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Interessante Themen

Warum erneuerbare Energien?

Fossile Energieträger wie Öl, Kohle und Gas haben zwei wesentliche Nachteile: sie sind nicht unendlich verfügbar und ihre Verbrennung erzeugt klimaschädliche Emissionen - mit erheblichen Folgeschäden und Folgekosten. Auch Uran ist endlich. Der Ausbau der erneuerbaren Energien ist darum nicht nur sinnvoll, sondern gesamtwirtschaftlich auch vorteilhaft.

Warum erneuerbare Energien?

Fossile Energieträger wie Öl, Kohle und Gas haben zwei wesentliche Nachteile: sie sind nicht unendlich verfügbar und ihre Verbrennung erzeugt klimaschädliche Emissionen - mit erheblichen Folgeschäden und Folgekosten. Auch Uran ist endlich. Der Ausbau der erneuerbaren Energien ist darum nicht nur sinnvoll, sondern gesamtwirtschaftlich auch vorteilhaft.

Das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) im Überblick

Die wesentlichen Inhalte des Wärmegesetzes 

Das Wärmegesetz legt fest, dass spätestens im Jahr 2020 14 Prozent der Wärme in Deutschland aus Erneuerbaren Energien stammen muss. Es dient dem Schutz der Umwelt und soll dazu beitragen, den Ausstoß Klima schädlicher Treibhausgase zu verringern.

Wie funktioniert eine thermische Solaranlage?

Der Flachkollektor ist der am häufigsten eingesetzte Kollektortyp zur Gewinnung von Sonnenwärme und das Herzstück einer thermischen Solaranlage

Einspeisevergütung / Installation, Exportraten, führende Hersteller

Einspeisevergütung: Die Vergütung des Solarstroms in Deutschland ist im EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) geregelt und wird auf alle Stromverbraucher umgelegt.

Aktuelle Situation der Preisentwicklung

Die reinen Herstellungskosten der Module sind in den letzten Jahren stark gesunken Entwicklung der reinen Herstellungskosten für Solarstrom. Das EEG hat somit wie geplant bewirkt, dass dank Massenproduktion, Produktivitätssteigerungen und technischem Fortschritt die Kosten gesenkt werden konnten.

Modulpreise

Modulpreise: Mittlerweile sind in Japan kristalline Sharp Solarmodule ab 1670 €/kWp erhältlich. Sharp Markenmodule kosten in Deutschland etwa 3300 €/kWp Netto. Im deutschen Großhandel kosten monokristalline Module bei einer Abnahme von 100 kWp 2900 €/kWp Netto.

Verbundanlage / Inselanlage / Versorgungssicherheit

Verbundanlage: Bei im Verbundnetz betriebenen Anlagen kann die wartungsintensive Energiespeicherung in einem Zwischenkreis entfallen, der eingespeiste elektrische Strom wird sofort verbraucht, der Ausgleich der unterschiedlichen Verbrauchs- und Angebotsleistungen erfolgt über das Verbundnetz.

Integration in das Stromnetz / Konformität zum Verbrauch / Übertragung / Speicherung

Integration in das Stromnetz - Schwankung des Angebots: Das schwankende Angebot der Photovoltaik wirkt aus Sicht des Stromnetzes nicht anders als schwankender Verbrauch; die eingespeiste Photovoltaikleistung stellt sich dabei wie eine Verbrauchsminderung dar. Diese Laständerungen sind, wie die durch den Stromverbraucher verursachten Schwankungen der Last, statistisch vorhersagbar.

Grid Parity

Grid Parity, auf deutsch "Netz-Gleichwertigkeit", wird dann erreicht, wenn Strom aus einer Photovoltaikanlage zum gleichen Preis wie der Endverbraucherpreis von Steckdosenstrom angeboten werden kann. Wenn z.B. Steckdosenstrom eines Tages rund 25 Cent/kWh kostet (2007: ca. 19 Cent) und die Einspeisevergütung für Solarstrom z.B. 24 Cent beträgt (2010 geplant lt.

Leistung / Wirkungsgrad / Potential Photovoltaik

Nennleistung: Die Nennleistung von Photovoltaikanlagen wird häufig in Wp (Wattpeak) beziehungsweise kWp angegeben. „peak“ (engl. Höchstwert, Spitze) bezieht sich auf die Leistung bei Testbedingungen, die dem Alltagsbetrieb nicht direkt entsprechen. Es handelt sich dabei auch nicht um die Leistung der Zelle oder des Moduls bei höchster Sonneneinstrahlung.

Technische Beschreibung Photovoltaik

Die als Licht und Wärme auf die Erde auftreffende Menge an Sonnenenergie beträgt jährlich 1,5 · 1018 kWh; dies entspricht in etwa dem 15.000-fachen des gesamten Primärenergieverbrauchs der Menschheit im Jahre 2006 (1,0 · 1014 kWh/Jahr). Der Lichtenergieeintrag durch die Sonne beträgt pro Jahr etwa 1,1 · 1018 kWh.

