P
hotovoltaik ist die direkte Umwandlung von Sonnenlicht mittels Solarzellen in elektrische Energie. Bei der Energiewandlung wird der photoelektrische Effekt von Solarzellen ausgenutzt, die in Solarmodulen zusammengefasst sind. Die erzeugte Elektrizität kann direkt genutzt, in Akkumulatoren gespeichert oder in Stromnetze eingespeist werden. Die von den Solarzellen erzeugte Energie liegt als Gleichspannung vor und wird mittels Wechselrichter in Wechselspannung umgewandelt.
Nennleistung und Ertrag
Die Nennleistung von Photovoltaikanlagen wird in Wp (Watt Peak) oder kWp angegeben. Ausschlaggebend für die Dimensionierung und die Amortisation einer Photovoltaikanlage ist neben der Spitzenleistung vor allem der Ertrag, also die gewonnene Strommenge. Die Strahlungsenergie schwankt tages-, jahreszeitlich und wetterbedingt. So kann eine Solaranlage in Deutschland im Juli einen gegenüber dem Dezember bis zu fünfmal höheren Ertrag aufweisen.
Der Ertrag wird in Wattstunden (Wh) gemessen, eine übliche Angabe ist auch Kilowattstunden pro Jahr (kWh/a). Standort, Ausrichtung der Module und Verschattungen haben wesentlichen Einfluss auf den Ertrag, wobei im Allgemeinen Dächer mit einem Neigungswinkel von 30 Grad am effektivsten sind.[4] Der spezifische Ertrag ist als die Wattstunden pro installierter Nennleistung (Wh/Wp bzw. kWh/kWp) pro Zeitabschnitt definiert und erlaubt den einfachen Vergleich von Anlagen unterschiedlicher Größe.
Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis zwischen momentan erzeugter elektrischer Leistung und eingestrahlter Lichtleistung. Je höher der Wirkungsgrad, desto geringer die benötigte Einsatzfläche. Dabei ist zu beachten, welches System betrachtet wird (einzelne Solarzelle, Solarpanel bzw. -modul, die gesamte Anlage mit Wechselrichter bzw. Laderegler, Akkus und Verkabelung). Je nach Einsatz können diverse Wirkungsgrade erreicht werden:
- Organische Solarzellen erzielen bis zu 10,6 % Wirkungsgrad
- Dünnschichtmodule auf Basis von amorphem Silizium etwa 5 bis 13 % Wirkungsgrad
- Dünnschichtmodule auf Basis von Cadmiumtellurid ca. 13 % Wirkungsgrad
- Solarzellen aus polykristallinem Silizium 13 bis 18 % Wirkungsgrad
- Zellen aus monokristallinem Silizium zwischen 14 und 24 % Wirkungsgrad
- Konzentratorzellen können in Laborsituationen über 40 % Wirkungsgrad erzielen. Wegen der hohen Lichtbündelung sind Konzentratorzellen allerdings nur in sehr sonnenreichen Gebieten sinnvoll einsetzbar.
Wartungsaufwand
Bedingt durch diverse Umwelteinflüsse wie z.b. Pollenabsatz, Sand und Staub, Vogelkot, Laub sowie Flechten, Algen und Moos können Ertragsverluste von bis zu 30% entstehen da die Verschmutzungen wie eine Verschattung auf die Zellen wirken. Daher sollte eine regelmässige Sichtkontrolle erfolgen und ggfl. eine schonende Reinigung durchgeführt werden. Dabei sollte auf den Einsatz von aggressiven Reinigungsmitteln verzichtet werden. Bewehrt haben sich hier der Einsatz von Demineralisiertem Wasser (Vermeidung von Kalkflecken).
Entwicklung in Deutschland
Nach Angaben der Bundesnetzagentur waren Ende 2012 rund 33 GW elektrische Nettoleistung installiert. Im Jahr 2010 lag der Leistungsbedarf für elektrischen Strom in Deutschland bei 71 GW.
