Photovoltaik allgemein

Begriffserklärung

Der Begriff „Photovoltaik“ ist eine Kombination des griechischen Wortes für „Licht“ (phos, im Genitiv: photos) und „Volt“, der Einheit der elektrischen Spannung. Photovoltaik beschreibt folglich den technischen Vorgang der Umwandlung von Licht (in diesem Fall Sonnenlicht) in elektrische Energie. Da Sonnenlicht praktisch unerschöpflich zur Verfügung steht, zählt diese Form der Stromerzeugung zur Gruppe der sogenannten erneuerbaren Energien.

Funktionsweise

Für die Umwandlung von Licht in elektrische Energie werden sogenannte Solarzellen benötigt, welche fast ausschließlich aus Silizium bestehen. Durch die Lichteinstrahlung werden in Solarzellen positive und negative Ladungsträger freigesetzt und es entsteht elektrische Spannung. In der Praxis wird eine Vielzahl von Solarzellen zu einem Solarmodul in Reihe geschaltet. Je nach Hersteller können die Maße variieren aber in der Regel ist ein Solarmodul ca. 1 Meter breit bei einer Höhe von ca. 1,60 Meter. Ein solches Modul erzeugt zwar erheblich mehr Energie als eine einzelne Solarzelle, aber um eine wirtschaftliche Nutzung zu gewährleisten, werden in der Praxis mehrere Solarmodule zu einem „String“ in Reihe geschaltet. Die einzelnen Strings wiederum werden parallel geschaltet und bilden zusammen den Generator. Die Leistungsfähigkeit eines Moduls wird in Watt peak (Wp) bzw. Kilowatt peak (kWp) angegeben. Der Ausdruck „peak“ stammt aus der englischen Sprache und bedeutet „Spitze“. Die Angabe kWp bezeichnet die Spitzennennleistung von Photovoltaikmodulen unter Standard-Testbedingungen (STC): 1000 W Einstrahlungsleistung auf 1 Quadratmeter mit einer Solarzellentemperatur von 25°C und einem air mass (AM) von 1,5. AM, zu Deutsch auch "Luftmasse", ist ein Maß für die Länge des Weges, den das Licht eines Himmelskörpers durch die Atmosphäre zurücklegt, relativ zum kürzesten Weg vom Zenit zum Boden. Die Luftmasse wirkt sich auf die spektrale Zusammensetzung des Sonnenlichts aus, welche die Erdoberfläche (Erdatmosphäre) erreicht. In Mitteleuropa hat die air mass im Schnitt einen Wert von 1,5. Der durch die Module gewonnene Gleichstrom muss vor Nutzung noch in Wechselstrom umgewandelt werden. Diese Aufgabe übernimmt der sogenannte Wechselrichter. Der Generator, das Montagesystems, die Wechselrichter, der Einspeisezähler (misst die Menge des erzeugten Stroms, der von der Anlage erzeugt und ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird) sowie die benötigten Kabel und Anschlüsse bilden zusammen die Photovoltaikanlage.  

Modularten

Je nach Herstellungsart wird zwischen verschiedenen Modularten unterschieden: monokristallin, polykristallin und Dünnschicht. Während Dünnschichtmodule aufgrund ihres geringeren Wirkungsgrades und ihrer mangelnden Robustheit kaum Verwendung finden, haben mono- und polykristalline Module einen Marktanteil von über 80 Prozent. Monokristalline Module verfügen über einen Wirkungsgrad von ca. 13 bis 19 Prozent, d.h. es werden etwa 5 bis 8 Quadratmeter Fläche für eine Leistung von 1 kWp benötigt. Polykristalline Module (Wirkungsgrad ca. 11 bis 15 Prozent) benötigen für dieselbe Leistung zwar eine größere Fläche (etwa 7 bis 9 Quadratmeter), können aber zu geringeren Kosten hergestellt werden und somit günstiger in der Anschaffung.

Vorteile

Photovoltaik bietet eine Vielzahl ökologischer und ökonomischer Vorteile. Risiken für die Umwelt sind gegenüber „klassischen“ Energieträgern wie Öl (Tankerunglücke), Kohle (Luftverschmutzung) und Atomkraft (Reaktorstörfälle) praktisch nicht existent. Da Sonnenenergie frei zugänglich ist, entstehen keine politischen Konflikte im Kampf um Ressourcen. Außerdem stellen Photovoltaikanlagen im Gegensatz zu Ölfeldern oder Kernkraftreaktoren kein Ziel für terroristische Angriffe dar. Da Gewinnung und Nutzung der Energie am selben Ort erfolgen können, sind keine teuren Stromtrassen oder umweltbelastenden Transporte notwendig (dezentrale Energieversorgung), zudem wird durch den Betrieb der Anlage kein Kohlendioxid freigesetzt. Darüber hinaus bieten sich für Anleger wirtschaftliche Vorteile. Neben der staatlich garantierten Einspeisevergütung sind Investition und Ertrag über einen langen Zeitraum kalkulierbar. Eine Eigennutzung der erzeugten Energie kann die Stromkosten erheblich senken und macht unabhängig von steigenden Strompreisen. Die schnelle und einfache Installation hält die Kosten in einem überschaubaren Rahmen. Gleichzeitig gewinnt die Immobilie, an oder auf der die PV-Anlage montiert wird, an Wert. Da keine beweglichen Teile verbaut werden, sind die Abnutzung einer Photovoltaikanlage sehr gering und die Wartungskosten niedrig.

FAQ

Fragen zur Technik

  • Was versteht man unter Wirkungsgrad?

    Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis der Strahlungsenergie der Sonne zur erzeugten Energie des Moduls.

  • Was ist der Unterschied zwischen Nutz- und Nennkapazität?

