-Si), Cadmium-Tellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS).

Wichtig bei der Beurteilung des Gesamtsystems ist das Verhältnis von Kosten und Gesamtertrag. Dünnschichtmodule etwa haben gegenüber kristallinen Modulen einen geringeren Wirkungsgrad. Das heißt, für jedes Kilowatt Leistung sind mehr Modulfläche und damit höhere Kosten für Montage und Unterkonstruktion notwendig. Jedoch ist der spezifische Preis für Dünnschichtmodule oft geringer. Zudem können Dünnschichtmodule diffuses Licht an bedeckten Tagen effizienter nutzen. Welches Solarmodul sich im Einzelfall also am besten eignet, hängt vom Standort, von der zur Verfügung stehenden Fläche und dem individuellen Ästhetikempfinden ab.

PV-WechselrichterWechselrichter wandeln den in den Modulen erzeugten Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom um. Die Module können mit je einem Modulwechselrichter bestückt werden. Häufig werden jedoch mehrere Module wiederum in Reihe geschaltet. Man spricht von einem String. Der gesamte String kann dann mit einem einzigen Stringwechselrichter angeschlossen werden. Je nach Größe der PV-Anlage können zahlreiche Strings parallel installiert werden.

Wie wirtschaftlich eine PV-Anlage heute Strom produziert, hängt nicht zuletzt auch von der Leistungsfähigkeit der Komponenten ab. Modernste Solarwechselrichter erreichen heute Spitzenwirkungsgrade von 99 Prozent. Das heißt, 99 Prozent des von den Modulen gelieferten Gleichstroms stehen als netzkonformer Wechselstrom zur Verfügung.

Wechselrichter sind heute jedoch weit mehr: Sie sind die technologische Schaltzentrale einer jeden PV-Anlage. Hier sitzt die gesamte Systemtechnik etwa zur Netzintegration oder zur Überwachung der PV-Anlage. Darüber hinaus betreiben Wechselrichter Solarmodule permanent in ihrem Leistungsoptimum. Denn dieses liegt je nach Sonneneinstrahlung und Temperatur in einer unterschiedlichen Kombination aus Stromstärke und Spannung, dem so genannten Maximum Power Point, kurz MPP.

Wechselrichter gibt es in unterschiedlichen Leistungsklassen je nach Anwendung von wenigen hundert Watt bis in den Megawattbereich.

Stromerzeugung und Energieverbrauch werden künftig intelligenter. Denn das Management von Energieströmen, inklusive Eigenverbrauch und der Einbindung von Speichersystemen, ist elementar für die dezentrale Stromversorgung auf Basis erneuerbarer Energien. Eines der wichtigsten Ziele dabei ist es, den Anteil des Eigenverbrauchs am selbst produzierten Strom weiter zu erhöhen und damit gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage zu verbessern und die Versorgungsnetze zu entlasten.

Um dieses Ziel zu erreichen, werden Erzeuger, Verbraucher und Speicher zu einem intelligenten, vollautomatischen System vernetzt. Basis dafür: der permanente Informationsaustausch zwischen allen Komponenten und die Berücksichtigung von Prognosen sowohl für die Erzeugung als auch für den Verbrauch. Ein intelligentes Energiemanagement lässt sich in drei Stufen realisieren:

1. Analyse, Prognose und Information

Wann steht welche Menge Solarstrom zur Verfügung? Wann müssen welche Verbraucher versorgt werden? Wie viel gespeicherte Energie steht zur Verfügung? Wie viel Strom wird derzeit erzeugt, verbraucht und mit dem öffentlichen Netz ausgetauscht?

2. Automatische Verbrauchersteuerung

Waschen, spülen, erwärmen – in nahezu jedem Haushalt gibt es Verbraucher, die unabhängig von Tageszeiten dann betrieben werden können, wenn viel Solarstrom zur Verfügung steht. Durch eine passende automatische Steuerung, etwa der Waschmaschine, lässt sich der Eigenverbrauchsanteil ohne Komforteinbußen deutlich steigern. Ebenfalls geeignet sind Wärmepumpen oder Heizpatronen für Warmwasserspeicher, da sich die mit ihrer Hilfe erzeugte Wärme vergleichsweise einfach und kostengünstig speichern lässt.