Begriffserklärung / Geschichte der Photovoltaik

Unter Photovoltaik oder Fotovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie, vornehmlich Sonnenenergie, in elektrische Energie. Sie ist seit 1958 zunächst in der Energieversorgung von Weltraumsatelliten mittels Solarzellen im Einsatz.

Der Energieausweis fürs Wohnhaus

Berlin (AFP) - Vom 1. Juli an sollen Mieter und Hauskäufer die Energie-Nebenkosten eines Hauses schneller und einfacher abschätzen können als bisher. Dann kommt der Energieausweis, der über die Energie-Effizienz eines Gebäudes informiert. Allerdings fühlen sich nur rund 15 Prozent der Verbraucher gut über den Gebäudepass informiert. 

Unter welchen Vorraussetzungen ist eine Photovoltaikanlage Anlagevermögen?

Die erste Frage die es zu beantworten gilt ist: Was ist überhaupt ein Anlagevermögen?

Komponenten einer Inselanlage

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Solarmodule
  • - bilden das Herzstück einer Solarstromanlage. Sie sorgen für die Erzeugung des Stroms. Die Lebensdauer qualitativ hochwertiger Solarmodule liegt mittlerweile bei über 35 Jahren, sie stellen den zuverlässigsten Teil einer Anlage dar. 
Solarbatterien

Energieausweis für Gebäude

Energieausweis

Bei steigenden Energiepreisen werden energieeffiziente Gebäude immer attraktiver. Der Energieausweis dokumentiert die energetische Qualität von Gebäuden und gibt konkrete Modernisierungstipps zur Energieeinsparung. Als Instrument für mehr Markttransparenz motiviert der Energieausweis zu Investitionen in die Sanierung.

Info Energiepass - Energieausweis...

Ab Mitte 2008 gilt eine Energieklassifizierung für Immobilien, die in dem sogenannten Energieausweis festgeschrieben wird. Die deutsche Energieeinsparverordnung (EnEV) dient als Grundlage für die Ausstellung. Der Energiepass ist nach seiner Einführung im Juni 2008 verpflichtend, wenn einer Immobilie verkauft oder vermietet werden soll.

Windkraftanlage in schematischer Darstellung

Technische_Skizze_-_Windkraft.jpg

Die Grafik zeigt eine Windkraftanlage in schematischer Darstellung.

Stromerzeugung aus Tiefengeothermie

Hydrothermale Geothermie

Bei der Stromerzeugung aus Erdwärme wird die im Untergrund vorhandene Energie über Turbinen verstromt. Dafür sind Wassertemperaturen von mindestens 90 Grad Celsius (°C) notwendig. Dabei können hydrothermale Heiß- und Trockendampfvorkommen mit Temperaturen über 150°C direkt zum Antreiben einer Turbine genutzt werden.

Wie funktioniert eine Holzpellet-Heizung?

Wie funktioniert eine Holzpellet-Heizung?

Die effizienteste und sauberste Form der Wärmeerzeugung aus Holz für den Bedarf von Ein- und Mehrfamilienhäuser sind Holzpelletöfen. Holzpelletöfen verbrennen wenige Zentimeter lange, ca. 7 mm dünne Holzpresslinge, die so genannten Pellets.

Wie funktioniert eine Biogasanlage?

Wie funktioniert eine Biogasanlage?

In der Vorgrube werden Gülle und andere Substrate zwischengelagert und eventuell zerkleinert, verdünnt oder gemischt. Substrate sind die feste oder flüssige Biomasse, die im Fermenter zur Biogaserzeugung eingesetzt werden.

Wie funktioniert eine Solarthermieanlage?

Wie funktioniert eine Solarthermieanlage?

Die Grafik zeigt eine solarthermische Anlage in schematischer Darstellung. Die einzelnen Bestandteile werden kurz erläutert und die Prozesse der Warmwassergewinnung und des Heizens mit Sonnenenergie werden nachvollzogen.

Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?

Technische Skizze Photovoltaik

Die Grafik zeigt eine Photovoltaikanlage in schematischer Darstellung. Die einzelnen Bestandteile werden kurz erläutert und der Prozess der Stromproduktion aus Sonnenenergie wird nachvollzogen.

Wie funktioniert eine Windkraftanlage?

Technische_Skizze_-_Windkraft.jpg

Die Grafik zeigt eine Windkraftanlage in schematischer Darstellung.

Der Erneuerbare-Energien-Mix 2007

EE-Mix_2007.jpg
Bildquelle: "Agentur für Erneuerbare Energien"
 
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Strom, Wärme und Kraftstoffe aus Erneuerbaren Energien 1998-2007

Strom, Wärme und Kraftstoffe aus Erneuerbaren Energien 1998-2007
Bildquelle: "Agentur für Erneuerbare Energien"
 
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Anteile Erneuerbarer Energien am Energieverbrauch 1998-2007

Anteile Erneuerbarer Energien am Energieverbrauch 1998-2007
Bildquelle: "Agentur für Erneuerbare Energien"
 
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Wie funktioniert oberflächennahe Geothermie?

