Stromgewinnung aus Sonnenlicht

Die Nutzung regenerativer (erneuerbarer) Energiequellen leistet neben einer umweltbewußten und rationellen Energieverwendung einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung von Umweltschadstoffen. Durch Strom aus Sonnenlicht, Wind und Wasserkraft werden zudem die begrenzten Vorkommen der fossilen Energieträger Kohle, Öl und Gas geschont. Sonnenenergie für die photovoltaische Energieumwandlung steht weltweit kostenlos zur Verfügung. Auf einen Quadratmeter Erdoberfläche strahlt die Sonne mit einer Leistung von bis zu 1.000 Watt ein. In Abhängigkeit des unterschiedlichen tages- und jahreszeitlichen Verlaufes der Sonneneinstrahlung ergibt sich im Jahresdurchschnitt eine mittlere Einstrahlungsintensität von 125 W/m². Summiert man die eingestrahlte Sonnenenergie über ein Jahr, so erhält man für Deutschland je nach Standort Jahreswerte von 900 bis 1.200 kWh/m². Dies entspricht dem Energieinhalt von 90 -120 Litern Heizöl bzw.   m³ Erdgas pro m² Erdoberfläche. Würde man hierzulande alle nach Süden ausgerichteten Dachflächen mit Solarzellen bestücken, so könnte man damit mehr als die Hälfte des gesamten Strombedarfs in Deutschland decken. Die auf die Erde treffende Sonnenenergie könnte theoretisch den weltweiten Energiebedarf 10.000-fach decken. Wegen der vergleichbar geringen Energiedichte, der regionalen und zeitlichen Verteilung der Einstrahlung auf die Erdoberfläche und der begrenzten Speichermöglichkeit der Sonnenenergie ist dies jedoch praktisch nicht möglich. Es gibt grundsätzlich zwei Arten der direkten Nutzung der Sonnenenergie: Die solarthermische Nutzung, bei der die Sonneneinstrahlung direkt in Wärme umgewandelt wird (technisch einfache und preiswerte Möglichkeit) und die photovoltaische Nutzung, bei der die Sonneneinstrahlung direkt in elektrische Energie umgewandelt wird (technisch aufwendigere und kostenintensivere Möglichkeit). Während die solarthermische Nutzung der Sonnenenergie zur Warmwasserbereitung in Einzelfällen auch ohne Zuschüsse kostendeckend eingesetzt werden kann, ist die photovoltaische Nutzung der Sonnenenergie zur Stromerzeugung derzeit nur unter Inanspruchnahme einer erhöhten Einspeisevergütung und der zinsgünstigen Finanzierung über das 100.000-Dächer-Solarstromprogramm der Bundesregierung wirtschaftlich möglich.

Photovoltaischen Strom nutzen

Die vom Solargenerator erzeugte elektrische Energie schwankt in dem Maße, in dem sich die Sonneneinstrahlung ändert. Aus Sonnenenergie direkt erzeugter Strom kann um so wirtschaftlicher genutzt werden, je länger die Anschlußleitung an das öffentliche Stromversorgungsnetz ist und je mehr der Energiebedarf mit dem momentanen Energieangebot übereinstimmt. Das vor allem Kleingeräte wie Uhren oder Taschenrechner z. T. mit Solarzellen betrieben werden, ist kein Zufall. Diese Geräte zeichnen sich durch eine minimale Leistungsaufnahme aus, wofür sich Solarzellen als zuverlässige und kostengünstige Alternative zu Kleinstbatterien anbieten.

Folgende Nutzungen werden unterschieden:

Direkte Gleichstromversorgung durch den Solargenerator

(z. B. Brunnenpumpe) Dieses einfachste System zur Nutzung der Sonnenenergie besteht aus einem Solargenerator und einem elektrischen Kleinverbraucher. Die Nutzung ist beschränkt auf Elektrogeräte, die mit Gleichstrom betrieben werden, nicht ständig mit Strom versorgt werden müssen und Strom benötigen während die Sonne scheint.

