Das Grundprinzip:

Von der Sonne in die Steckdose

Die Sonne schenkt uns etwas sehr Wertvolles: Energie. Und zwar eine Energie, die nie versiegt und einfach zu nutzen ist – zum Beispiel mittels Photovoltaik. Mit einer solchen Anlage erzeugen Sie Ihren eigenen Strom – sauber, wirtschaftlich und nachhaltig.

Das Prinzip der Photovoltaik

Solarzellen verwandeln das Sonnenlicht in Strom und nutzen als Basismaterial Silizium. Dabei gilt: Je mehr Licht vorhanden ist, umso mehr Strom entsteht. Die Solarzellen werden zu Solarmodulen verkettet und produzieren Gleichstrom, der durch einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt wird. Die erzeugte Energie können Sie im eigenen Haus nutzen, in Solarbatterien speichern oder ins öffentliche Stromnetz einspeisen.

Netzgekoppelt oder netzunabhängig

Netzgekoppelte Anlagen sind an das öffentliche Energieversorgungsnetz angebunden. Für den Solarstrom, den Sie ans Netz liefern, erhalten Sie eine entsprechende Rückvergütung – so verdienen Sie mit Ihrer Photovoltaik-Anlage bares Geld. Bei netzunabhängigen Inselanlagen hingegen wird der erzeugte Strom in einer Batterie gespeichert. Diese autarke Energieversorgung eignet sich für Berghütten, Reisemobile oder Gartenhäuser.

Die als Licht auf die Erde auftreffende Menge an Sonnenenergie ist 10.000 mal höher als der Primärenergieverbrauch der Menschheit. Diese Strahlungsenergie kann photovoltaisch direkt in Elektrizität umgewandelt werden, ohne dass Nebenprodukte wie Abgase (beispielsweise Kohlendioxid) entstehen. Der Wellenlängenbereich der auftreffenden und wandelbaren elektromagnetischen Strahlung reicht vom kurzwelligen, nicht sichtbaren Ultraviolett (UV) über den sichtbaren Bereich (Licht) bis weit in den langwelligeren infraroten Bereich (Wärmestrahlung) hinein. Bei der Umwandlung wird der fotoelektrische Effekt ausgenutzt.

Die Energiewandlung findet mit Hilfe von Solarzellen, die zu so genannten Solarmodulen verbunden werden, in Photovoltaikanlagen statt. Die erzeugte Elektrizität kann entweder vor Ort genutzt, in Akkumulatoren gespeichert oder in Stromnetze eingespeist werden.

Bei Einspeisung der Energie in das öffentliche Stromnetz wird die von den Solarzellen erzeugte Gleichspannung von einem Wechselrichter in Wechselspannung umgewandelt.

PV-Module zur Umwandlung von Licht in elektrischen Strom

Wechselrichter zur Aufbereitung des Solarstroms in Netzqualität
Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um und steuert automatisch das gesamte System. Dies ist zum Beispiel nötig, wenn das öffentliche Netz ausfallen oder abgeschaltet werden sollte.

Wechselstromzähler / Einspeisezähler zur Erfassung des Stromertrags

Sicherheitskomponenten zur elektrischen Absicherung der PV-Anlage

Mitunter wird eine alleinige Energieversorgung mittels Photovoltaik in Inselsystemen realisiert. Um hier kontinuierlich Energie verfügbar zu haben, muss die Energie gespeichert werden. Bekannte, akkumulatorgepufferte Inselsysteme sind z.B. Parkuhrsysteme, die sich häufig in größeren Städten finden. Inselanlagen werden auch oft für netzferne Wochenendhäuser, Almhütten u.s.w. verwendet.

