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    Aus Licht werde Strom: So funktioniert Solarenergie

    Die Sonne versorgt die Erde mit Energie. Auch immer mehr Haushalte setzen auf Solarenergie und versorgen sich mit einer Photovoltaikanlage selbst mit Strom. Aber wie genau funktioniert das eigentlich: die Umwandlung der Sonnenenergie in Strom? hallonachbar.de erklärt es.

    Pflanzen brauchen sie, Mikroorganismen brauchen sie und auch der Mensch braucht sie: die Sonne. Sie ist die größte Energiequelle der Erde. Doch nicht nur für biologische Prozesse und unser Wohlbefinden ist die Sonnenergie so wichtig. Als Energiequelle für Strom und Wärme hat die Bedeutung der Sonne in den vergangenen Jahren massiv zugenommen. Immer mehr Haushalte produzieren dank einer Photovoltaikanlage auf dem Dach ihren eigenen Strom. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz fördert den Einsatz. Vergangenes Jahr wurden in Deutschland rund 40 Terawattstunden Strom mittels PV-Anlagen erzeugt. Der Anteil von Solarenergie bei den Erneuerbaren Energien macht derzeit nur rund 18 Prozent aus. Windenergie macht den größten Anteil an Erneuerbaren aus und hat einen Anteil von fast 50 Prozent und liegt damit vor Biomasse (ca. 21 Prozent) und Photovoltaik. Wasserkraft macht knapp 10 Prozent aus. Insgesamt liegt der Anteil erneuerbarer Energien derzeit bei rund 32 Prozent an der Stromerzeugung in Deutschland.

    Photovoltaik in Deutschland

    Galt Solarstrom vor einigen Jahren noch als sehr teuer aufgrund der Technik, werden die Photovoltaikanlagen – auch dank der Förderung durch die Kreditanstalt für Wiederaufbau – vor allem für Häuslebauer immer attraktiver. Allein 2017 wurden auf den Eigenheimen rund 55.000 PV-Anlagen installiert, das ist ein Anstieg um 25 Prozent gegenüber dem Vorjahr, schätzt der Bundesverband Solarwirtschaft. Bundesweit gibt es derzeit rund 980.000 Anlagen mit bis zu 10 Kilowatt Nennleistung. Das entspricht der Wärmeleistung der Heizung eines Einfamilienhauses.

    Solarmodulen auf einem Einfamilienhaus Eigens produzierter Strom ist günstig und, dank des technologischen Fortschritts, mittels Stromspeicher, auch nachts oder bei schlechtem Wetter nutzbar. Fotos: Getty Images

    Die Solarenergie in der Vergangenheit

    Bereits in den 50er Jahren wurden erste Photovoltaikanlagen in der Raumfahrt und Satellitentechnik genutzt. 1954 gelang es, die erste Solarzelle mit Wirkungsgraden von bis zu 6 Prozent zu produzieren. Die theoretische Grenze für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie liegt bei einem Wirkungsgrad von 29 Prozent für Silizium-Solarzellen. Mit der Ölkrise 1973/74 und dem stärkeren Aufkommen von Atomkraftgegnern fand in den Industrieländern ab Ende der 1980er Jahre ein Umdenken statt. Die Photovoltaik wurde weiter erforscht, so dass sie auch zur regulären Stromerzeugung nutzbar gemacht werden konnte.

    Aus welchen Komponenten besteht eine Photovoltaikanlage?

    Eine Photovoltaikanlage besteht aus vielen einzelnen Solarzellen. Um ein ganzes Haus mit ausreichend Energie zu versorgen, sind viele der handtellergroßen Solarzellen nötig. Zum Vergleich: Um einen MP3-Player zum Laufen zu bringen, benötigt man rund 7 Solarzellen. Rund 60 dieser Zellen wiederum sind zu einem Solarmodul zusammengefasst. Eine PV-Anlage auf dem Dach besteht aus 10 bis 100 solcher Solarmodule. Abhängig von der Größe des Gebäudes, der Haushalts- und Dachgröße. Eine Photovoltaikanlage für den Haushalt, die an das öffentliche Stromnetz angeschlossen ist, besteht darüber hinaus auch immer aus einem Wechselrichter, der den von den PV-Modulen produzierte Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, damit dieser im Haushalt genutzt werden kann.