Oberflächennahe Geothermie
Die Grafik zeigt, wie man mit einer Erdwärmeanlage heizen kann.
 
Bildquelle: "Agentur für Erneuerbare Energien"
 

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BMU-Broschüre: Die Klima-Prämie

Sie wollen auf erneuerbare Energien umrüsten? Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit hat 2008 die Informationsbroschüre „Die Klima-Prämie – Was bringt sie? Wer kann profitieren?“ herausgegeben.

Aus dem Inhalt:
 
Wofür bekommen Sie die Klima-Prämie?
 
  • die das Wasser im Haus wärmen
  • die zugleich Wasser wärmen und die Heizung unterstützen
  • die Kälte erzeugen
  • oder Prozesswärme bereitstellen.

Kombination von Brennwerttechnik und thermischer Solaranlage

Automatisch beschickte Biomassekessel

Regeln für hohen Ertrag

Rund 500 Photovoltaik-Anlagen hat das Fraunhofer-lnstitut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer Ise) in Freiburg und Umgebung untersucht und in einem ersten Schritt jeweils den spezifischen Ertrag des Jahres 2004, gemessen in Kilowattstunden pro installierter Solarstromleistung (kWh/kWp), ermittelt. Anlagen mit besonders guten und auch mit besonders schlechten spezifischen Erträgen wurden so ermittelt. Alle vom Fraunhofer ISE untersuchten Solarstromanlagen erreichten im Durchschnitt einen Ertrag von 839 kWh/kWp. Im Rahmen der Felduntersuchung wurden alle Anlagen, deren jährlicher Ertrag 700 kWh/kWp nicht erreichte, unter die Lupe genommen.

BaFA erneuerbare Energien Förderung: Zuschüsse für Solarthermie und Pelletkessel

Klima-Hotline der Bundesregierung gestartet.

Unter dem Motto "Klimaschutz zahlt sich aus" hat das Bundesumweltministerium (BMU) am 01.03.2008 in Kooperation mit der Deutschen Energie-Agentur (dena) und den Verbraucherzentralen eine Informationskampagne gestartet, um den Einsatz erneuerbarer Energien für die Wärmegewinnung zu erhöhen und damit den Ausstoß des klimaschädlichen Kohlendioxids (CO2) zu verringern.

Solarbatterien

Als Solarbatterien, manchmal auch Solarakkumulatoren oder kurz Solarakkus genannt, früher auch Sonnenbatterie, werden Akkumulatoren bezeichnet, die speziell für den Einsatz in Fotovoltaikanlagen entwickelt wurden.

Ursachen für geringe Erträge

Im Rahmen der vom Fraunhofer Institut durchgeführten Felduntersuchung wurden alle Anlagen, deren Ertrag unter 700 kWh/kWp lagen, vor Ort in Augenschein genommen. 

Die häufigsten Ursachen für geringe Erträge waren dabei in folgenden Bereichen zu finden:

Freiburger Studie bringt es an den Tag: Effizienz bei Fotovoltaikanlagen noch nicht ausgereizt

Große Unterschiede im Stromertrag 

Hauptfaktoren für hohe Stromausbeute: Wahl des Einzelstandortes, Ausrichtung des Solargenerators, Qualität und Abstimmung der Technikkomponenten

Anlagen in den letzten Jahren immer besser geworden

Studie wird wichtigen Beitrag für Qualitätssteigerung der gesamten Solarbranche leisten 

Solaranlage Thermische Solaranlagen

Thermische Solaranlage / Solarkraftwerke

Eine Solaranlage ist eine technische Anlage zur Umwandlung von Sonnenenergie in eine andere Energieform.
Eine (größere) Solaranlage zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie wird auch Solarkraftwerk genannt.

Solaranlagen lassen sich nach dem Arbeitsprinzip und der gewonnenen Energieform in drei grundsätzliche Typen unterscheiden:

Thermische Solaranlagen liefern Wärme oder Hitze (z.B. Solarkocher).
Thermische Solarkraftwerke liefern Hitze für einen Prozess aus dem elektrische Energie, evtl. auch Wärme oder sogar 'Kälte' gewonnen wird.
Photovoltaikanlagen liefern elektrische Energie.
Andere regenerative Energiegewinnungsanlagen (Wasser, Wind, Biomasse usw.) sind im Prinzip ebenfalls 'Solaranlagen',
werden jedoch nicht als solche bezeichnet, da die Sonne als treibende Kraft nur indirekt wirkt.

Solar im Garten - Immer mehr Gartenfreunde nutzen die Sonne

Jeder Vierte Deutsche verbringt seine Freizeit im Haus- oder Schrebergarten. Viele Garten- und Naturfreunde setzen mittlerweile auf den Einsatz von Solartechnik, denn nicht überall ist eine Steckdose vorhanden. Die Beleuchtung des Gartenhauses, der Kühlschrank, Radio und TV werden mittels Photovoltaik (PV) mit Strom versorgt. Auch für dekorative Zwecke, z.B. für die Gartenbeleuchtung oder Teichpumpen, wird mittlerweile gerne auf „Solar“ zurückgegriffen. 

