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Sauberer Strom aus eigenem Kraftwerk

Photovoltaik ist die solare Stromerzeugung direkt auf dem eigenen Hausdach. Mit einer Modulfläche von ca. 40m² lässt sich bereits der mittlere jährliche Stromverbrauch eines Einfamilienhaushalts erzeugen. Das weltweite beste Förderprogramm für Solarstrom, das Erneuerbare Energien-Gesetz (EEG), macht den Kauf einer netzgekoppelten Solarstromanlage zudem auch wirtschaftlich attraktiv. Für jede ins öffentliche Netz eingespeiste solare Kilowattstunde vergütet der lokale Stromnetzbetreiber 51,8ct. Bezogen auf eine Laufzeit von zwanzig Jahren amortisiert sich die Investition nicht nur, es verbleibt auch eine Rendite.
Autor: Harald Witzel, technischer Redakteur bei Wagner & Co Solartechnik GmbH I Bilder: Wagner & Co GmbH
Ökologisch ist ein Solarkaftwerk immer ein Gewinn. Es erspart mit seiner sauberen Energie der Umwelt je kW installierter Leis­tung ca. 500kg CO2 und andere Schadstoffe pro Jahr. Es macht darüber hinaus unabhängig von fossilen Brennstoffen, die in wenigen Jahrzehnten verbraucht sind und bis dahin sehr teuer werden. Und nicht zuletzt gibt es ein gutes Gefühl für die eigene Zukunft.

Hohe Erträge durch leistungsstarke Anlagen

Bei der Entscheidung für eine Solarstromanlage ist insbesondere auf die Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit der Komponenten zu achten, hier gibt es nicht unerhebliche Unterschiede. Hohe Leistungsstabilität und effektive Energieproduktion sind zudem ein Garant für hohe Solarstromerträge. Wer möglichst hohe Vergütungen von seinem Energieversorger beziehen möchte, sollte daher auf leistungsstarke Systeme setzen. Die fachgerechte Planung und Installation einer Solarstromanlage unter Beachtung der einschlägigen Vorschriften und Normen (VDE) sollte durch einen Fachbetrieb erfolgen. Es bietet sich eine unverbindliche Beratung durch einen qualifizierten Installateur an, der alle notwendigen Schritte mit dem Kunden abstimmt und eine individuelle Lösung vorschlägt.

Aufbau einer netzgekoppelten Solarstromanlage

Natürlich macht die Installation eines Solargenerators vor allem dort Sinn, wo gute Einstrahlungsverhältnisse vorhanden sind. Gut geeignet sind alle Flächen, die nicht durch umliegende Gebäude, Bäume, Berge oder andere Dachaufbauten wie Gauben oder Schornsteine verschattet werden. Die Möglichkeiten sind hier vielfältig, private Bauherren installieren ihre Anlage jedoch meist auf dem Dach. Die Ausrichtung der Anlage sollte zwischen Südost über Süd bis Südwest, der Neigungswinkel zwischen 20° und 50° liegen.

Solargenerator

Der Solargenerator besteht aus einem Feld von Solarmodulen, den kleinsten Einheiten mechanisch zusammengefasster und elektrisch verschalteter Solarzellen. Diese werden hauptsächlich aus hochreinem Silizium hergestellt, wie es auch in der Elektronik für Halbleiterbauelemente verwendet wird. Man unterscheidet (gestaffelt nach maximal möglichem Wirkungsgrad) monokristalline, polykristalline und amorphe Zellen. Daneben gibt es noch die Dünnschichtzellen, die aus anderen Materialverbindungen hergestellt werden. Die Bestrahlungsstärke bestimmt den Stromfluss und damit die elektrische Leistung einer Solarzelle. Zur Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Zelltypen wird deren Spitzenleistung in Watt peak (Wp) bei genormten Rahmenbedingungen (Einstrahlung 1.000W/m² und Zelltemperatur 25C°) angegeben. Zwei Ausführungen von Solarmodulen kommen zum Einsatz:
1.Rahmenmodul – stabile Einheit, Montage über den Rahmen, weniger bruchgefährdet
2.Laminat – höherer Anspruch an das Montagesystem, mehr Sorgfalt beim Hantieren
Elektrisch werden die Module zu Strängen (strings) in Reihe verschaltet, entsprechend des Spannungsbereichs des Netzeinspeisers. Die Parallelschaltung mehrerer strings bildet dann den Solargenerator.