    Die Nennkapazität beschreibt das gesamte Speichervermögen einer Batterie in Kilowattstunden (kWh). Die Nutzkapazität gibt an, wie viele kWh die Batterie tatsächlich genutzt werden kann. Sie ist das Resultat aus der Multiplikation von Nennkapazität und Entladetiefe. Bei einem Lithium-Ionen-Speicher bewegt sich die Nutzkapazität meist zwischen 80 bis 90 Prozent. Bei Blei-Batterien liegt diese bei etwa 50 Prozent.

  • Welche Renditen können mit PV-Projekten erzielt werden?

    Renditen aus Projekten mit Volleinspeisung liegen, je nach Einstrahlungsgebiet und Investitionskosten, bei 8 Prozent vor Kosten. Sollte ein Teil der erzeugten Energie lokal vermarktet oder selbst verbraucht werden, liegen die prognostizierten Renditen sogar im zweistelligen Bereich.

  • Was passiert, wenn die Sonne nicht scheint, bzw. was passiert im Winter?

    Photovoltaikanlagen benötigen nicht unbedingt direkte Sonneneinstrahlung, sondern produzieren auch bei indirektem Sonnenlicht (Bewölkung) Energie. Im Winter kann zudem das vom Schnee reflektierte Sonnenlicht genutzt werden. Festzuhalten bleibt allerdings, dass bei schwachem Sonnenlicht die Leistung einer PV-Anlage deutlich geringer ausfällt.

  • Wie viel Energie produziert eine Photovoltaikanlage?

    Die erzeugte Energie hängt von mehreren Faktoren ab, dazu zählen z.B. die Dachausrichtung und -neigung und auch der Standort (im Süden ist der Ertrag in der Regel größer als im Norden) der PV-Anlage. In Deutschland kann grob mit jährlichen Erträgen zwischen 800 und 1100 kWh pro kWp gerechnet werden.

  • Wie groß sollte eine Photovoltaikanlage sein?

    Je nach Beschaffenheit der Nutzfläche (Ausrichtung, Neigung, Verschattung) und der Leistungsfähigkeit der verwendeten Solarmodule wird eine Fläche von etwa 7 bis 9 m² benötigt, um eine PV-Anlage mit einer Leistung von 1 kWp zu installieren. Im Einfamilienhausbereich sind meist PV-Anlagen mit einer Leistung von 3 bis 6 kWp anzutreffen. Hierbei werden etwa 24 bis 40 m² Dachfläche belegt.

  • Wie hoch ist die Lebensdauer einer Photovoltaikanlage?

    Da Photovoltaikanlagen Strom ohne bewegliche Teile und folglich ohne mechanischen Verschleiß erzeugen, kann von einer Lebensdauer von mehr als 30 Jahren ausgegangen werden. Die meisten Modulhersteller gewähren 25 Jahre Leistungsgarantie und 10 Jahre Produktgarantie.

  • Nimmt die Leistung von Modulen mit der Zeit ab?

    Die auf den Solarzellen befindliche Kunststofffolie kann sich im Zeitablauf aufgrund der UV-Einstrahlung in ihrer Struktur/Lichtdurchlässigkeit verändern, was eine Ertragsminderung mit sich bringt. In der Praxis wird eine jährliche Leistungsverringerung von 0,2 bis 0,5 Prozent einkalkuliert. Jedes Modul verliert im Laufe der Jahre an Leistung. Die Modulhersteller garantieren üblicherweise 90 Prozent der Mindestnennleistung nach 10 Jahren und 80 Prozent nach 20 bis 25 Jahren.

  • Welche Vorteile bieten Speichersysteme?

    Speichersysteme ermöglichen den Eigenverbrauch des zu Zeiten starker Sonneneinstrahlung erzeugten aber nicht verbrauchten Stroms. Dieser wird nicht in das öffentliche Netz eingespeist, sondern gespeichert. Übersteigt der für den Eigenverbrauch benötigte Energiebedarf die Produktion aus der PV-Anlage (bei geringer oder fehlender Sonneneinstrahlung, z.B. nachts), so kann auf den gespeicherten Strom zurückgegriffen werden, statt ihn über den Bezug aus dem öffentlichen Netz zu beziehen. Die Stromkosten können somit durch den Einsatz von Speichersystemen gesenkt und die Unabhängigkeit vom Netzbetreiber erhöht werden.

  • Muss die Anlage regelmäßig gereinigt werden?

    In der Regel besteht bei Photovoltaikmodulen ein Selbstreinigungseffekt: Aufgrund der Oberflächenbeschaffenheit sowie der Dachneigung werden Staub und andere Verschmutzungen durch Regenwasser weggespült. Bei einem geringen Neigungswinkel (weniger als 20 Grad) sollten die Module regelmäßig monatlich auf Verschmutzungen kontrolliert werden.

  • Wer plant die Anlage und wer führt die Auslegung durch?

    Anhand unseres Erfassungsbogens werden alle relevanten Daten bei Ihnen vor Ort erfasst. Die Planung und Auslegung wird durch einen unserer Planungs- und Entwicklungsingenieure durchgeführt.

  • Kann ich eine Anlage auch Fernüberwachen?

    Ja, das ist möglich und bei all unseren Angeboten inklusive. Mit Hilfe eines sogenannten Datenloggers, der an der Photovoltaikanlage installiert wird, lassen sich Ertrag und Anlagenleistung online kontrollieren.

  • Wie wird eine Photovoltaikanlage montiert?