    Infografik: So funktioniert Solarenergie

    Infografik: So funktioniert Solarenergie Hier klicken zum Vergrößern

    Infografik: So funktioniert Solarenergie

    Infografik: So funktioniert Solarenergie

    Elektronen und Silizium – so funktioniert die PV-Anlage

    Eine Solarzelle besteht aus verschiedenen Halbleiterschichten. Grundstoff dafür ist Silizium (Si), ein natürliches Element, das auf der Erde in Quarzsand nahezu unbegrenzt zur Verfügung steht. Dieser Quarzsand wird gereinigt, kristallisiert und dann in Scheiben geteilt. Anschließend werden andere Elemente hinzugefügt, meist Bor (Br) und Phosphor (P). Diese unterschiedlichen Elemente haben ursprünglich je eine ungerade Zahl an Elektronen. Phosphor eins zu viel, Bor eins zu wenig. Setzt man sie zusammen, wandern vom Phosphor Elektronen zum Bor, die Grenzschicht in der Solarzelle entsteht. Scheint nun die Sonne, sorgen die Photonen dafür, dass das Bor wieder Elektronen abstößt, so wandern die Elektronen von der negativ geladenen Schicht in die positiv geladene Schicht. An der oberen und der unteren Schicht der Zelle wiederum sorgt jeweils ein leitendes Metall dafür, die Elektronen weiterzuleiten und so Gleichstrom zu erzeugen. Wird ein Wechselrichter eingesetzt, kann der überschüssige Strom in Wechselstrom umgewandelt und in das öffentliche Netz eingespeist werden.

    Photovoltaik auf dem eigenen Dach – das ist wichtig:

    Das Dach:
    Grundsätzlich scheint überall in Deutschland die Sonne häufig genug, um eine PV-Anlage auf dem Hausdach sinnvoll zu betreiben. Idealerweise hat das Dach eine Neigung von ca. 30° und ist nach Süden ausgerichtet. Mittlerweile können aber auch Häuser mit Photovoltaikanlagen ausgestattet werden, deren Dächer teilweise beschattet sind und/oder nach Osten und Westen ausgerichtet sind. Selbst auf Flachdächern kann eine Photovoltaikanlage installiert werden.

    Den Strom selbst nutzen, auch bei Dunkelheit:
    Eigens produzierter Strom ist günstig und, dank des technologischen Fortschritts, auch nachts oder bei schlechtem Wetter nutzbar. Stromspeicher funktionieren wie eine häusliche Energiezentrale. Denn scheint die Sonne mal nicht oder man benötigt nachts Strom, muss der nicht zwangsläufig aus dem öffentlichen Stromnetz kommen. EWE bietet Nutzern von Photovoltaikanlagen auch die Möglichkeit, Teil der Stromgemeinschaft EWE myEnergyCloud und damit unabhängiger in der Stromversorgung zu werden. Mehr Infos dazu finden Sie hier: EWE myEnergyCloud

    Die Einspeisevergütung:
    Die Einspeisevergütung ist Teil des Erneuerbare-Energien-Gesetzes. Sie wird zu Beginn der Inbetriebnahme der PV-Anlage festgelegt und wird dann für eine Dauer von 20 Jahren in gleicher Höhe gezahlt, wenn der Betreiber der Anlagen seinen Überschuss in das öffentliche Stromnetz einspeist. Je größer die Anlage, desto niedriger die Einspeisevergütung. Derzeit beträgt sie 12,2 Cent pro Kilowattstunde für PV-Anlagen bis 10 Kilowatt-Peak (kWp).

    Wartung, Instandhaltung und Garantie der Photovoltaikanlage:
    Die meisten Solaranlagen haben eine Garantie von rund 25 Jahren. Die Lebensdauer indes ist höher und liegt bei rund 30 bis 40 Jahren. Schmutz wie Staub oder Pollen auf der PV-Anlage werden ausreichend von Schnee oder Regen beseitigt. Nichtsdestotrotz sollte man die Module regelmäßig überprüfen lassen, vor allem wenn große landwirtschaftliche Betriebe oder andere Schmutzquellen in der Nähe sind. Leitungswasser eignet sich nicht zum Reinigen, da es zu viel Kalk enthält. Besser ist Regenwasser. Photovoltaikanlagen sind grundsätzlich wartungsarm – Wechselrichter und Stromzähler sollten dennoch laufend geprüft und abgelesen werden, um Schwankungen oder Fehler frühzeitig zu erkennen.

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