Übersicht Fördermittel

Marktanreizprogramm des Bundesumweltministerium (BMU)

Ab dem Jahr 2008 wird die Förderung für erneuerbare Energien im Wärmemarkt mit neuen Schwerpunkten fortgesetzt.

Unternehmer ohne Gewerbe: Vorteile nutzen – Nachteile meiden

Wer mit seiner Solarstromanlage Einkünfte erzielt, darf sich Unternehmer nennen. Allein von diesem Titel kann man sich zwar nichts kaufen, wohl aber von der Umsatzsteuer, die das Finanzamt unter bestimmten Voraussetzungen erstattet. Die weit verbreitete Annahme, dass mit der Unternehmereigenschaft auch die lästige und womöglich auch teure Pflicht zur Gewerbeanmeldung einhergeht, trifft hingegen nicht zu.

Betreiber von Solarstromanlagen gelten als Unternehmer, wenn sie dem Finanzamt ihre Absicht plausibel machen, damit einen Ge­winn zu erzielen. Das klingt nach erheblichem Auf­wand, nach Buchführungspflicht, Einkommensteuer und Gewerbean­meldung – lauter Dinge, vor denen man sich lieber drücken möchte.

Betriebsausgaben mindern die Steuer

Wer neben seinen „Einkünften aus nicht selbstständiger Tätigkeit“ – also dem normalen Lohn oder Gehalt – in seiner Steuererklärung Nebeneinkünfte in nennenswerter Höhe angeben muss, ist gut beraten, einen Steuerberater zu konsultieren. Die Kosten dafür kann er schließlich wiederum von der Steuer absetzen. Obwohl es im Einzelfall für den Anlagenbetreiber ein wenig kompliziert werden kann, ist das Prinzip aber recht einfach.

Solarcarports sind Wetterschutz und Stromlieferant zugleich

Statt teure Parkgebühren zu zahlen, werden Besitzer von Solarcarports sogar für ihren Parkplatz entlohnt. Denn Solarcarports bieten nicht nur Schutz vor Wind und Wetter, sondern produzieren auch Strom.

Jeder Betreiber sollte seine Photovoltaikanlage versichern

Eine gute Versicherung ist für Betreiber von Solarstromanlagen ebenso wichtig wie hochwertige Module und zuverlässige Wechselrichter

Um sich für das richtige Konzept zu entscheiden, muss man wissen, welche Risiken überhaupt abzusichern sind und die Angebote der Versicherungen genau vergleichen. 

Besonderheiten von Solarversicherungen 

Eine eigene Haftpflichtversicherung für die Solarstromanlage ist unbedingt erforderlich, wenn nicht zweifelsfrei und schriftlich geklärt ist, dass die Privathaftpflicht die Ansprüche von Dritten gegen den Betreiber abdeckt. Die Jahresprämie liegt je nach Deckungssumme und Vertragslaufzeit zwischen ungefähr 40 und 90 Euro jährlich. Für Anlagen auf gemieteten Dächern gelten Pauschalangebote nur sehr eingeschränkt. 

Helvetia Photovoltaikversicherung

Die Helvetia Photovoltaik-Versicherung ist die richtige Absicherung für Ihre Photovoltaikanlage. Denn sie schützt Ihre Investition umfassend und innovativ vor Schäden und Ausfällen.

VHV Photovoltaikversicherung

VHV PHOTOVOLTAIK - ALLGEFAHRENVERSICHERUNG
Sicherheit durch Kompetenz

Obwohl Photovoltaikanlagen technisch zuverlässig sind, stellen Betriebsschäden eine nicht zu unterschätzende Gefahr dar. Die fachgerechte Installation kann sicherlich das Schadenrisiko mindern, aber keinesfalls ausschließen. Bei Ausfall der Anlage durch einen Sachschaden kommt es zum Ausfall der Stromerzeugung. Somit wird die kalkulierte Amortisation stark beeinträchtigt. Deshalb muss sich der Anwender für die gesamte Betriebszeit um einen geeigneten Versicherungsschutz kümmern. Einen umfangreichen Versicherungsschutz hierfür bietet die Elektronik- und Ertragsausfallversicherung, denn die Wohngebäudeversicherung bietet lediglich einen eingeschränkten Versicherungsschutz.

Pellets: Pelletsheizung Holzpellets Preisvergleich

Holzpellets sind ein zu stäbchenförmigen Pellets gepresstes Brennmaterial aus Holz. Sie werden in speziellen Pelletheizungen verfeuert.

Holzpellets unterliegen Normen, in Deutschland der DIN 51731, in Österreich der ÖNORM M 7135ff, oder können nach DIN plus zertifiziert werden.

Windenergie

Bei der Windenergie handelt es sich um die kinetische Energie der bewegten Luftmassen der Atmosphäre. Sie ist eine indirekte Form der Sonnenenergie und zählt deshalb zu den erneuerbaren Energien. Die Windenergie-Nutzung ist eine seit dem Altertum bekannte Möglichkeit, um Energie aus der Umwelt zu schöpfen.

