Photovoltaik

Was ist Photovoltaik

Solar energyMit dem Begriff Photovoltaik wird die Technologie verstanden, welche beispielweise bei Solarstromanlagen eingesetzt wird. Mit Hilfe der Photovoltaik wird das natürliche Licht der Sonne in nutzbare Energien umgewandelt. Die Photovoltaik erlebte ihre Geburt in den frühen 50er Jahren, als die Pioniere der Weltraumerforschung nach Möglichkeiten zur Versorgung ihrer Flugkörper und Satelliten mit Energie fahndeten. Erste brauchbare Photovoltaikzellen standen zum Ende der 50er Jahre zur Verfügung. Die Anfrage der Raumfahrt beflügelte die Weiterentwicklung dieser vielversprechenden Technologie. In den Folgejahrzehnten wurde dank intensiver Forschungsarbeiten an einer kontinuierlichen Verbesserung der Effizienz dieser Photovoltaikzellen (Solarzellen) gearbeitet. Damit einher gingen auch permanent zunehmende Fertigungskapazitäten. Der sinkende Fertigungspreis der stromgewinnenden Elemente und Baukomponenten für Photovoltaik-Systeme, brachte die Technologie auch in bezahlbare Bereiche. Notwendige Investitionskosten senkten sich immer drastischer für die erforderlichen Aufwendungen je produzierter Kilowattstunde an elektrischer Energie.

Eine Verknappung fossiler Brennstoffe auf dem Weltmarkt

Ein zunehmendes Umweltbewusstsein, staatliche Förderungen und zuverlässigere Komponenten aus industrieller Massenfabrikation, machten die Photovoltaikanlagen letztendlich auch für bestimmte Anwendungsbereiche interessant. Erste Photovoltaikanlagen an Privathäusern erzeugten Energie für den Eigenverbrauch oder die Einspeisung in Netze. Bessere Wirkungsgrade der Solarzellen und ein Wegfall der Umweltbelastung bei der Energiegewinnung (kein CO2 Ausstoß), verhalfen dieser regenerativen Energie zu verstärkter Aufmerksamkeit bei den Verbrauchern und Anwendern von Solarstrom.

Die Stromgewinnung ist nBlockheizkraftwerk und Photovoiltaik. Energiegewinnung der Zukunftatürlich vom einfallenden Sonnenlicht abhängig, die üblichen Bedarfsprofile der elektrischen Verbraucher in einem Haushalt zeigen aber in der Regel zeitversetzte Phasen des Bedarfs auf. Als Energiepuffer dienen derzeit vorwiegend herkömmliche Typen von Akkumulatoren. Diese können dann beispielsweise die am Tage bei Lichteinfall generierte Energie zu den Phasen des Bedarfs liefern. Diese Zwischenspeicherung vergrößert den Kapitalaufwand bei der Anschaffung. Photovoltaikanlagen sind daher etwas aufwändiger hinsichtlich der Komponentenkonstellation, wenn eine Einspeisung in bestehende Stromnetze nicht vorgesehen ist.

So genannte Photovoltaik-Inselsysteme werden gerne eingesetzt, wenn ein netzferner Standort mit einem überschaubar großen Energiebedarf versorgt werden soll. Diese Inseltechnik findet zum Beispiel auf Bojen der Schifffahrtsstraßen, bei Autobahnschildern, Parkscheinautomaten oder auch in Jagdhütten und Gartenlauben Anwendung. Die photovoltaisch gewonnene Energie solcher Anwendungen, kann bei richtiger Berechnung und Dimensionierung der Anlage für Photovoltaik und geeigneten Akkumulatoren für eine autarke Stromversorgung ausreichen. Inselsysteme haben üblicherweise eine Nennspannung von 12 oder 24 Volt (Gleichstrom).

Die Ladung der Photovoltaik-Zellen

Die einzelnen Photovoltaik-Zellen werden zu Modulen zusammengefügt, die Ladung der Akkus erfolgt immer über einen zwischengeschalteten Laderegler, um Überladungen zu vermeiden. Bei photovoltaischen Anlagen zur Gewinnung von 220 Volt Wechselstrom (Haushaltsspannung), greift man auf zwischengeschaltete Wechselrichter zurück. Diese sind bei den netzgekoppelten Photovoltaik-Systemen (mit Einspeisung) auch ein zwingender Bestandteil der Anlage.

Das Solarstrahlungspotenzial hat ein Gefälle zum Norden hin und steigt in Richtung Süden an. Die täglichen Sonnenscheindauern schwanken in unseren Breitengraden stark mit den Jahreszeiten. Die höchsten Effizienzwerte erreichen Solaranlagen in Deutschland in den Sommermonaten. Neben der Dauer und Intensität, ist auch der Winkel der eintreffenden Strahlung ein wichtiges Merkmal zur Photovoltaik. Dachflächen mit Neigungswinkeln um 30°, gelten bei uns als nahezu ideal. Auch wenn die Energiegewinnung per Solarstrom bei uns relativ saisonabhängig ist, kann der umweltfreundliche Solarstrom einen meßbaren Beitrag zu einer Verringerung der Umweltbelastung beitragen.