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Was ist Photovoltaik?

Photovoltaik (PV) ist die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Genutzt wird hierfür der Photovoltaische Effekt: Fällt Licht auf einen elektrisch leitenden oder halbleitenden Festkörper, so setzt dieser elektrische Ladung frei. Dies geschieht mit Hilfe von Solarzellen, die überwiegend aus dem Halbleitermaterial Silizium hergestellt werden.

Wo wird Photovoltaik eingesetzt?

Seit den 50er-Jahren wurde Photovoltaik zunächst in der Raumfahrt genutzt. Mit den Jahren hat sich der Wirkungsgrad von Solarzellen soweit erhöht, dass sie erheblich günstiger und in großem Umfang produziert werden konnten. Damit stieg auch die Vielfalt der Anwendungen.

Mit dem „1000-Dächer-Programm“ förderte die Bundesregierung 1990 erstmals PV-Anlagen auf Dächern von Ein- und Zweifamilienhäusern. Seit 2000 unterstützt das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) die Stromeinspeisung ins Netz. Seitdem sind PV-Anlagen auf Dächern und Freiflächen zum Haupteinsatzgebiet der Photovoltaik geworden.

Wie wird Solarstrom erzeugt?

Die elektromagnetische Strahlung der Sonne lässt sich mit Hilfe der in den Solarmodulen verbauten Solarzellen in Strom umwandeln. Verwendet werden hierzu verschiedene Halbleitermaterialien, die bei Lichtzufuhr freie Ladungsträger erzeugen (Photovoltaischer Effekt). Die im Licht enthaltene Energie trifft in der Zelle auf Elektronen (negative Ladungsträger) und befreit diese aus dem gebundenen Zustand. Dadurch werden sie frei beweglich.

Doch um eine Spannung erzeugen zu können, müssen positive von negativen Ladungen getrennt werden. Dazu wird der Halbleiter zweischichtig mit Fremdatomen versehen (Dotierung).

Die Rückseite einer Zelle ist p-dotiert, was einen Mangel an Elektronen zur Folge hat. Die Vorderseite hingegen wird n-dotiert, was einen Überschuss an Elektronen verursacht. Am Grenzübergang zwischen p- und n-dotierter Schicht entsteht die Raumladungszone (p-n-Übergang), in der durch physikalische Prozesse ein elektrisches Feld entsteht. Dieses übt eine Kraft auf geladene Teilchen aus. 

Trifft nun Licht auf die Zelle, so werden Elektronen frei und durch das elektrische Feld zur Vorderseite der Zelle beschleunigt. Als Loch bezeichnet man die Stellen im Atomgitter, an denen die Elektronen gesessen haben. Diese positiv geladenen Elektronenfehlstellen werden durch das elektrische Feld indirekt zur Rückseite der Zelle beschleunigt. Damit ist die Ladungstrennung gewährleistet und die entstandene Spannung kann über die Front- und Rückseitenkontakte entnommen und an einen Verbraucher (z.B. Energiesparlampe) angeschlossen werden.

Welche Arten von Solarmodulen gibt es?

Es gibt monokristalline Module, polykristalline Module und Dünnschichtmodule. Die drei Arten unterscheiden sich sowohl in der Optik und Herstellung als auch durch ihre Wirkungsgrade.

Monokristalline Module bestehen, wie der Name schon sagt, aus nur einem Siliziumkristall. Sie sind der Klassiker unter den Solarmodulen. Ihr Wirkungsgrad liegt bei 15 bis 20 Prozent und teilweise noch mehr. Mit anderen Worten: Sie können 15 bis 20 Prozent der Sonnenstrahlung in Strom umwandeln. 

Polykristalline Module setzen sich aus vielen kleineren Kristallen zusammen. Sie haben einen etwas geringeren Wirkungsgrad als monokristalline Module, sind dafür aber wesentlich günstiger in der Herstellung.  

Den niedrigsten Wirkungsgrad haben die so genannten  Dünnschichtmodule. Sie benötigen aufgrund ihrer extrem dünnen Siliziumschicht eine größere Fläche, um einen bestimmten Ertrag zu erzielen. Ihr Preisvorteil gegenüber kristallinen Modulen ist bei der neuesten Modulgeneration so gering, dass ihr Einsatz kaum noch rentabel ist.

