Solaranlagen waren einst stark nachgefragt. Der Grund dafür lag in der hohen EEG-Vergütung, die für 7 Jahre damals festgeschrieben wurde. Durch die hohen Subventionen, konnte sich eine Solaranlage schnell amortisieren. Mittlerweile hat sich das deutlich geändert. Die EEG-Umlage wurde immer geringer und die Amortisationsdauer liegt mittlerweile bei 14 – 18 Jahren. Die Lebensdauer liegt bei mindestens 20 Jahren. Wirtschaftlich zunächst ein Minusgeschäft. Um zu verstehen, ob eine Solaranlage am Ende aber sinnvoll sein kann, sollte man sich mit der Funktionsweise auseinandersetzen.
Aber es gibt auch Vorteile, die bei Solaranlagen zu finden. Hierzu blicken wir auf das Sonnenlicht, das eineinhalb Stunden auf die Erdoberfläche trifft, und ausreichend ist, um einen großen Energieverbrauch für eine lange Zeit auf der Welt zu decken. Durch Solaranlagen wird das Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt. Das geschieht entweder durch Spiegel oder eine photovoltaische (PV) Paneele. So kann die Sonnenstrahlung konzentriert werden. Die so gewonnene Energie kann zur Stromerzeugung genutzt oder aber auch in Batterien oder Wärmespeichern direkt gespeichert werden.
Solaranlagen – Die Sonnenstrahlung
Licht erfolgt durch die Sonnenstrahlung, die auch als elektromagnetische Strahlung benannt wird -, das von der Sonne ausgestrahlt wird. Während jeder Ort auf der Erde im Laufe eines Jahres ein gewisses Maß an Sonnenlicht empfängt, variiert die Menge der Sonnenstrahlung, die einen bestimmten Punkt auf der Erdoberfläche erreicht. Mittels Solaranlagen lassen sich diese Strahlung ein fangen und so in nützliche Energieformen umwandeln.
Scheint nun die Sonne auf eines dieser Solarmodule, kann dabei das Sonnenlicht als Energie von den PV-Zellen direkt absorbiert werden. Die so entstandene Energie erzeugt elektrische Ladungen, die sich dadurch als Reaktion auf ein elektrisches Feld in der benannten Zelle bewegen, wodurch am Ende Strom fließt.
Ein einzelnes PV-Gerät wird als Zelle bezeichnet. Eine einzelne PV-Zelle ist in der Regel klein und erzeugt in der Regel etwa 1 oder 2 Watt Leistung. Diese Zellen bestehen aus verschiedenen Halbleitermaterialien und sind oft weniger als die Dicke von vier menschlichen Haaren. Um viele Jahre im Freien zu überstehen, werden die Zellen zwischen schützenden Materialien in einer Kombination aus Glas und/oder Kunststoff eingeklemmt. Um die Leistung von PV-Zellen zu erhöhen, werden sie in Ketten zu größeren Einheiten verbunden, die als Module oder Panels bekannt sind. Die Module können einzeln verwendet werden, oder mehrere können zu Arrays verbunden werden. Aufgrund dieses modularen Aufbaus können PV-Anlagen für nahezu jeden Strombedarf gebaut werden, ob klein oder groß.
PV-Module und -Anlagen sind nur ein Teil einer PV-Anlage. Zu den Systemen gehören auch die Montagekonstruktionen, die die Module auf die Sonne ausrichten, sowie die Komponenten, die den von den Modulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, mit dem alle Geräte in Ihrem Haus betrieben werden.
Die Solarzelle
Wenn Licht auf eine photovoltaische Zelle – auch Solarzelle genannt – fällt, kann dieses Licht reflektiert oder absorbiert werden oder direkt durch die Zelle hindurchgehen. Die PV-Zelle besteht aus Halbleitermaterial. Das bedeutet, dass es Strom besser leiten kann als ein Isolator, aber nicht so gut wie ein guter Leiter wie ein Metall. Es gibt sehr unterschiedliche Halbleitermaterialien, die gut in PV-Zellen eingebaut werden können.
Wird der Halbleiter dem Licht ausgesetzt, absorbiert er die Energie und überträgt diese auf die negativ geladene Teilchen im Material, die sogenannten Elektronen. Durch diese zusätzliche Energie ist es den Elektronen möglich, als elektrischer Strom durch das Material letztlich zu fließen. Dieser Strom wird über leitende Metallkontakte – die gitterartigen Linien auf den Solarzellen – abgeleitet und kann dann zur Stromversorgung Ihres Hauses und des übrigen Stromnetzes verwendet werden.
Der Wirkungsgrad einer PV-Zelle ist einfach die Menge an elektrischem Strom, die aus der Zelle kommt, verglichen mit der Energie des auf sie einfallenden Lichts, was anzeigt, wie hoch die Effektivität bei der Umwandlung ist. Die Menge an Strom, die von PV-Zellen erzeugt wird, hängt von den Eigenschaften (wie Intensität und Wellenlängen) des verfügbaren Lichts und mehreren Leistungsmerkmalen der Zelle ab.
Halbleitermaterial Silizium
Silizium ist bei weitem das am häufigsten verwendete Halbleitermaterial in Solarzellen und macht etwa 95% der heute verkauften Module aus. Silizium ist gleichzeitig das zweithäufigste Material, das nach Sauerstoff auf der Erde zu finden ist. Es wird oft in den Computerchips verwendete Halbleiter eingebaut.
Die kristallinen Siliziumzellen bestehen dabei direkt aus Siliziumatomen, die verbunden sind und so ein Kristallgitter bilden. Dieses Gitter verfügt damit über eine organisierte Struktur, die die Umwandlung von Licht in Elektrizität effizienter macht. Wer sich für Solarzellen aus Silizium entscheidet, bekommt eine Kombination aus hoher Effizienz, niedrigen Kosten und hoher Lebensdauer.
Die Wirtschaftlichkeit
Solaranlagen sind, von der Wirtschaftlichkeit, hoch umstritten. Zu mindestens dann, wenn es um die typischen Installationen auf dem Dach geht. Damit eine PV-Anlage die Kosten überhaupt wieder einspielen kann, muss sehr genau den Preis pro Kilowatt Anlageleistung geachtet werden. Ist dieser am Ende zu hoch, war die Anschaffung ein deutliches Minusgeschäft. In der Regel sollte der Preis pro kWp nicht über 1.700 Euro liegen.
Lohnt sich ein Batteriespeicher?
In der Regel bislang kaum. Zwar könnte damit der Anteil des von uns selbst verbrauchten Stroms ein wenig erhöht werden, das lohnt sich aus finanzieller Betrachtung aber wenig. Wirtschaftlich ist das nur, wenn unter 700 Euro pro Kilowattstunde für die Speicherkapazität bezahlt werden würde und bei einer Laufzeit von über 20 Jahren. Die meisten Speicher halten aber nur um die 10 – 12 Jahre. Eine Alternative sind mögliche Zuschüsse durch Kommunen und Bundesländer, womit die Wirtschaftlichkeits-Rechnung positiver ausfallen könnte.
Vorteile einer eigenen Solaranlage
Ein finanzieller Vorteil liegt in der Regel nicht vor, es sei denn, es konnten hohe Zuschüsse beantragt werden. Der größte Vorteil von Solaranlagen (zum Beispiel auf dem Dach) liegt aber in der Unabhängigkeit.