    Am häufigsten sind werden PV-Anlagen am Boden (Freiflächen) auf speziellen Aufständerungen oder auf Dächern (sowohl Pult-, Schräg- als auch Flachdächer). Hierbei wird grundsätzlich zwischen Aufdach- und Indachmontage unterschieden. Bei der Aufdachmontage werden die PV-Module oberhalb der Dacheindeckung auf Schienen bzw. Gestellen befestigt. Bei der Indachmontage werden die PV-Module dagegen direkt in das Dach integriert. Entweder werden statt der normalen Dachziegel spezielle Solardachziegel verwendet oder es kommen Standardmodule in Form eines „Wannensystems“ zum Einsatz. Problematisch kann dabei ein eventueller späterer Austausch eines Moduls werden, da die exakten Abmaße benötigt werden. Während die Indachmontage die ästhetischere Lösung darstellt, ist die Aufdachmontage weniger aufwendig und folglich kostengünstiger. Zudem ist der Ertrag durch die bessere Unterlüftung bei einer Aufdachanlage höher. Auf Flachdächern werden die PV-Module auf Gestellen angebracht, um eine optimale Neigung (und somit einen hohen Ertrag) zu ermöglichen. Dabei ist allerdings zu beachten, dass eine größere Fläche als bei Schrägdächern benötigt wird, um eine gegenseitige Verschattung der Module zu verhindern.


  • Fragen zur Wirtschaftlichkeit

  • Lohnt sich die Anschaffung einer neuen Photovoltaikanlage noch?

    Trotz sinkender Einspeisevergütung in den letzten Jahren ist eine Investition in eine Photovoltaikanlage nach wie vor rentabel. Dies ist vor allem auf die mittlerweile niedrigen Preise der PV-Anlagen und steigende Stromkosten zurückzuführen. Solarstrom ist bereits jetzt günstiger als der vom Energieversorger bereitgestellte Strom. Weiter steigende Strompreise könnten den Eigenverbrauch in Zukunft finanziell sogar noch attraktiver machen.

  • Muss eine Photovoltaikanlage zwangsläufig nach Süden ausgerichtet sein?

    Nein. Auch wenn der Ertrag bei einer Südausrichtung am höchsten ist, sind die Einbußen bei Dächern mit Ost- und Westausrichtung überschaubar – für den Eigenverbrauch kann diese Ausrichtung sogar vorteilhaft sein: Der Strom wird dann hauptsächlich morgens und nachmittags produziert, wenn Berufstätige den meisten Strom verbrauchen. Anders als bei PV-Anlagen mit Südausrichtung entstehen keine Ertragsspitzen zur Mittagszeit.

  • Mit welchem Ertrag kann ich rechnen?

    Die erzeugte Energie hängt von mehreren Faktoren ab, dazu zählen z.B. die Dachausrichtung und -neigung und auch der Standort (im Süden ist der Ertrag in der Regel größer als im Norden) der PV-Anlage. In Deutschland kann grob mit jährlichen Erträgen zwischen 800 und 1100 kWh pro kWp gerechnet werden.

  • Wie hoch sind die mit einer PV-Anlage verbundenen Kosten?

    Eine pauschale Aussage zu den entstehenden Kosten lässt sich leider nicht treffen. Die Kosten werden pro kWp installierter Anlagenleistung berechnet und sind von verschiedenen Einflussfaktoren abhängig, dazu zählen u.a. die Beschaffenheit des Daches sowie die verwendeten Komponenten (Module, Wechselrichter, Montagesystem).

  • Nach welcher Zeit hat sich eine PV-Anlage amortisiert?

    Die Dauer der Amortisation ist einerseits vom Ertrag der Anlage (Standort, Dachneigung, Verschattung, Nennleistung) und andererseits von den entstandenen Kosten (verwendete Komponenten, Finanzierungszinssatz) abhängig und kann folglich nur individuell berechnet werden.

  • Besitzt jede PV-Anlage ein Speichersystem?

    Nein, denn bei der Frage, ob der Einsatz eines Solarspeichers wirtschaftlich sinnvoll ist, handelt es sich um eine Einzelfallentscheidung. Zum einen sollte der Solarspeicher mit der Größe der jeweiligen PV-Anlage abgestimmt werden: Wird eine zu große Speicherkapazität gewählt, kann diese oftmals nicht vollständig ausgenutzt werden. Ist der Speicher hingegen unterdimensioniert, ist die Ausbeute zu gering. Außerdem sind die Anschaffungskosten für Speichersysteme noch relativ hoch, auch wenn eine Fördermöglichkeit durch die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) besteht.

  • Was ist besser: Eigenverbrauch oder Netzeinspeisung?

    Vor einigen Jahren war es noch finanziell lukrativer, selbsterzeugten Solarstrom direkt ins Netz einzuspeisen. Inzwischen erscheint, aufgrund der vergleichsweise niedrigen Einspeisevergütung und steigenden Stromkosten (auch aufgrund von Steuern und Umlagen), der Eigenverbrauch wirtschaftlich sinnvoller. Dieser Effekt lässt sich gegebenenfalls durch den Einsatz von Speichersystemen sogar noch verstärken.

  • Wird eigenverbrauchter Solarstrom mit der EEG-Umlage belastet?

    Das ist abhängig von der Größe (Nennleistung) der Anlage. Sofern diese unter 10 kWp liegt, wird keine EEG-Umlage erhoben. In der Regel sind PV-Anlagen für Einfamilienhäuser kleiner, sodass entsprechend keine EEG-Umlage für den Eigenverbrauch anfällt. Ab 10,01 kWp wird eine verminderte EEG-Umlage für den selbsterzeugten und gleichzeitig verbrauchten Strom fällig. Auch bei einer Anlagengröße kleiner als 10 kWp kommt es bei einer Erzeugung von über 10.000kWh (im Süden Deutschlands durchaus möglich) jährlich und einem gleichzeitigen Selbstverbrauch von mehr als 10.000kWh zur Erhebung der verminderten EEG-Umlage.


