Centrales Agrar-Rohstoff Marketing- und Energie-Netzwerk e.V.


Photovoltaikanlagen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Bestandteile in netzgekoppelte Anlagen und Inselanlagen. Netzgekoppelte Anlagen speisen umgewandelte Energie teilweise oder vollständig ins öffentliche Übertragungsnetz ein. Anlagen im Inselbetrieb sind dagegen nicht mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden, Ziel ist eine autarke Versorgung einzelne Verbraucher innerhalb eines isolierten Stromnetzes.

Netzgekoppelte Photovoltaikanlage

Netzgekoppelte Anlangen, sind an das öffentliche Übertragungsnetz angeschlossen. Das heißt, dass der erzeugte Strom in das Netz des öffentlichen Stromversorgers eingespeist wird. Für den eingespeisten Strom wird wiederum eine Einspeisevergütung bezahlt, die durch das Erneuerbaren Energien Gesetz (EEG) geregelt ist. Diese Vergütung wird dem Betreiber für 20 Jahre garantiert und ab der Inbetriebnahme gezahlt. Aktuelle Zahlen zur Höhe der Fördersätze sind auf der Seite der Bundesnetzagentur zu finden.

Komponenten einer netzgekoppelten PV-Anlage:

  • Solargenerator (Solarmodule auf dem Dach)Netzgekoppelte PVAnlage
  • Montagesysteme
  • Wechselrichter
  • Verkabelung
  • Lasttrennschalter (DC-Schalter)
  • Hausanschluss
  • Zähler (Einspeise- und Bezugszähler)
  • Optional:
    • Ertragsüberwachung (Monitoringsystem)
    • Schutztechnik

 


Photovoltaikanlage im Inselbetrieb

Der Betreiber einer Inselanlage verbraucht und speichert seinen erzeugten Strom selbst (z.B. auf einer Almhütte). Die gewonnene Energie wird als Gleichstrom über einen Laderegler in einem separaten Akku (spezielle Inselsysteme) gespeichert. Dieser dient der Stromversorgung wenn keine oder nur schwache Einstrahlungswerte vorliegen. Für den Betrieb von Netzgeräten ist in modernen Anlagen ein zusätzlicher Wechselrichter integriert.

Almhütte Kärnten

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Die Anlagengröße wird so ausgelegt, dass die Versorgung der haushaltsüblichen Verbraucher (Kühlschränke, Wasserpumpen, Rundfunkgeräte, etc.) mit Strom gewährleistet ist.
Inselsysteme oder Hybridsysteme nutzen häufig verschiede Energieerzeugungsanlagen. Neben Photovoltaikgeneratoren werden weitere Energieerzeuger wie z.B. Wasserkraftanlagen oder Windkraftanlagen in den Inselnetzbetrieb integriert. Beim Bau von Inselanlagen muss der Energiebedarf exakt ermittelt und prognostiziert werden. Darauf erfolgt die entsprechende Auslegung der Energiespeicher sowie der Anlagenleistung.

Aufbau eines Solarmoduls

solarmodul FMPV-Module sind hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt, durch die Ausdehnung der Komponenten können Materialspannung auftreten. Diese werden mit Hilfe der Einbettung in einen Aluminiumrahmen ausgeglichen. Das Modul wird von einer schlag-, stoß und druckfesten Glasscheibe abgeschlossen. Darunter befinden sich die Solarzellen, welche durch eine obere und untere Kunststoffschicht vor Korrosion geschützt sind. Abschluss bildet eine weitere Verbundfolie oder eine Glasplatte. Auf der Rückseite befindet sich der Modulanschluss.

Stromversorgung mit Photovoltaikanlagen
PV Stromversorgung weiß

Der Strom wurde bisher meist zu 100 % ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Möglich ist auch die Nutzung des Stroms für den Eigenverbrauch. Hierbei ist zusätzlich zum Erzeugungs- und Strombezugszähler ein Zähler für die Messung der Stromeinspeisung nötig. Anstelle des Strombezugs- und Stromeinspeisezählers kann auch ein Zweirichtungszähler eingesetzt werden.