Geothermie

Geothermie / Erdwärme

Die Geothermie oder Erdwärme ist die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme. Sie umfasst die in der Erde gespeicherte Energie, soweit sie entzogen und genutzt werden kann, und zählt zu den regenerativen Energien. Sie kann sowohl direkt genutzt werden, etwa zum Heizen und Kühlen im Wärmemarkt (Wärmepumpenheizung), als auch zur Erzeugung von elektrischem Strom oder in einer Kraft-Wärme-Kopplung. Geothermie bezeichnet sowohl die ingenieurtechnische Beschäftigung mit der Erdwärme und ihrer Nutzung, als auch die wissenschaftliche Untersuchung der thermischen Situation des Erdkörpers.
 

Wechselrichter

Ein Wechselrichter (auch Inverter) ist ein elektrisches Gerät, das Gleichspannung in Wechselspannung bzw. Gleichstrom in einen Wechselstrom umrichtet.

 

Reinigung

Die Verschmutzung der Module hat einen negativen Einfluss auf den Ertrag der Photovoltaik-Anlage. Werden die Module mit einer extrem glatten und damit schmutzabweisenden Schicht (meist hochfestes Glas) versiegelt, so ist die Reflexion ziemlich groß. Wird die Glasschicht mit einer antireflektierenden Kunststoffschicht beschichtet, so ist die schmutzabweisende Eigenschaft geringer.

Wartung

Für die Herstellung, den Transport, die Wartung etc. wird Energie benötigt - unter anderem in Form von elektrischem Strom und Wärme. Diese kann man berechnen - zum Beispiel anhand der Stromrechnung der involvierten Fabriken, des Kraftstoffverbrauchs der LKW etc. Wenn die Anlage fertig gebaut ist, produziert sie Strom. Der Erntefaktor gibt nun an, wieviel mehr (elektrische) Energie die Anlage im Laufe ihres Lebens produziert, als insgesamt Energie für Ihre Herstellung, Aufbau und Abbau am Lebensende benötigt wird.

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Zusammenfassung Grundlagen Photovoltaik

Unter Photovoltaik oder Fotovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie, vornehmlich Sonnenenergie, in elektrische Energie. Sie ist seit 1958 zunächst in der Energieversorgung von Weltraumsatelliten mittels Solarzellen im Einsatz. Inzwischen wird sie zur Stromerzeugung auf der ganzen Welt eingesetzt und findet Anwendung auf Dachflächen, bei Parkscheinautomaten, an Schallschutzwänden oder auf Freiflächen. Der Name setzt sich aus den Bestandteilen Photos – das griechische Wort für Licht – und Volta – nach Alessandro Volta, einem Pionier der Elektrotechnik – zusammen. Die Photovoltaik gilt als Teilbereich der umfassenderen Solartechnik, die auch andere technische Nutzungen der Sonnenenergie einschließt.

 

Geschichte der Photovoltaik

Der photoelektrische Effekt wurde bereits im Jahre 1839 von dem französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt. 1876 wiesen William G. Adams und Richard E. Day diesen Effekt auch bei einem Selenkristall nach. 1905 gelang es Albert Einstein den Photoeffekt richtig zu erklären, wofür er 1921 den Nobelpreis für Physik bekam. Nach vielen weiteren Entdeckungen und Entwicklungen gelang es dann 1954 Daryl Chapin, Calvin Fuller und Gerald Pearson, die ersten Siliziumzellen, mit Wirkungsgraden von über vier Prozent, zu produzieren, eine Zelle erreichte sogar einen Wirkungsgrad von sechs Prozent. Die erste technische Anwendung wurde Ende der 1950er Jahre mit dem Vanguard I in der Satellitentechnik gefunden. In den 1960er und 1970er Jahren gab es, in erster Linie durch die Nachfrage aus der Raumfahrt, entscheidende Fortschritte in der Entwicklung von Photovoltaikzellen.

Ausgelöst durch die Energiekrisen in den 1970er Jahren und das gestiegene Umweltbewusstsein wird verstärkt politisch versucht, die Erschließung dieses Energiewandlers durch technische Fortschritte auch wirtschaftlich interessant zu machen. Führend sind hierbei die USA, Japan und insbesondere die Bundesrepublik Deutschland, welche mit gesetzlichen Maßnahmen wie dem 100.000-Dächer-Programm und dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) erhebliche finanzielle Anreize bietet.

Das 100.000-Dächer-Programm lief Mitte 2003 aus und wurde Anfang 2004 durch die Änderung beziehungsweise Novellierung des EEG kompensiert. Die Einspeisevergütung wurde entsprechend angehoben. Im Jahr 2005 erreichte die gesamte Nennleistung der in Deutschland installierten Photovoltaik-Anlagen 1 Gigawatt. Bei Arnstein in der Nähe von Würzburg steht auf dem Gelände des ehemaligen Weinbauversuchsguts Erlasee die damals größte Photovoltaikanlage der Welt – das sogenannte Solarfeld Erlasee – mit einer Nennleistung von mehr als 13 Megawatt.