  • Rechtliche Fragen

  • Besteht eine Einspeisepflicht ins öffentliche Netz?

    Nein, eine Pflicht besteht nicht. Allerdings wird in der Regel der überwiegende Teil des erzeugten Solarstroms ins Netz eingespeist (und vergütet). Die Eigenverbrauchsquote liegt gewöhnlich bei 25 bis 30 Prozent ohne Speichersysteme und bei bis zu 70 Prozent mit Speicher.

  • Benötigt man für die Installation einer PV-Anlage eine Baugenehmigung?

    Eine Baugenehmigung ist in der Regel nicht notwendig. Allerdings können bei gewerblich betriebenen Außenanlagen mit einer Eigenverbrauchsquote unter 50 Prozent, bei denkmalgeschützten Gebäuden, Flachdächern im Stadtzentrum (die Aufständerung darf nur eine bestimmte Höhe aufweisen) oder auf Dächern mit Asbestabdeckung Ausnahmen bzw. besondere Auflagen gelten. Wir empfehlen in diesen Fällen eine Kontaktaufnahme mit dem zuständigen Bauamt bevor Sie sich für den Kauf einer PV-Anlage entscheiden.

  • Müssen PV-Anlagen der Bundesnetzagentur gemeldet werden?

    Ja, jede PV-Anlage muss bei Inbetriebnahme der Bundesnetzagentur angemeldet werden. Diese Meldung beinhaltet Adresse, Nennleistung sowie Datum der Inbetriebnahme und darf nur vom Bauherr persönlich durchgeführt werden. Die anschließend von der Bundesnetzagentur vergebene Anlagennummer muss dem Netzbetreiber mitgeteilt werden.

  • Wie rechtsicher ist das EEG?

    Das EEG mit den darin definierten Einspeisevergütungen ist Bundesgesetz und wurde vom Europäischen Gerichtshof (EuGH) bestätigt. Maßgeblich jeweils der Rechtsstand zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme einer Photovoltaikanlage. Zukünftige Änderungen des EEG sind ab Datum der Gesetzesänderung rechtsverbindlich und können nicht rückwirkend erfolgen.

  • Was geschieht nach Ablauf der EEG-Frist nach 20 Jahren?

    Der mit dem Netzbetreiber abzuschließende Einspeisevertrag hat eine Laufzeit von 20 Jahren zuzüglich des Jahres der Inbetriebnahme. Nach Ablauf dieses Vertrages besteht entweder die Möglichkeit, den produzierten Strom komplett selbst zu verbrauchen (z.B. unter Verwendung von Speichersystemen) oder mit dem Netzbetreiber die weitere Abnahme des erzeugten Solarstroms und die Einspeisevergütung neu zu verhandeln.

  • Wird man durch den Betrieb einer PV-Anlage zum Gewerbetreibenden?

    Sie können durch den Betrieb einer PV-Anlage aus steuerlicher Sicht zum Unternehmer werden. Wir empfehlen Ihnen deshalb bereits vor der Anschaffung einer PV-Anlage Ihren Steuerberater bzw. Ihr zuständiges Finanzamt zu kontaktieren, um die steuerlichen Aspekte zu klären. Wird der Betreiber der PV-Anlage steuerlich als Unternehmer behandelt, muss er den Gewinn im Rahmen seiner Einkommensteuererklärung angeben. Neben den Einnahmen aufgrund der Einspeisevergütung können alle, mit der PV-Anlage in Verbindung stehenden, Kosten berücksichtigt werden. Dazu zählen neben laufenden Kosten (Versicherungsbeiträge, Finanzierungszinsen und Wartungsaufwendungen usw.) auch die Abschreibungen für Abnutzung, welche sich auf die Anschaffungskosten (Kaufpreis der PV-Anlage zzgl. Montage- und Transportkosten usw.) beziehen und jährlich über die betriebsgewöhnliche Nutzungsdauer von 20 Jahren abgesetzt werden können. Außerdem kann die gezahlte Umsatzsteuer zurückgeholt werden – im Gegenzug muss allerdings auf den selbst erzeugten und verbrauchten Strom Umsatzsteuer abgeführt werden. Nach fünf Jahren besteht dann die Möglichkeit, in die Kleinunternehmerregelung zu wechseln und sich von der Umsatzsteuer befreien zu lassen. Sinnvoll ist auch eine Kontaktaufnahme mit dem Gewerbeamt, da viele Gemeinden mittlerweile auf einen Gewerbeschein im Nebenerwerb verzichten.


  • Fragen zur Sicherheit

  • Kann das Dach durch die PV-Anlage beschädigt werden?

    Vor Installation der Photovoltaikanlage muss die Dachstatik geprüft werden. Genauer gesagt: Unter Berücksichtigung der für den Standort vorgeschriebenen Schneelastgrenzen darf durch die Zusatzlast der PV-Module die maximale Traglast je Quadratmeter nicht überschritten werden. Ist dies gewährleistet, können Schäden am Dach nur bei unsachgemäßer Installation auftreten. Aufgrund der jahrelangen Erfahrung unserer Mitarbeiter können wir dieses Risiko nahezu vollkommen ausschließen.

  • Sollte eine Photovoltaikanlage gewartet werden?

    Ja, PV-Anlagen sollten regelmäßig, z.B. jährlich, gewartet werden um ein Höchstmaß an Sicherheit und Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten. Nur durch die Wartung können mögliche Schäden frühzeitig erkannt und repariert werden.

  • Erhöht eine PV-Anlage die Gefahr eines Blitzeinschlags?