3. Zwischenspeicherung von Energie

Mit entsprechenden Systemen lässt sich Solarstrom auch für einen späteren Verbrauch zwischenspeichern. Das erhöht die Eigenverbrauchsquote noch weiter und vergrößert außerdem die Unabhängigkeit vom Versorgungsnetz. Schon kleinere Energiespeicher in einer Größenordnung von wenigen Kilowatt, etwa in Wechselrichter integriert, können den Eigenverbrauch und damit die Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage deutlich erhöhen. Darüber hinaus können künftig elektrisch betriebene Fahrzeuge zusätzlich als Energiespeicher dienen.

Doch ob Batteriespeicher, E-Fahrzeug oder Wärmepumpe — Fakt ist: Während Speichersysteme durch technologische Weiterentwicklung bei den Batterien und steigende Stückzahlen zunehmend günstiger werden, nehmen die Kosten für konventionell erzeugten Strom voraussichtlich weiter zu. Und ganz nebenbei ermöglichen Speichersysteme eine Absicherung wichtiger Verbraucher gegen Netzausfälle.

Via Onlineportal können Betreiber von Solaranlagen sämtliche Leistungsdaten zeitnah und nahezu an jedem Ort einsehen. Zum Beispiel: aktuelle Leistung, Tagesprofil, Tages- oder Gesamtenergieertrag in Euro bzw. die eingesparte CO2-Menge. Darüber hinaus können moderne Systeme im Fehlerfall per E-Mail warnen. Neben der Leistungsanzeige in Echtzeit sind moderne Systeme darüber hinaus in der Lage, Berichte und Auswertungen der Solaranlage automatisch zu erstellen und zu dokumentieren. Auch Fernwartungen etwa durch den Fachhandwerker sind dank moderner Anlagenüberwachung kein Problem.

Bauliche Voraussetzungen

Solarmodule passen auf nahezu jedes Dach. Zahlreiche Montagearten stehen dafür zur Verfügung – je nach Ausrichtung und Neigung sowie architektonischen Ansprüchen. Professionell installiert werten Solarmodule jedes Gebäude auf. Jedoch sollte unbedingt ein Fachmann die Installation übernehmen. Dafür sind nur wenige Tage nötig. Übrigens hinterlässt eine PV-Anlage keinerlei Schäden auf Ihrem Dach.

 


 

AufdachanlagenAufdachanlagen

Sie zählen zu den häufigsten Montagearten und sind einfach und schnell installiert. Dabei werden die Module auf einem speziellen Montagegestell montiert. Das sichert eine ausreichende Belüftung der Module, was sich wiederum positiv auf die Leistungsfähigkeit der PV-Anlage auswirkt. Zudem wirkt sich die zusätzliche Isolierung positiv auf das Klima des darunter liegendes Raumes aus. Aufdachanlagen können auch auf Flachdächer montiert werden. Die Module werden schräg auf spezielle Montagesysteme montiert.

 

 

 


 

IndachanlagenIndachanlagen

können bei Neubauten realisiert werden. Besonders für geneigte Dächer geeignet, werden bei Indachanlagen die Solarmodule direkt in das Dach integriert. Indachanlagen erfüllen im Besonderen hohe ästhetische Ansprüche.

 

 

 

 


 

FreiflächenanlagenFreiflächenanlagen

heißt, Module werden auf Fundamente am Boden installiert. Zu beachten ist einzig ein angemessener Abstand zum Boden, um ungewollte Verschattungen durch Pflanzen zu vermeiden. Freiflächenmontagen gestalten sich besonders einfach, unterliegen jedoch anderen Vergütungssätzen als Dachanlagen.

 

 

 

 


 

Fassadenintegrierte PV-AnlagenFassadenintegrierte PV-Anlagen

benötigen eine ausreichende Fassadenfläche. Unterschieden werden Kalt- und Warmfassaden. Werden bei Kaltfassaden die Module nachträglich installiert, übernimmt die Solaranlage bei Warmfassaden zusätzliche Funktionen der Gebäudehülle. Dafür werden spezielle Isolierglasmodule angeboten, die darüber hinaus schalldämmende Eigenschaften besitzen.

 

 

 

 


 

 NetzanschlussNetzanschluss

Damit der von Ihnen produzierte Strom auch ins Versorgungsnetz eingespeist werden kann, benötigen Sie einen Netzanschluss samt Einspeisezähler. Der Fachhandwerker kümmert sich auch darum und stimmt alle dafür notwendigen Schritte mit dem Netzbetreiber ab. Zudem muss die PV-Anlage – wie alle PV-Anlagen in Deutschland – bei der Bundesnetzagentur registriert werden. Die Bundesnetzagentur erfasst Standort und Leistung und berechnet auf Basis aller registrierten PV-Anlagen die Höhe der künftigen Einspeisevergütung.