Technische Beschreibung 

Die als Licht und Wärme auf die Erde auftreffende Menge an Sonnenenergie beträgt jährlich 1,5 · 1018 kWh; dies entspricht in etwa dem 15.000-fachen des gesamten Primärenergieverbrauchs der Menschheit im Jahre 2006 (1,0 · 1014 kWh/Jahr). Der Lichtenergieeintrag durch die Sonne beträgt pro Jahr etwa 1,1 · 1018 kWh. Diese Strahlungsenergie kann prinzipiell aufgefangen und teilweise in Elektrizität umgewandelt werden, ohne dass Nebenprodukte wie Abgase (beispielsweise Kohlendioxid) entstehen. Der Wellenlängenbereich der auftreffenden und wandelbaren elektromagnetischen Strahlung reicht vom kurzwelligen, nicht sichtbaren Ultraviolett (UV) über den sichtbaren Bereich (Licht) bis weit in den langwelligeren infraroten Bereich (Wärmestrahlung) hinein. Bei der Umwandlung wird der photoelektrische Effekt ausgenutzt. 

Die Energiewandlung findet mit Hilfe von Solarzellen, die zu so genannten Solarmodulen verbunden werden, in Photovoltaikanlagen statt. Die erzeugte Elektrizität kann entweder vor Ort genutzt, in Akkumulatoren gespeichert oder in Stromnetze eingespeist werden. Bei Einspeisung der Energie in das öffentliche Stromnetz wird die von den Solarzellen erzeugte Gleichspannung von einem Wechselrichter in Wechselspannung umgewandelt. Mitunter wird eine alleinige Energieversorgung mittels Photovoltaik in Inselsystemen realisiert. Um hier kontinuierlich Energie zur Verfügung zu stellen, muss die Energie gespeichert werden. Ein bekanntes Beispiel für akkumulatorgepufferte Inselsysteme sind Parkscheinautomaten. 

Die photovoltaische Energiewandlung ist wegen der Herstellungskosten der Solarmodule im Vergleich zu herkömmlichen Kraftwerken deutlich teurer, wobei allerdings große Teile der Folgekosten der konventionellen Energiewandlung nicht in die heutigen Energiepreise mit eingehen. Das stark schwankende Strahlungsangebot erschwert den Einsatz der Photovoltaik. Die Strahlungsenergie schwankt vorhersehbar tages- und jahreszeitlich bedingt, sowie täglich abhängig von der Wetterlage. Beispielsweise kann eine fest installierte Solaranlage in Deutschland im Juli einen gegenüber dem Dezember bis zu fünfmal höheren Ertrag bringen. Sinnvoll einsetzbar ist die photovoltaische Energiewandlung als ein Baustein in einem Energiemix verschiedener Energiewandlungsprozesse. Ohne die Möglichkeit einer wirtschaftlichen Energiespeicherung im großen Maßstab werden hierbei konventionelle Elektrizitätswerke nicht völlig zu ersetzen sein. Das Stromeinspeisungsgesetz und insbesondere das Erneuerbare-Energien-Gesetz haben zu einem Boom bei der Errichtung von Photovoltaikanlagen in Deutschland geführt. So wurde Ende Juni 2005 die Schwelle von 1000 MW installierter elektrischer Nennleistung von Photovoltaikanlagen überschritten, das entspricht allerdings nur nominell einem großen konventionellen Kraftwerk und bedeutet eine Verhundertfachung in den letzten zehn Jahren.

 

Organische Photovoltaik

Photovoltaik auf Basis von Solarzellen aus organischen Kunststoffen wird als Organische Photovoltaik bezeichnet. Der Wirkungsgrad und die Haltbarkeit der augenblicklich verfügbaren Materialien liegen noch deutlich hinter denen vergleichbarer Zellen auf Siliziumbasis. Jedoch lassen sich aus organischen Materialien bei angestrebt deutlich geringeren Produktionskosten Solarzellen herstellen, die transparent, biegsam und dünn wie Kunststoff-Folien sind und daher wesentlich vielfältiger und breiter einsetzbar wären. So könnten beispielsweise Fenster vollständig mit organischen Solarzellen beschichtet werden. Aus diesem Grund hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Juni 2007 gemeinsam mit Industriepartnern eine Förderinitiative begonnen, um diese Technologie gezielt voranzutreiben und zu dem bestehenden technologischen Vorsprung amerikanischer Startup-Firmen aufzuschließen.

Als Technologien kommen momentan hauptsächlich entweder die Grätzel-Zelle oder kunststoffbasierte Zellen zum Einsatz. Während bei der Grätzel-Zelle ein Gemisch aus Farbstoffmolekülen zur Lichtsammlung und Titandioxid-Nanopartikeln als Halbleiter zur Stromerzeugung verwendet wird, erfolgt die Lichtsammlung bei kunststoffbasierten Zellen etwa mit Fullerenen in Zusammenwirken mit elektrisch leitfähigen Polymeren.

