PV-Anlagen

Aufbau einer Photovoltaikanlage

Solarmodule werden stabil auf einer Unterkonstruktion befestigt und elektrisch miteinander verbunden. Der von den Modulen produzierte Gleichstrom wird über die Verkabelung gesammelt und zu Wechselrichtern geleitet, die den Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln. Über einen Zähler wird der Strom schließlich ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Dieser dokumentiert die gelieferte Strommenge, die dann vom Energieversorger vergütet wird. Bei autarken Anlagen wird der Strom nicht in das Stromnetz eingespeist, sondern wird vor Ort entweder gespeichert oder selbst verbraucht, z. B. um in so genannten Inselnetzen Verbraucher zu versorgen. Inselsysteme sind wartungsarm und können bei Bedarf auch mobil eingesetzt werden.

Solarzellen

Hauptbestandteile einer Photovoltaikanlage sind Solarzellen, die meistens aus Silizium (Si) gefertigt werden, da das Halbleitermaterial als zweithäufigstes Element der Erdrinde in größeren Mengen vorhanden und die Verarbeitung relativ umweltverträglich ist. Konventionelle Solarmodule besitzen als aktive Schicht Silizium in verschiedenen Kristallisationsformen: Man unterscheidet monokristalline, polykristalline und amorphe Module. Der Preis dieser Module sinkt in der genannten Reihenfolge und damit auch die Lebensdauer sowie der Wirkungsgrad. Zur Herstellung einer Solarzelle wird das Halbleitermaterial "dotiert". Damit ist das bewusste Verunreinigen durch chemische Elemente gemeint, mit denen entweder ein positiver oder negativer Ladungsträgerüberschuss geschaffen wird. An der Grenzschicht zweier unterschiedlich dotierter Halbleiterschichten entsteht ein sogenannter p-n-Übergang, an dem sich ein elektrisches Feld aufbaut. Werden die auf der Ober- und Unterseite der Schichten aufgebrachten elektrischen Kontakte (z. B. fein vernetzte Lötfäden) schließlich verbunden, fließt ein Gleichstrom: Die Solarzelle wird zum Stromproduzenten.

Solarmodule

Die einzelnen Solarzellen werden in Solarmodulen wind- und wetterbeständig verschaltet. Von vorne werden diese üblicherweise mit einer Glasscheibe vor Wettereinflüssen geschützt, von hinten durch eine Folie. Für den fassadenintegrierten Einsatz gibt es auch Module, bei denen die Zellen zwischen zwei Glasscheiben liegen. Ein Solarmodul besteht meistens aus 36 oder 72 miteinander verbundenen Solarzellen. Solarmodule werden mit verschiedenen Leistungen bis zu 300 Watt angeboten. Gängig sind Module mit einer Leistung zwischen 180 und 230 Watt. Alle Module führender Hersteller werden nach internationalen Standards in modernen Verfahren gefertigt und die Qualität ständig kontrolliert.

Wechselrichter

Ein Wechselrichter, auch Inverter genannt, wandelt den von der Solaranlage erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom (230 Volt, 50 Hertz) um. Anschließend wird der Strom ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Der Wechselrichter hat zusätzlich die Aufgabe, den Netzanschluss zu überwachen und, wenn nötig, die Photovoltaikanlage vom Stromnetz zu trennen (z. B. bei einem Stromausfall). Weiterhin sammelt der Inverter Daten in Bezug auf die Stromproduktion, um Fehler schnell erkennen und beheben zu können. Je nach Größe der Photovoltaikanlage werden mehrere Wechselrichter benötigt.

Einspeisung ins Stromnetz

Wie viel Solarstrom von einer Anlage ins öffentliche Netz eingespeist wurde, wird vom Einspeisezähler gemessen. Dieser Strom wird vom Stromversorger vergütet. Der eigene Strombedarf wird weiterhin aus dem Netz bezogen. Durch die Differenz aus der Einspeisevergütung und den Kosten für den benötigten Strom amortisiert sich die Investition in die PV-Anlage nach ca. 10 bis 12 Jahren. Es gibt zusätzlich die Möglichkeit, den erzeugten Strom auch selbst zu verbrauchen.

Lebensdauer

Da eine Photovoltaikanlage keine beweglichen Teile enthält, besitzt sie eine lange Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren und länger. Alle führenden Hersteller garantieren die Leistung ihrer Solarmodule über längere Zeit, da sich Solarzellen nicht wesentlich abnutzen (z. B. über 90 % der Nennleistung nach 23 Jahren). Für Wechselrichter sind heute 5 bis 10 Jahre Garantie üblich. Es ist damit zu rechnen, dass sie einmal während der Lebensdauer der Solaranlage ersetzt werden müssen.