Wozu benötige ich einen Wechselrichter?

Die Solarmodule produzieren Gleichstrom. Unser Stromnetz ist jedoch auf Wechselstrom mit 230 Volt und 50Hz ausgelegt. Ein Wechselrichter wandelt daher den in den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom um. Der Wechselrichter wird hierbei entsprechend der im Generator auftretenden Spannungen und Ströme ausgewählt. Mit aktuellen und gut ausgelegten Wechselrichtern lässt sich nahezu der gesamte Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln. Zudem sind sie in der Lage verschieden ausgerichtete Generatoren zu Betreiben, laufend zu überwachen und die Daten über Online-Portale zur Verfügung zu stellen. Der Wechselrichter ist extrem wichtig für die Gesamtleistung der Anlage und sollte optimal auf die übrigen Komponenten abgestimmt sein. Ansonsten kann ein nicht unerheblicher Teil der erzeugten Leistung bei der Umwandlung in Gleichstrom verloren gehen.

Was sind Inselsysteme?

Neben den großen Solaranlagen auf Dächern und Freiflächen gibt es auch „Inselsysteme“ (sogenannte „Stand-alone-Anwendungen“) , welche die autarke Stromversorgung dort übernehmen, wo es keinen Anschluss an ein öffentliches Stromnetz gibt – insbesonders in Ländern der Dritten Welt. Entlegene Siedlungen, die nicht an das Stromnetz angeschlossen sind, können auf diese Weise versorgt werden. Ganz oben auf der Liste stehen Schulen und Krankenhäuser.

In den Industrieländern werden „Inselsysteme“ meist für kleinere frei stehende Anwendungen eingesetzt. So profitieren etwa Gartenbeleuchtungen oder Parkscheinautomaten vom Solarstrom. Alle Inselsysteme sind mit einem Akku ausgestattet, so dass sich die Energie komfortabel speichern lässt. Immer häufiger setzen auch Segler oder Camper auf Solarenergie, um unterwegs mit Strom versorgt zu sein.

Was ist Solarthermie?

Solarthermie wird oft mit der Photovoltaik verwechselt. Im Gegensatz zu dieser wird bei der Solarthermie aber kein Strom sondern Wärme aus der Sonnenstrahlung gewonnen. In privaten Haushalten lässt sich Solarthermie für Heizung oder Warmwasser nutzen. Hierzu dienen die so genannten  Sonnenkollektoren, die auf dem Dach befestigt sind. Dank ihrer schwarzen Färbung heizt sich die enthaltene Flüssigkeit (meist ein Wasser-Propylenglykol-Gemisch) auf. Eine Pumpe befördert die Flüssigkeit zum Wärmetauscher, der die Wärme dann auf das Trinkwasser überträgt. Mit einer Photovoltaik-Anlage kann jedoch inzwischen bereits günstiger Warmwasser erzeugt werden als mit Solarthermie – z.B. mit der innovativen Centrosolar Lösung Cenpac plus.

Reicht die Sonneneinstrahlung in Deutschland für den Betrieb einer Solaranlage aus?

In Deutschland beträgt die jährliche Sonneneinstrahlung durchschnittlich 1.100 kWh pro Quadratmeter – ein Wert, bei dem sich auch kleine Anlagen ab 10 m² Modulfläche schon wirtschaftlich betreiben lassen. Während im Süden Deutschlands die Sonneneinstrahlung besonders hoch ist, sorgen im Norden die längeren Sommertage und die bessere Kühlung der Module durch das höhere Windaufkommen für eine Steigerung der Anlagenleistung.

Hierbei ist es gar nicht erforderlich, dass die Sonne immer scheint. Bei bedecktem Himmel kann bei modernen Solarmodulen auch das diffuse Licht in Strom umgewandelt werden. Der Betrieb einer Photovoltaik-Anlage lohnt sich also in ganz Deutschland.

Wird im Winter weniger Strom produziert?

Natürlich ist im Sommer aufgrund der längeren Tage und der hohen Sonneneinstrahlung der Energieertrag am höchsten. Solarenergie wird aber das ganze Jahr über produziert, auch im Winter. Zudem erhöht sich grundsätzlich der Wirkungsgrad der Photovoltaik-Anlage, da die Module bei geringeren Temperaturen besser arbeiten.