 

Leistung

Nennleistung

Die Nennleistung von Photovoltaikanlagen wird häufig in Wp (Wattpeak) beziehungsweise kWp angegeben. „peak“ (engl. Höchstwert, Spitze) bezieht sich auf die Leistung bei Testbedingungen, die dem Alltagsbetrieb nicht direkt entsprechen. Es handelt sich dabei auch nicht um die Leistung der Zelle oder des Moduls bei höchster Sonneneinstrahlung. Die Testbedingungen dienen zur Normierung und zum Vergleich verschiedener Solarzellen oder -module. Die elektrischen Werte der Bauteile unter diesen Bedingungen werden in den Datenblättern angegeben. Es wird bei 25 °C Modultemperatur, 1000 W/m² Bestrahlungsstärke und einem Air Mass von 1,5 gemessen. Dies sind die Standard-Testbedingungen (meist abgekürzt STC, engl. Standard-Test-Conditions), die als internationaler Standard festgelegt wurden. Können diese Bedingungen beim Testen nicht eingehalten werden, so muss aus den gegebenen Testbedingungen die Nennleistung rechnerisch ermittelt werden. Die Bestrahlungsstärke von 1000 W/m² kommt in Mitteleuropa über ein Jahr gesehen nicht sehr häufig vor (je weiter südlich, desto häufiger). Im normalen Betrieb haben Solarmodule beziehungsweise die Solarzellen bei dieser Einstrahlung eine wesentlich höhere Betriebstemperatur als die im Test vorgesehenen 25 °C und damit auch einen deutlich niedrigeren Wirkungsgrad.

Die zu erwartende mittlere Produktion an elektrischer Energie einer jeweils neu errichteten netzgekoppelten Photovoltaik-Anlage in Deutschland steigt seit Jahren mit Verbesserung der Technik kontinuierlich an und liegt derzeit bei sinnvoller Auslegung der Anlage bei Werten um 900-1000 kWh pro kWp und Jahr (also ).

Dieses entspricht einer Leistungsausbeute von 102 bis 114  oder einer Ausnutzung der Arbeitsfähigkeit der Solarzelle von 10,2 bis 11,4 Prozent.

Für eine Nennleistung von 1 kW werden Solarzellen mit einer Fläche von etwa 8-10 m² benötigt. Daraus ergibt sich ein tatsächlicher Energieertrag von etwa 90-120 kWh pro Quadratmeter und Jahr (entspricht einer mittleren Leistungsabgabe von 10,3 bis 13,7 W).

 

Tatsächliche Leistung

Ein Forschungsprojekt der EU beschäftigt sich mit der tatsächlichen Leistung von Photovoltaik je nach Region. Hierzu gibt es eine Internetseite, auf der man sich, unter Angabe des Watt peak, die tatsächliche Leistung von Photovoltaik für alle größeren Städte in Europa und Afrika schätzen lassen kann.

 

 Wirkungsgrad

 

Der Wirkungsgrad eines Solaranlage oder einer Solarzelle gibt an, wie viel Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie in elektrischen Strom umgewandelt werden kann. Die besten Photovoltaik Wirkungsgrade erreichen Siliziummodule mit Werten von 20 %

 

 Potenzial

Das erreichbare Potenzial ist sehr hoch: Trotz der scheinbar ungünstigen Bedingungen in Deutschland genügten theoretisch etwa 2 Prozent der Gesamtfläche des Landes, um mit heute verfügbarer Technik in der Jahressumme die gleiche elektrische Energie zu ernten, die Deutschland insgesamt pro Jahr benötigt. Der Einwand, die Fläche in Mitteleuropa würde für einen wesentlichen Anteil von Photovoltaik zur Energieversorgung nicht ausreichen, ist somit nicht haltbar. Zudem kann die nötige Fläche ohne Neuversiegelung über die Nutzung bisher bebauter Flächen (vor allem Dächer) erreicht werden. Diese theoretische Abschätzung mit 100 % Deckung durch Photovoltaik ist nicht Ziel einer Realisierung, sie dient lediglich zur Darstellung der Größenordnung des Flächenbedarfs. Die Photovoltaik kann auch dadurch langfristig auch in Deutschland einen nennenswerten Beitrag zum Klimaschutz und zur Ressourcenschonung liefern.

Die Zahl von 2 Prozent ergibt sich bei einer installierten Leistung von einem kWp pro 10 m² Fläche, einem jährlichen Energieertrag von ca. 750 kWh pro kWp, einem Strombedarf Deutschlands von ca. 550 Milliarden kWh (die Größenordnung für das Jahr 2004 und 2005) und der Gesamtfläche Deutschlands von ca. 350.000 km².