    Die Wahrscheinlichkeit eines direkten Blitzeinschlages ist relativ gering. Allerdings kann bereits ein Blitzeinschlag in der Nähe der PV-Anlage zu einer Überspannung führen und die Anlage zerstören. Überspannungsschutz und Blitzfangvorrichtungen können deshalb sinnvoll sein.

  • Besteht ein erhöhtes Brandrisiko durch PV-Anlagen?

    Nein, von Photovoltaik-Anlagen geht kein erhöhtes Brandrisiko aus. Ebenso besteht bei Betrieb der Anlage kein erhöhtes Risiko für die Feuerwehr, sodass im Brandfall der Brandherd gefahrlos gelöscht werden kann.

  • Kann Hagel die Solarmodule zerstören?

    Die Module sind durch gehärtetes Spezialglas geschützt, welches nach IEC-Norm geprüft wird. Bei diesen Tests wird das Glas mit Eiskugeln, welche einen Durchmesser von 12,5 mm bis 75 mm haben, beschossen. Die maximale Auftreffgeschwindigkeit beträgt dabei 140 km/h. Das Risiko einer Zerstörung der Solarmodule durch Hagelschlag kann somit als sehr gering eingestuft werden.

  • Werden für eine PV-Anlage Versicherungen benötigt?

    Für Photovoltaikanlagen sollten Versicherungen abgeschlossen werden, welche die speziellen Risiken dieser Anlagen absichern. Dazu zählen z.B. neben einer Elektronikversicherung für Feuer, Sturm, Hagel, Blitzeinschlag, Überspannung, Vandalismus und Diebstahl auch eine Ertragsausfallversicherung für nicht eingespeisten Strom. Ebenso sinnvoll kann eine Betreiberhaftpflichtversicherung sein. Diese sichert Schäden ab, die durch den Betrieb der Solaranlage bei Dritten verursacht werden können. Gegebenenfalls besteht die Möglichkeit, eine Photovoltaikanlage in eine bestehende Gebäude- und Gebäudehaftpflichtversicherung aufzunehmen.

Glossar

AM (Abk. für air mass)

Air mass (zu Deutsch: Luftmasse) ist ein Maß für die Länge des Weges, den das Licht eines Himmelskörpers durch die Atmosphäre zurücklegt, relativ zum kürzesten Weg vom Zenit zum Boden. Die Luftmasse wirkt sich auf die spektrale Zusammensetzung des Sonnenlichts aus, welche die Erdoberfläche (Erdatmosphäre) erreicht. In Mitteleuropa zählt die air mass im Schnitt 1,5.


Amorphe Solarzelle

Solarzelle aus amorphem Silizium. Ihre Herstellung erfolgt mit Hilfe der Dünnschichttechnik.


Amortisationszeit

Als Amortisationszeit wird die Zeit bezeichnet, in der die installierte Solarstromanlage durch Stromerzeugung die Investitionskosten wieder einspielt. Die Amortisationszeit ist dabei abhängig von der Einspeisevergütung (siehe EEG) und deren Laufzeit, den Investitionskosten sowie dem Energieertrag der Anlage pro Jahr.

Becquerel

Alexandre-Edmond Becquerel, ein französischer Physiker, entdeckte den photovoltaischen Effekt. Er stellte fest, dass eine Batterie unter Einfluss von Sonnenlicht eine verlängerte Lebensdauer verzeichnet und dass bei der Bestrahlung einer Silberelektrode in einem Elektrolyten eine elektrische Spannung entsteht.


Bifacial-Zelle

Als Bifacial-Zelle wird eine Solarzelle bezeichnet, die Licht von oben und unten, d.h. also von zwei Seiten ausnutzen kann. So kann eine Bifacial-Zelle von der Rückseite zusätzlich Licht absorbieren, das etwa von einer weißen Hauswand reflektiert wird.


Bypass-Diode

Eine Bypass-Diode ist eine parallel zu einem Zellenstrang geschaltete Diode, die bei Verschattung von einzelnen Solarzellen (in einer Reihenschaltung) den Strom der übrigen Stränge an dieser vorbeileitet.

Datenlogger

Ein Datenlogger (Datenaufzeichnungsgerät) zeichnet über längere Zeit die Daten eines Wechselrichters und die Ertragswerte einer Photovoltaikanlage auf.


Degradation

Degradation bezeichnet eine Leistungsminderung bei amorphen Solarzellen. Nach ungefähr 1.000 Sonnenstunden erreicht die Leistung die vom Hersteller angegebene Nennleistung.


Diffuse Strahlung

Als diffuse Strahlung wird die Strahlung bezeichnet, die ohne definierte Richtung von der Sonne auf einen Beobachtungspunkt der Erdoberfläche trifft. Sie entsteht, wenn die Strahlung bei ihrer Ausbreitung auf ein Hindernis stößt, etwa Wolken oder Atmosphärenpartikel. Das Gegenteil der diffusen Strahlung ist die direkte Strahlung.


Direkte Strahlung

Als direkte Strahlung wird die Sonnenstrahlung bezeichnet, die auf direktem Weg, also ohne Hindernis und daher mit dem kürzest möglichen Weg, die Erdoberfläche erreicht. Das Gegenteil der direkten Strahlung ist die diffuse Strahlung.


Dünnschichtsolarzelle

Eine Dünnschichtsolarzelle ist eine dünne Solarzelle, die ohne Wafer (kristallines Silizium) hergestellt wird. Der Herstellungsprozess kann daher mit erheblich geringerem Energieaufwand erfolgen.