Vom öffentlichen Netz unabhängige Stromversorgung mit Batteriespeicher für Gleichstrombetrieb

(z. B. Wohnwagen) Eine Batterie wird über ein Ladegerät, welches durch einen Solargenerator mit Strom versorgt wird, aufgeladen. Sie speichert den Strom für Zeiten, in denen die Sonnenstrahlung für den Betrieb der angeschlossenen Elektrogeräte nicht ausreicht.

Auslegung und Ertrag Photovoltaikanlagen

Die komplette netzunabhängige Versorgung eines Einfamilienhauses ist in unseren Breiten nur mit großem technischen Aufwand möglich. Auch wenn die über das gesamte Jahr selbsterzeugte Strommenge dem Jahresstrombedarf des Einfamilienhauses entspricht, wird in den Zeiten mit wenig Sonnenschein mehr Strom benötigt als solar erzeugt werden kann. Somit treten erhebliche Kosten für die Zwischenspeicherung des Stroms z. B. in Batterien auf. Daher sollte die Photovoltaikanlage unter Inanspruchnahme der Einspeisevergütung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz im Netzeinspeisebetrieb betrieben werden. Mit einer Solargeneratorfläche von beispielsweise 10 m² (dies entspricht ungefähr einer installierten Leistung von 1 kWp können unter optimalen Bedingungen (sonnenreicher Standort, optimale Ausrichtung der Photovoltaikanlage zur Sonne) jährlich rund 800 kWh Strom ins Stromnetz eingespeist werden. Die maximal mögliche Größe der Solargeneratorfläche richtet sich nach der zur Verfügung stehenden Dachfläche. In der Regel wird der Solargenerator an einem unbeschatteten Platz auf dem Dach installiert. Der höchste Jahresenergieertrag ergibt sich bei einer Dachneigung von rund 30° bei Südausrichtung. Bei Dachneigungen bis zu 40° und Dachorientierungen zwischen Südosten und Südwesten ergeben sich Einbußen von bis zu 5 %. Bei einer reinen Ost- oder Westausrichtung liegen die Einbußen bei gleicher Dachneigung bei 15 %, bei sehr flachen Dächern bei ca. 10 %.

Wirtschaftlichkeit Photovoltaikanlagen

Die Gesamtkosten für eine Photovoltaikanlage, die Strom in das öffentliche Stromnetz einspeisen soll, liegen je nach gewählter Anlagenleistung zwischen 6.000 und 8.000 Euro pro kWp installierter elektrischer Leistung. Die Kosten beinhalten den Solargenerator, den Wechselrichter, die erforderlichen Steuer- und Regeleinheiten sowie die Installationsarbeiten. Bei einer angenommenen Gesamtnutzungsdauer von etwa 25 Jahren sind jährliche Betriebskosten von rund 1,5 % der Investitionskosten anzusetzen. Diese beinhalten Wartungs- und Reparaturkosten sowie die zusätzlichen Kosten für die Gebäudeversicherung. Die Vergütung für den ins öffentliche Netz eingespeisten Solarstrom erfolgt nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) über 20 Jahre. Pro kWp installierter Leistung erhält man beispielsweise bei einem jährlichen Ertrag von 800 kW 384 Euro (Einspeisebeginn 2002). Über die gesamte Förderdauer von 20 Jahren erhält man damit rund 7.700 Euro. Danach kann man sich entscheiden, ob man zu der dann gültigen Einspeisevergütung weiterhin ins Stromnetz einspeisen will, oder bei möglicherweise höheren Strombezugskosten die Anlage auf Netzparallelbetrieb umstellt.

Fördermöglichkeiten

Zur Förderung von Photovoltaikanlagen hat die Bundesregierung das „100.000 Dächer - Solarstrom-Programm" aufgelegt. Über dieses Förderprogramm erhalten Sie bei Ihrer Hausbank von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) einen zinsgünstigen Kredit zur Finanzierung der Photovoltaikanlage. Die aktuellen Kreditkonditionen können bei der KfW oder bei der Hausbank erfragt werden. Sie sollten sich zusätzlich auch nach den Fördermöglichkeiten in Ihrem Bundesland und Ihrer Stadt erkundigen.

Für weitere Fragen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.