Gebäudebezogene Anlagen

Für die Installation von Gebäudeanlagen kommen folgende Montageformen in Betracht: 

 AbensbergKirche

    • Schrägdach
        • Aufdachmontage
        • Dachintegration
    • Flachdach
        • Aufdachmontage
        • Dachintegration
    • Fassadenintegration
    • Sonnenschutzelemente/ Vordächer
    • Schallschutzwände

 

Als Aufdachmontage bezeichnet man die dachparallele Montage auf einem Schrägdach mittels einer Unterkonstruktion aus Aluminium oder Stahl oberhalb der Dachziegel. Die Unterkonstruktion wird häufig mit Dachhaken an den Dachsparren montiert. Hierbei handelt es sich um die am häufigsten installierte Anlageform.

Bei der Dachintegration werden die Module anstelle der Dachziegel eingesetzt und dienen gleichzeitig der Dachabdichtung. Diese beiden Montageformen können sowohl auf einem Schräg-, als auch auf einem Flachdach angewendet werden.

Die Fassadenintegration von Solarmodulen ist vor allem an Büro- und Industriegebäuden zu finden, im Privatbereich eher als Verglasungen von Wintergärten. Die Kombination von Photovoltaik und Schallschutz wird immer mehr entlang von Verkehrswegen eingesetzt.

Freiflächenanlagen

IMG 5579 Der Begriff Freiflächenanlage bezeichnet Anlagen, die nicht an oder in unmittelbarer Nähe von Gebäuden installiert sind. Auf freien Flächen können Photovoltaikanlagen, vergleichsweise kostengünstig, wartungsfreundlich und optimal ausgerichtet aufgestellt werden. Allerdings wird eine erhöhte Vergütung für den eingespeisten Strom nur bei Freiflächenanlagen gezahlt, die auf Konversionsflächen wie stillgelegten Deponien, Altlasten, Industriebrache sowie an Bahnschienen bzw. Autobahnen gebaut werden. Der Großteil der Freiflächenanlagen ist fest aufgeständert, während andere ein bzw. zweiachsig nachgeführt werden.

Die Montage erfolgt auf sogenannten Modultischen, die durch Stützposten gehalten werden, ca. 1,5 m über dem Boden. Diese können lose oder mit Bodenfundamenten in den Boden gerammt werden. Die hohe Anbringung wird gewählt, um herabgleitendem Schnee die Möglichkeit zu geben, sich unterhalb des Tisches zu schichten, ohne tiefliegende Module zu beschädigen. Außerdem können dadurch die Mähintervalle auf Brachflächen verlängert werden.

Der genaue Flächenbedarf ist vorzugsweise nach der verwendeten Modultechnik, dem Modulabstand und der geplanten Gesamtnennleistung der Anlage auszurichten. Ebenso kann der Modulbedarf auch nach der Flächenverfügbarkeit ausgerichtet werden.

Ein höherer Sonnenstand z.B. im Süden Deutschlands, sowie ansteigendes Gelände bewirken, dass ein geringerer Modulreihenabstand gewählt werden kann. Von der insgesamt zur Verfügung stehenden Fläche sollte ein Flächennutzungsfaktor von 0,3 gewählt werden, um genügend Abstand zu gewährleisten und Verschattung vorzubeugen.

Die Wahl des einzusetzenden Modultyps ist die wichtigste Entscheidung vor dem Bau einer PV-Anlage. Denn die Module machen einen Großteil der Investitionskosten aus und sind entscheidend für die Kapitalrücklaufzeit. Im Idealfall wird eine Lebensdauer von mindestens 20 Jahren veranschlagt, deswegen sollten hohe Qualität und Effizienz im Vordergrund der Entscheidung stehen. Auf dem Markt werden primär kristalline Solarzellen und Dünnschichtzellen angeboten.