Dünnschichttechnik

Als Dünnschichttechnik wird die Herstellungstechnik dünner Solarzellen bezeichnet, die direkt auf ein kostengünstiges Trägermaterial wie etwa Glas, Plastik- oder Metallfolie abgeschieden werden. Vorteile der Dünnschichttechnik sind Material- und Energieeinsparungen beim industriellen Herstellungsprozess, die Möglichkeit, großflächige Solarzellen zu produzieren und die einfache Dotierbarkeit.

Energierücklaufzeit

Als Energierücklaufzeit wird die Zeit bezeichnet, die eine Photovoltaikanlage benötigt, um die bei ihrer Herstellung benötigte Energie zu erzeugen.


Ertrag

Der Ertrag einer Photovoltaikanlage mit einer Nennleistung von einem kWp liegt in Deutschland bei etwa 800 bis 1.100 kWh im Jahr, je nach Zellentyp, Dachneigung, Ausrichtung, Sonneneinstrahlung und Temperatur. Da das Wetter nicht jedes Jahr die gleichen Einstrahlungswerte liefert, geht man in Simulationsrechnungen von den gemittelten Werten der letzten zehn Jahre für den jeweiligen Standort aus.


Gleichrichter

Gleichrichter werden in der Elektrotechnik zur Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung verwendet.


Gleichstrom

Gleichstrom ist elektrischer Strom, bei dem sich der Betrag und die Richtung nicht ändern. In der theoretischen Elektrotechnik wird nur zeitlich gleichbleibender Stromfluss als Gleichstrom bezeichnet. In der Praxis werden aber auch Mischströme mit größtenteils Gleichanteil als Gleichstrom bezeichnet, insbesondere wenn die Schwankungen des Stroms für den Verbraucher nicht merkbar sind. Direkte Gleichstromquellen sind etwa Batterien, Akkus und Solarzellen.


Globalstrahlung

Unter Globalstrahlung versteht man die gesamte Strahlungsenergie der Sonne, die pro Zeiteinheit auf eine horizontale Fläche auf der Erdoberfläche fällt. Sie setzt sich zusammen aus der auf direktem Weg eintreffenden Solarstrahlung (direkte Strahlung) und der Strahlung, die über Reflexion an Wolken, Wasser- und Staubteilchen die Erdoberfläche erreicht (diffuse Strahlung). Gemessen wird die Globalstrahlung in Watt pro Quadratmeter (W/m²). Die Globalstrahlung beträgt bei wolkenlosem Himmel im Sommer in Mitteleuropa etwa 1.000 W/m². Bei trübem, wolkigem Wetter besteht sie nur aus dem diffusen Strahlungsanteil und ihr Wert sinkt auf Werte unter 100 W/m². Ab einem Wert von 120 W/m² spricht man von Sonnenschein.

Hinterlüftung

Die Hinterlüftung sorgt für eine Kühlung der Solarmodule und somit für einen maximalen Wirkungsgrad.


Hot Spot

Ein Hot Spot entsteht bei der Verschattung eines Solarmoduls bzw. einer einzelnen Solarzelle.

Kilowattstunde

Eine Kilowattstunde (kWh) ist die Maßeinheit der elektrischen Energie und entspricht der Energiemenge, die bei einer Leistung von einem Kilowatt (kW) über den Zeitraum von einer Stunde umgesetzt wird.

Laderegler

Ein Laderegler wird zwischen die Photovoltaikanlage und das Speichersystem (Akku) geschaltet. Er überwacht und regelt den Ladevorgang. Weitere Funktionen sind der Schutz vor Tiefenentladung des Akkus und das MPP-Tracking.

MPP (Abk. für Maximum Power Point)

Als Maximum Power Point (Punkt maximaler Leistung) wird der Punkt des Stromspannungsdiagramms einer Solarzelle bezeichnet, an dem die größte Leistung einer Solarzelle entnommen werden kann, d.h. der Punkt, bei dem die Solarzelle ihr Maximum hat. Der MPP variiert in einem Intervall. Er hängt von der Bestrahlungsstärke und dem Typ der Solarzellen ab. Damit eine Solarzelle oder ein Solargenerator immer am MPP betrieben werden kann, werden häufig sogenannte MPP-Tracker eingesetzt. Diese vermeiden elektrische Leistungsverluste und gehören zur Ausstattung eines Ladereglers und eines Wechselrichters.


Modul

Ein Solarmodul wandelt Strahlungsenergie in elektrische Energie um. Wesentliche Bauelemente eines Solarmoduls sind dabei die Solarzellen. Kennzeichnend für ein Solarmodul sind die elektrischen Anschlusswerte. Diese sind von den einzelnen Solarzellen und deren Verschaltung innerhalb des Moduls abhängig. Das Solarmodul kann einzeln verwendet werden oder zu Gruppen verschaltet in einer Photovoltaikanlage betrieben werden.


Modulstring

Als Modulstring werden in mehreren Reihen geschaltete Solarzellen eines Moduls bezeichnet.


Modulwirkungsgrad

Als Modulwirkungsgrad wird das Verhältnis der abgegebenen Energie zur eingestrahlten Energie, bezogen auf die Modulfläche, bezeichnet. Die Wirkungsgrade marktüblicher Photovoltaikmodule liegen zwischen 6 und 9 Prozent bei Dünnschichtmodulen, zwischen 12 und 15 Prozent bei polykristallinen Modulen und bei monokristallinen Modulen zwischen 13 und 19 Prozent. Für die Gesamtbetrachtung müssen allerdings noch die Verluste des Wechselrichters mit einbezogen werden.


Monokristallines Silizium

Als monokristallines Silizium wird Silizium bezeichnet, das in Form von Einkristallen vorliegt.


Multikristallines Silizium

Als multikristallines oder polykristallines Silizium wird Silizium bezeichnet, das aus kleinen zusammenhängenden Kristallen besteht, die einige Millimeter bis Zentimeter groß sind. Dadurch ist eine einfachere Herstellung als bei monokristallinem Silizium möglich.