Wirkungsgrad

Die mit Solarzellen in der Photovoltaik erzielten Wirkungsgrade reichen von wenigen Prozent (beispielsweise etwa 6 Prozent für Cadmium-Tellurid-Solarmodule) bis hin zu über 40 Prozent (Konzentrator-Mehrschicht-Laborexemplar). Die Wirkungsgrade marktüblicher Solarmodule liegen zwischen 14 und 19 Prozent. Zur Gesamtbetrachtung fließen allerdings noch die Verluste des Wechselrichters mit ein.
Obwohl die insgesamt zur Verfügung stehende Sonneneinstrahlung immens hoch erscheint, ist die Photovoltaik aufgrund des zur Zeit eher niedrigen Wirkungsgrades sehr flächenintensiv. So erzeugt eine Windkraftanlage mit 5 MW Leistung etwa genauso viel Energie wie eine 400 m x 400 m (16 ha) große Solarstromanlage.

Potenzial

Das erreichbare Potenzial ist sehr hoch: Trotz der scheinbar ungünstigen Bedingungen in Deutschland genügten theoretisch etwa 2 Prozent der Gesamtfläche des Landes, um mit heute verfügbarer Technik in der Jahressumme die gleiche elektrische Energie zu ernten, die Deutschland insgesamt pro Jahr benötigt. Der Einwand, die Fläche in Mitteleuropa würde für einen wesentlichen Anteil von Photovoltaik zur Energieversorgung nicht ausreichen, ist somit nicht haltbar. Die nötige Fläche könnte ohne Neuversiegelung über die Nutzung bisher bebauter Flächen (vor allem Dächer) erreicht werden. Die Photovoltaik kann daher langfristig auch in Deutschland einen erheblichen Beitrag zum Klimaschutz und zur Ressourcenschonung liefern.
Die genannte Zahl von 2 % ergibt sich bei einer installierten Leistung von einem kWp pro 10 m² Fläche, einem jährlichen Energieertrag von ca. 750 kWh pro kWp, einem Strombedarf Deutschlands von ca. 550 Milliarden kWh (die Größenordnung für das Jahr 2004 und 2005) und der Gesamtfläche Deutschlands von ca. 350.000 km².
Im Jahr 2008 wurden ca. 1,6 Prozent der bayrischen Stromerzeugung aus Solarenergie gewonnen.

Aufgrund des schwankenden Stromangebots, das in gewissen Grenzen vorhersagbar ist, muss die Photovoltaik – wie auch die Windenergie – bei einem Ausbau in großem Maßstab allerdings mit anderen, gut regelbaren Kraftwerken oder Speichertechnologien kombiniert werden. Hierfür in Frage kommen insbesondere Gaskraftwerke (GuD), Wasserkraftwerke, Pumpspeicherwerke, sowie zukünftig auch Druckluftspeicherkraftwerke, Solarthermische Kraftwerke mit Wärmespeicherung sowie Speicherung in Form von Wasserstoff.
Da Strom aus Photovoltaik naturgemäß tagsüber, zu Zeiten hohen Verbrauchs zur Verfügung steht, trägt sie gerade zur Deckung der Spitzen- und Mittellast bei, im Sommerhalbjahr sogar zu einem großen Teil. Dadurch ist er aufgrund der höheren Preise für diese Stromkategorien (d. h. tagsüber zu liefernden Strom, der an Strombörsen auch als Peakload bezeichnet) auch wirtschaftlich interessant. Strom aus Photovoltaik kann zwar nicht direkt als Spitzenlaststrom bezeichnet werden, sorgt aber für eine Absenkung der gesamten täglichen Lastkurve und somit auch der (Mittags-)Spitzen, dadurch wird der Abruf von Spitzenlaststrom eben verringert bzw. vermieden.
Bei den obigen Angaben zum Flächenbedarf ist eine eventuell notwendige Zwischenspeicherung der Energie noch nicht berücksichtigt. Geht man davon aus, dass 25 % der Energie sofort verbraucht und 75 % gespeichert werden, würde dies bei Umwandlungsverlusten von 50 % den Flächenbedarf für Photovoltaik ungefähr verdoppeln und zusätzliche Investitionskosten erfordern. Bei einer dezentralen Stomversorgung aus vielen Photovoltaikanlagen können andererseits Leitungssverluste aufgrund der geringeren Entfernungen zwischen Stromquelle und Endverbraucher verringert werden. Somit sollte auch der Gesamtstrombedarf sinken.