Kristalline Siliziumsolarzellen 

Kristalline Solarzellen sind nach dem verwendeten Halbleitermaterial in mono- und polykristalline Zellen zu unterscheiden und erreichen einen Modulwirkungsgrad von 15 - 22 % bezogen auf die auftreffende Strahlungsenergie.

Typen und Wirkungsgrade von kristallinen Siliziumsolarzellen 

Solarzellenmaterial

Zellwirkungsgrad

Modulwirkungsgrad (Massenfertigung)

Monokristallines Silizium

26 %

19 - 22 %

Polykristallines Silizium

20 %

15 - 20  %

Die Halbleitermaterialien werden durch unterschiedliche Kristallisationsprozesse gewonnen. Als Ausgangsstoff dient Siliziumdioxid (SiO2), das als Quarzsand praktisch unbegrenzt zur Verfügung steht (1/4 der Erdkruste besteht aus Silizium). Die einzelnen Herstellungsschritte kristalliner Solarzellen sind unterschiedlich kosten- und energieintensiv. Hinzu kommen die Modulherstellungskosten (1/3 der Gesamtkosten).

Vor- und Nachteile kristalliner Siliziummodule im Vergleich zu Dünnschichtmodulen

VorteileNachteile
Mehr Ertrag pro m² und Jahr                   
Teurer als Dünnschichtmodule                            
Höherer Wirkungsgrad
Höherer Materialverbrauch
Hohe Stabilität
Geringere Erträge bei diffuser Einstrahlung

  

Dünnschichtsolarzellen

Bei Dünnschichtsolarzellen wird auf unterschiedlichen Trägermaterialien wie Glas (z.B. Fensterglas), Kunststoff- oder Metallfolien eine wenige Millimeter dicke Halbleiterschicht aufgetragen.

Halbleitermaterialien für Dünnschichtsolarzellen:

    • Amorphes Silizium (aSi)
    • Mikrokristallines Silizium (µSi)
    • Kupfer-(Indium/Gallium)-(Selen/Schwefel)-Verbindungen (CIS/CIGS)
    • Cadmiumtellurit (CdTe)

Dünnschichtmodule unterscheiden sich in der Schichtdicke des eingesetzten Halbleitermaterials sowie in den Herstellungsverfahren. Die Schichtdicke beträgt meist 180 - 250 Mikrometer (20 Mikrometer dienen der Lichtumwandlung, der Rest dient der Stabilität der Zelle).

Typen und Wirkungsgrade von Dünnschichtsolarzellen (KTBL-Heft 93, 2011) 

SolarzellenmaterialZellwirkungsgradModulwirkungsgrad
Amorphes Silizium                            11 - 12 %                              5 - 9 %                           
Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) 22 % 13 - 15 % 
Cadmium-Tellurid (CdTe) 18 % bis 16 %

Dünnschichtmodule besitzen einen Wirkungsgrad von 5 - 16 %, sind jedoch auch preisgünstiger als kristalline Module. Außerdem nutzen sie Schwachlicht besser aus und verlieren bei steigender Temperatur weniger Leistung. Sie eignen sich auch für den Einsatz auf Blech- und Folienbedachung, da sie begeh- und aufrollbar sind.

Vor- und Nachteile von Dünnschichtmodulen im Vergleich zu kristallinen Siliziumsolarmodulen

VorteileNachteile
Bei steigender Temperatur geringerer Leistungsverlust
Schlechterer Wirkungsgrad
Bei diffuser Einstrahlung höhere Erträge pro installierter Leistung
Weniger kWh Strom im Jahr pro m²
 Bessere Selbstreinigung rahmenloser Module
 Höherer Flächenverbrauch bei 
gleicher Leistung
 Geringerer Materialeinsatz
 Degradation des Wirkungsgrades  bei amorphen Halbleitern um bis zu 25 %  innerhalb der ersten Betriebsmonate
 Geringe Schichtdicke
 

 

 

 


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