Nachführung

Eine Nachführung ist ein spezielles Halterungssystem, durch das Solarmodule stets nach dem aktuellen Sonnenstand ausgerichtet werden. Somit fällt die Sonnenstrahlung senkrecht auf die Solarzelle


Neigungswinkel

Als Neigungswinkel wird der Winkel zwischen einer geneigten Empfangsebene (z.B. einem Dach) und der Horizontalen bezeichnet. Je nach Breitengrad des Aufstellungsortes einer Photovoltaikanlage gibt es verschiedene optimale Neigungswinkel.


Nennleistung

Die Nennleistung ist die höchstmögliche Leistungsabgabe einer Solarzelle bzw. eines Solarmoduls. Gemessen wird sie bei Standard Test Conditions (STC). Angegeben wird sie in Watt-peak (Wp).


Netzkopplung

Bei einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage wird diese über einen Wechselrichter an das Netz des Stromversorgers angeschlossen, um den erzeugten Strom in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen. Die Vergütung wird dabei in Deutschland durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) geregelt. Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen benötigen keinen Energiespeicher.

Optischer Wirkungsgrad

Als Optischer Wirkungsgrad wird das Produkt aus dem Transmissionsgrad der Glasabdeckung und dem Absorptionsgrad der Absorberoberfläche bezeichnet. Er gibt an, welcher Anteil der auf den Kollektor fallenden Strahlung am Absorber in Wärme umgewandelt werden kann.

Performance Ratio

Die Performance Ratio ist ein Bewertungskriterium für Photovoltaikanlagen, das unabhängig von der Ausrichtung der Anlage und der Globalstrahlung ist. Mit ihr lassen sich Photovoltaikanlagen an verschiedenen Standorten vergleichen. Als Performance Ratio wird das Verhältnis vom tatsächlichen Energieertrag der Photovoltaikanlage zum theoretisch möglichen Energieertrag bezeichnet. Es gibt an, wie die in Generatorebene eingestrahlte Energie ausgenutzt wird und ist somit ein Maß für die Qualität der gesamten Photovoltaikanlage.


Photoeffekt

Als Photoeffekt wird die Freisetzung von positiven und negativen Ladungsträgern (Gleichstrom) durch Zufuhr von Licht oder Wärme bezeichnet. Dabei wird die Energie eines Photons auf ein Elektron übertragen. Der Photoeffekt ist die Grundlage für die Funktion von Solarzellen.


Photon

Ein Photon ist ein Lichtteilchen, das sich in Form eines Energiepakets mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. In einer Solarzelle kann ein Photon seine Energie zur Erzeugung von Elektronen-Loch-Paaren abgeben.


Photovoltaik

Die Erzeugung von elektrischem Strom aus Sonnenenergie wird als Photovoltaik bezeichnet. In Solarzellen, die meist aus Silizium bestehen, werden unter Zufuhr von Licht oder Wärme positive und negative Ladungsträger freigesetzt (sogenannter Photoeffekt) und so Gleichstrom erzeugt.


Photovoltaikversicherung

Um Ihre Photovoltaikanlage für Schäden zu schützen, sollten Sie Ihre Anlage versichern lassen. Sie können Ihre Anlage somit vor Diebstahl, Vandalismus, Sabotage, Sturm, Hagel, Überspannung, Kurzschluss, höhere Gewalt, Wasser, Brand und Schneelast schützen. Auch Bedienungsfehler können bei einigen Versicherungsgesellschaften mit abgesichert werden. Eine zusätzliche Versicherung die den Ertragsausfall abdeckt ist vor allem bei großen Anlagen empfehlenswert. Wird die Erstellung und Inbetriebnahme der Anlage in Eigenleistung erbracht, ist des Weiteren eine Montageversicherung zu empfehlen. Durch unsachgemäße Montage können schnell Schäden entstehen, nicht nur an der Anlage, sondern auch am Gebäude oder bei Nachbargebäuden. Die Betreiberhaftplicht schützt Sie vor Ansprüchen des Gebäudebesitzers, falls die Anlage z.B. durch einen Kurzschluss einen Schaden am Gebäude hervorruft.


Polykristallines Silizium

siehe multikristallines Silizium

Reflexionsverluste

Reflexionsverluste werden durch Licht erzeugt, das von der Oberfläche der Solarzelle reflektiert wird und somit nicht mehr zur Stromerzeugung beiträgt. Gegen Reflexionsverluste hilft eine Antireflexschicht.

STC (Abk. für Standard Test Conditions)

Als Standard Test Conditions (zu Deutsch: Standard Test Bedingungen) werden die genormten Bedingungen für die Messung der maximalen Nennleistung eines Solarmoduls bezeichnet. Die Bestrahlungsstärke beträgt dabei 1.000 W/m2 bei senkrechtem Lichteinfall, das Strahlenspektrum entspricht AM (Air Mass) 1.5 und die Zellentemperatur zählt 25°C.


Silizium

ist ein chemisches Element, das harte und spröde Kristalle mit stabiler Diamantstruktur bilden kann. Elementares Silizium findet als Halbleiter in unterschiedlichen Reinheitsgraden Verwendung in der Photovoltaik (Solarzellen), der Metallurgie (Ferrosilizium) und in der Mikroelektronik (Halbleiter, Computerchips). Für photovoltaische Anwendungen muss das Rohsilizium aber weiter zum Solarsilizium gereinigt werden. Der Rohstoff Siliziumdioxid kann dabei zu polykristallinem Silizium, monokristallinem Silizium oder amorphem Silizium verarbeitet werden.