Montagesystem

Montagesysteme müssen statisch sicher, variabel, montagefreundlich, kos­ten­günstig und langlebig sein. Es sollten daher nur hochwertige Systeme aus Aluminiumlegierungen und Edelstahl zum Einsatz kommen. Der Markt bietet Systeme für nahezu jeden Zweck an, von der Aufdachmontage über die Freiaufstellung bis hin zur dachintegrierten Befestigung der Modulfelder.

Netzeinspeiser

Der Netzeinspeiser (Wechselrichter) wandelt den Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom um. Zusätzlich ist er mit einer Netzüberwachung ausgestattet, die das Gerät bei Störungen automatisch vom Netz trennt. Die DIN VDE0100-712 schreibt zudem den Einbau eines DC-Trennschalters zwischen Solargenerator und Netzeinspeiser vor. Dieser Trennschalter dient der allpoligen Abschaltung der Solarmodule. Es sind auch Netzeinspeiser mit integriertem DC-Trennschalter erhältlich. Die wechselstromseitige Anbindung erfolgt über eine Mantelleitung (z.B. NYM-J, 3x 2,5mm²). Ein Leitungsschutzschalter dient als AC-Trennstelle. Die Zählerfeldausstattung richtet sich nach den entsprechenden EVU-Richtlinien (Technische Anschlussbedingungen). Immer mehr Anlagenbetreiber legen Wert auf eine Anlagenüberwachung, um zu überprüfen, ob, wann und wie sich ihre Investition rechnet. Die Hersteller der Netzeinspeiser liefern umfangreiche Datenkommunikationssysteme zur Erfassung, Überwachung und Visualisierung der Anlagendaten.

Kabelverbindungen

Die Gleichstromleitungen übertragen die Modulleistung auf den Netzeinspeiser. Entsprechend der thermischen, elektrischen und mechanischen Anforderung an das Kabel werden Kabeltypen verwendet, deren Leitungsquerschnitt von der Leis­tung des Modulstrangs und der Länge des Übertragungswegs abhängt. Der Standardquerschnitt beträgt 1x4mm². Spezielle Steckverbinder, z.B. Multicontact-MC-Stecker, ermöglichen ein einfaches Zusammenstecken der Kabel. Als Befestigungsmaterial können Kabelbinder, Nagelschellen, Kabelkanal und Schutzrohr eingesetzt werden. An Netzeinspeiser mit Stringtechnologie können mehrere Modulstränge angeschlossen werden. Übersteigt die Anzahl der Modulstränge die Anschlussmöglichkeiten, wird zusätzlich ein Generatoranschlusskasten eingesetzt. Von diesem führt eine Gleichstromhauptleitung zum Netzeinspeiser.

Netzunabhängige Solarstromanlagen

Auch an Standorten ohne Stromnetz bietet die Photovoltaik für Boote, Gartenhäuser, Wohnmobile, Teichpumpen usw. interessante Lösungen. Diese netz­unabhängigen Solaranlagen (auch Inselanlagen genannt) arbeiten in der Regel mit 12 oder 24V Gleichspannung und bestehen in ihrer einfachsten Ausführung aus einem oder mehreren Solarmodulen, einem Akku als Energiespeicher, einem
Lader­egler, eventuell einem Verteiler und den Verbrauchern. Durch Erweiterung mit einem Wechselrichter können auch kleine, handelsübliche 230V-Verbraucher an dem System betrieben werden. Auch bei den vermeintlich einfach aufgebauten Inselanlagen ist es im Interesse eines einwandfreien und langfristigen Betriebs von großer Bedeutung, die Anlagenkonfiguration je nach Standort und Anforderung zu bemessen und alle Komponenten aufeinander abzustimmen.

Zukunftsaussichten

Experten sind sich einig, dass Solarenergie weltweit langfristig eine unverzichtbare und tragende Säule der Energieversorgung darstellen wird und innerhalb des nächsten Jahrzehnts die Wettbewerbsfähigkeit erreichen wird. Schon heute müssen die notwendigen politischen Weichen gestellt werden, um die richtigen technologischen und wirtschaftlichen Impulse in diese Richtung zu setzen. Länder, die bei der Entwicklung der Solartechnik voranschreiten und verlässliche Förderrahmen setzen, werden auch ökonomisch profitieren. Deutschland ist auf gutem Wege, die Technologieführerschaft auf einem der größten Zukunftsmärkte zu erringen und gegen den harten internationalen Wettbewerb zu verteidigen.
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