In Osnabrück wurde kürzlich eine Studie durchgeführt, die zu dem Ergebnis kam, daß 70 % des Strombedarfs der Stadt durch Photovoltaik gedeckt werden können, wenn alle sehr gut geeigneten Dachflächen mit photovoltaischen Zellen bestückt werden. Sehr gut geeignet sind etwa 20 % der gesamten Dachfläche von Osnabrück. Dabei wurde die Anzahl der Sonnenstunden in Abhängigkeit von der Jahreszeit berücksichtigt. Bei der detaillierten Beurteilung der Dächer wurden außerdem Form, Neigung, Ausrichtung und Verschattung jeder Dachfläche berücksichtigt.

Die meisten Menschen in Deutschland leben jedoch nicht in Städten, sondern in ländlichen Regionen, wo auf eine Person eine größere Dachfläche kommt. Hier könnten sogar 100 % des Strombedarfs durch Photovoltaik gedeckt werden.

Während Strom aus konventionellen Energiequellen im Jahresmittel ca. 6 Cent pro Kilowattstunde kostet, wird Solarstrom gemäß dem Erneuerbare-Energien-Gesetz mit – je nach Art und Größe der Anlage - 38 bis 51 Cent pro Kilowattstunde (2007) vergütet. Angesichts weltweit steigender Energiepreise und der sinkenden Produktionskosten für Solarzellen aufgrund größerer Produktionskapazitäten (Skaleneffekt) und neuer, billigerer Technologien findet langfristig eine Annäherung der Kosten der Stromerzeugung statt.

Im Jahr 2005 wurden gemäß einer Erhebung der Fachzeitschrift Photon 0,26 Prozent der deutschen Stromerzeugung aus Solarenergie gewonnen, allerdings bei starkem Wachstum. Für das Jahr 2010 gehen verschiedene Prognosen von 0,45 bis 1,0 Prozent aus (Quelle: Verband der Netzbetreiber/Bundesverband Erneuerbare Energien). Im Jahre 2020 werden gemäß einer Studie des Bundesumweltministeriums 1,5 Prozent des deutschen Stromverbrauchs aus Photovoltaikanlagen gewonnen werden.

Auch bei theoretisch hohen Potenzialen spielt Solarstrom aktuell und in den nächsten Jahren für die deutsche Stromerzeugung nur eine relativ kleine Rolle. Allerdings ist durch das zum Wind oftmals gegenläufige Angebotsverhalten der Sonnenenergie der Stromanteil aus Photovoltaik für einen funktionierenden regenerativen Energiemix sinnvoll. Denn während im Sommer die Erträge aus Wind- und Wasserkraft vergleichsweise niedrig sind, arbeitet die Photovoltaik aufgrund der Sonnenscheindauer mit Gewinn.
Ein Anteil der Photovoltaik von bis zu 25 Prozent am Gesamtstrombedarf erscheint aus heutiger Sicht energiepolitisch und volkswirtschaftlich sinnvoll und erstrebenswert. So könnte überschüssiger Strom, voraussichtlich ab 2010, auch durch im Fahrzeug integrierte Akkumulatoren und Wechselrichter gespeichert und verbraucht werden, unter Verzicht auf konventionelle Antriebstechnik und dem dadurch bedingten Verlust von großen Teilen des Wirkungsgrads. Überschüsse aus erneuerbaren Energien können z.B. mittels HGU (Hydrogen gas generating unit) und Brennstoffzelle, mobil wie stationär, bedarfsgerecht in Wärme und Strom gewandelt werden. Diese Überlegungen können langfristig dazu führen, dass Solarstrom immer mehr Bedeutung gewinnt.

Sehr viel besser als in Deutschland ist das weltweite Potenzial der Photovoltaik. Aufgrund der hohen Solarstrahlungswerte lassen sich in Chile (2400 kWh/Jahr), Kalifornien (2150 kWh/Jahr), Australien (2300 kWh/Jahr) oder Indien (2200 kWh/Jahr) deutlich günstigere Stromgestehungskosten erzielen. Hinzu kommt, dass in vielen Entwicklungsländern kein Stromnetz existiert und somit die Photovoltaik eine preisgünstigere Möglichkeit bietet, elektrischen Strom zu erzeugen, als dies mit Dieselgeneratoren möglich ist. Eine aus europäischer Sicht interessante Option wäre die Erzeugung von Solarstrom in Nordafrika und dessen Transport via Hochspannungsgleichstromübertragung nach Europa. Allerdings sind bei solchen Modellen die notwendigen Investitionen zum Aufbau der gesamten technischen Infrastruktur und die Übertragungsverluste angesichts der Entfernung zu berücksichtigen. Aufgrund der hohen Einspeisevergütung durch das EEG in Deutschland wird die weltweite Nachfrage nach Solarzellen jedoch von deutschen Abnehmern dominiert. Dies führte in den vergangenen Jahren zu Engpässen bei der Herstellung und entsprechend hohen Preisen für Solarzellen, weshalb deren Installation in sonnenreicheren Ländern ohne Einspeisevergütung nicht mehr wirtschaftlich ist. Diese aus Sicht des globalen Umweltschutzes suboptimale Ausnutzung der Ressourcen führte 2007 zu Diskussionen über eine verschnellerte Absenkung des Vergütungssatzes im EEG, welche jedoch nicht beschlossen wurde.