Solararchitektur

Die Solararchitektur beschreibt eine Form des Häuserbaus, bei der die Möglichkeiten zur passiven (Heizung, Warmwasser, Strom) und aktiven Nutzung von Sonnenenergie optimal ausgenutzt werden. Die wesentlichen Elemente dabei sind die Ausrichtung nach Süden, kleine Fenster nach Norden, große Fenster nach Süden und eine gute Wärmedämmung.


Solarenergie

Die Solar- oder Sonnenenergie ist ein unbegrenzt zur Verfügung stehender Energieträger mit einer Leistung von minimal etwa 20 W/m² an trüben und maximal 1.000 W/m² an wolkenlosen Tagen auf die Oberfläche der Erde. Diese Energie kann durch thermische Verfahren mit Sonnenkollektoren gewonnen werden, durch photovoltaische Verfahren mit Hilfe von Solarzellen oder durch entsprechend sinnvolle architektonische Bauweise und Standortwahl von Gebäuden.


Solarer Deckungsbeitrag

Der solare Deckungsbeitrag gibt an, wie hoch der Anteil der durch eine Photovoltaikanlage produzierten Solarenergie an der in dem Haus insgesamt benötigten Energie ist. Beträgt der solare Deckungsbeitrag etwa 70 Prozent, so werden 70 Prozent der im Haus benötigten Energie durch die auf dem Dach installierte Photovoltaikanlage erbracht.


Solarkollektor

Ein Solarkollektor, auch Sonnenkollektor genannt, ist ein Energiewandler. Mit Hilfe des Sonnenkollektors wird absorbiertes Sonnenlicht direkt in Wärme umgewandelt. Die Wärme wird durch eine Flüssigkeit mit hoher Wärmekapazität, etwa Öl oder Wasser, aufgenommen, transportiert, und letztlich in einem Wärmetauscher abgegeben.


Solarmodul

siehe Modul


Solarsilizium

Als Solarsilizium werden Siliziumkristalle mit einem für die Photovoltaik ausreichend hohen Reinheitsgrad bezeichnet.


Solarzelle

Eine Solarzelle besteht heutzutage meist aus Silizium. Solarzellen absorbieren das Sonnenlicht und wandeln es in Gleichstrom um. Dieser Prozess nennt sich photovoltaischer Effekt.


Sonnenkollektor

siehe Solarkollektor


String

siehe Modulstring

Tagesgang

Als Tagesgang wird die Leistungsabgabe einer Photovoltaikanlage abhängig von der Tageszeit und dem Sonnenstand bezeichnet.


Tandemsolarzelle

Als Tandemsolarzelle wird eine Solarzelle bezeichnet, die aus zwei übereinanderliegenden Zellen besteht. Für die besonders einfache Herstellung von Tandemsolarzellen ist die Dünnschichttechnik gut geeignet.


Tedlar

Tedlar ist eine Kunststoffolie, die für die Laminierung von Photovoltaikmodulen benutzt wird.


Temperaturkoeffizient

Der Temperaturkoeffizient zeigt an, um wieviel sich der Wirkungsgrad einer Solarzelle pro Grad Celsius verkleinert, wenn die Temperatur erhöht wird. Da kristalline Solarzellen einen im Vergleich recht hohen Temperaturkoeffizient haben, sollten Photovoltaikmodule immer ausreichend belüftet werden.


Theoretischer Wirkungsgrad

Als Theoretischer Wirkungsgrad wird der Wirkungsgrad einer Solarzelle unter idealen Bedingungen bezeichnet.


Tripelsolarzelle

Als Tripelsolarzelle wird eine Solarzelle bezeichnet, die aus drei übereinanderliegenden Zellen besteht. Für die besonders einfache Herstellung von Tripelsolarzellen ist die Dünnschichttechnik gut geeignet

U (Abk. für elektrische Spannung)

U ist die Abkürzung für die elektrische Spannung. Sie wird in Einheiten von Volt gemessen.

Verschattung

Eine Verschattung, etwa durch Wolken oder Gegenstände (Kamine, Antennen oder Bäume), führt zu Ertragseinbußen der Photovoltaikanlage und teilweise zu Schäden durch hot spots.


Volt

Volt ist die Maßeinheit der elektrischen Spannung.

Wafer

Als Wafer wird eine dünne Scheibe aus Halbleitermaterial bezeichnet. Ein Wafer wird als Trägermaterial zur Herstellung von Computerchips und Solarzellen benutzt. Die Scheiben werden normalerweise von Halbleiterblöcken gesägt und sind 0,2 bis 0,3 Millimeter dick.


Wp (Abk. für Watt-Peak)

Wp bzw. Watt-Peak ist ein Maß für die Leistungsfähigkeit von Solarzellen und -modulen. Dabei wird die maximal abgegebene elektrische Leistung bei senkrechter Einstrahlung eines air mass (AM) 1.5 Sonnenspektrums gemessen.


Wechselrichter

Ein Wechselrichter wandelt den erzeugten Gleichstrom der Solarzellen in Wechselstrom um. Der Wechselrichter entnimmt der Photovoltaikanlage die Leistung am Maximum Power Point.


Wechselstrom

Als Wechselstrom wird der Strom bezeichnet, dessen Polarität ständig wechselt. Im deutschen Stromnetz fließt etwa ein Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz (Hertz), d.h. er nimmt in einer Sekunde 50 Mal einen negativen bzw. einen positiven Wert an. Wechselstrom wird durch einen Generator oder Wechselrichter erzeugt.


Wirkungsgrad

siehe Modulwirkungsgrad

Zellenwirkungsgrad

Als Zellenwirkungsgrad wird das Verhältnis der abgegebenen Energie zur eingestrahlten Energie bezogen auf die Fläche einer Zelle bezeichnet.