Kosten

Ein kWp installierte Leistung einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage kostet derzeit (Inbetriebnahme 2009) je nach Anlagengröße und Montagekosten ca. 4.500 – 6.000 € (inkl. MWSt.). Solch eine Anlage liefert in Österreich nach dem aktuellen Stand der Technik einen Jahresertrag von 950 bis 1.100 kWh (in Abhänigkeit von Zellentyp, Ausrichtung, Dachneigung, Sonnenstunden und Temperatur). Bei Kapitalkosten von 4 % für die Investitionssumme und Betriebskosten von typisch ca. 1 % ergeben sich Erzeugungskosten von rund 37 bis 52ct/kWh über einen üblichen Abschreibungszeitraum von 20 Jahren. Diese Kosten liegen gegenwärtig etwa 5 bis 7mal höher als die Kosten für konventionelle Erzeugung (6 bis 8 ct/kWh) oder 2 bis 3 mal über den Strompreisen für Privatkunden (ca. 18 ct/kWh). Nach 20 Jahren ist die Anlage abbezahlt und es fallen bis zum Ende der Lebensdauer (bis zu 30 Jahre) nur noch die geringen Betriebskosten an.
Die Investitions- und damit die Stromkosten neu installierter Anlagen sinken stetig durch technische Weiterentwicklung gerade im Bereich der Solarzellen und ebenso durch Optimierung der Produktion. Bei konventioneller Stromerzeugung ist dagegen aufgrund der steigenden Brennstoffkosten mit einem Preisanstieg zu rechnen.

Installationen

2008 wurden in der EU Photovoltaik Anlagen mit einer Gesamtleistung von mehr als 4.700 MWp installiert. Davon fielen alleine auf Spanien 2.700 und auf Deutschland 1.500 MWp. Im gleichen Zeitraum wurden in den USA 340 MWp und in Japan 230 MWp installiert. Die gesamte Installationsleistung auf der Welt beträgt anfang 2009 rund 14.000 MWp.

Aktuelle Projekte

Derzeit nehmen wir gerade eine 2-Achsig-nachgeführte Photovoltaik-Anlage im Skigebiet Zillertal Arena in Betrieb. Die Leistung der Anlage beträgt 15kWp bei einer Oberfläche von über 100m².Elektrotechnik Sporer GmbH setzt auf grüne Energie. 

Erneuerbare Energieerzeugung in Zillertaler Skigebieten

Anlässlich seines Weihnachtsurlaubes auf der Kristallhütte im Skigebiet Hochzillertal, besuchte Vizekanzler und Finanzminister Sepp Pröll dieser Tage auch die Zillertal Arena! Gemeinsam mit dem Klubobmann der Tiroler VP Josef Geisler und dem Tourismussprecher der ÖVP im Nationalrat und Seilbahner Franz Hörl überzeugte sich Pröll im Rahmen eines gemeinsamen Skitages von der hohen Qualität der Pisten und vom Fortschritten im Ausbau der erneuerbaren Energieerzeugung in den Zillertaler Schigebieten!

Vom Nutzen der BESCHNEIUNGSANLAGEN zur Gewinnung von Strom  - wie in Hochzillertal von Heinz Schultz umgesetzt - bis zur Solartechnik (wie in Gerlos) und der Biomassenutzung Klaus Denggs am Hintertuxer Gletscher reichen dabei die Zillertaler Bemühungen. Sehr zur Freude des ehemaligen Umweltministers und nunmehrigen Finanzministers.

Das Bild entstand beim heuer in Betrieb genommenen Solarmover mir 28MWH Jahresleistung konstruiert von den Tiroler Firmen Hilber Solar und Elektrotechnik Sporer GmbH (Mayrhofen & Fügen) am Gerloser Vorkogel auf 2055 Metern Seehöhe.

Ihr Ansprechpartner für Photovoltaik ist Herr Ing. Oliver Höllwarth.

O.Hoellwarth@elektro-sporer.at

Tel. 05285 64206