Eignet sich mein Dach für eine Photovoltaik-Anlage?

Schon ab zehn Quadratmetern zusammenhängender Dachfläche ist eine Photovoltaik-Anlage eine gute Investition. Entscheidend sind Ausrichtung und Neigung des Daches. Generell gilt in Deutschland: Die Ausrichtung sollte zwischen Südosten und Südwesten liegen, der Neigungswinkel 20 bis 50 Grad betragen.

Was ist das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)?

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) verpflichtet die Stromkonzerne, in das öffentliche Stromnetz eingespeisten Strom abzunehmen und mit einem bestimmten Satz zu vergüten (Stand 06/2012: 19,11 ct/kWh). Zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme einer PV-Anlage wird der jeweils gültige Vergütungssatz herangezogen und für dieses Jahr plus weitere 20 Jahre festgelegt.

Was bedeutet Einspeisung bzw. Selbstverbrauch?

Seit 2009 können Betreiber von PV-Anlagen ihren Solarstrom zu 100 Prozent ins öffentliche Stromnetz einspeisen. Der Vergütungssatz wird ab der Inbetriebnahme 20 Jahre lang garantiert. Nach Ablauf dieser Frist orientiert sich die Vergütung an den Strompreisen des Marktes. Anlagenbesitzer können produzierten Solarstrom aber auch selbst verbrauchen und spürbar Stromkosten sparen. Zudem werden sie so unabhäng von steigenden Strompreisen und entlasten die Stromnetze.

Lohnt sich eine PV-Anlage auf dem eigenen Dach?

Der Staat bietet attraktive Förderungen (zum Beispiel das CO₂-Minderungsprogramm oder das KfW-Umweltprogramm). Auf diese Weise liefert Sonnenstrom gute Renditen. Die Nettoinvestition (abzüglich Mehrwertsteuer) wird voll gefördert, durch Abschreibungen lassen sich Steuern einsparen und das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) garantiert Ihnen die Einspeisevergütung für eine Zeit von 20 Jahren. 

Noch attraktiver wird eine PV-Anlage durch den Selbstverbrauch des produzierten Solarstroms. Denn dadurch werden Sie unabhängig von den steigenden Strompreisen und sparen Jahr für Jahr mehr Stromkosten.

Lohnt es sich, Solarstrom für den Selbstverbrauch zu produzieren?

Auf jeden Fall. Je mehr Solarstrom Sie selbst nutzen, desto mehr Stromkosten sparen Sie, da Sie weniger Strom bei Ihrem Energieversorger kaufen müssen. Da die Strompreise vermutlich auch in Zukunft weiter steigen werden, wird auch diese Ersparnis von Jahr zu Jahr höher ausfallen.

Ihr Selbstverbrauch lässt sich gezielt steigern, indem Sie zum Beispiel bestimmte Haushaltsgeräte dann nutzen, wenn die Sonne scheint. Mittlerweile bietet der Markt diverse technische Lösungen, mit denen Sie den Verbrauch Ihrer Geräte kontrollieren und entsprechend dem Stand der Sonne steuern können. 

Durch den zusätzlichen Einsatz intelligenter Speicherlösungen wie Cenpac plus lässt sich der Selbstverbrauch so ganz leicht auf über 50 % steigern. 

Wie hoch sind die aktuellen Vergütungssätze?

Zum April 2012 haben sich die Vergütungen des Erneuerbaren-Energie-Gesetzes (EEG) geändert. In der Tabelle können Sie sehen, welche Einspeisevergütungen aktuell gelten.

Inbetriebnahme	Installierte Anlagenleistung
	bis 10 kW	bis 1.000 kW	bis 10 MW
ab 01.03.2013	15,93 ct	13,48 ct	11,03 ct
ab 01.04.2013	15,48 ct	13,10 ct	10,72 ct
ab 01.05.2013	15,05 ct	12,73 ct	10,42 ct
ab 01.06.2013	14,63 ct	12,38 ct	10,13 ct
ab 01.07.2013	14,22 ct	12,03 ct	9,84 ct

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) garantiert den Einspeisetarif für 20 Jahre. 

Welche Amortisationszeit hat eine PV-Anlage?

Heute können Solaranlagen so effektiv produziert werden und sind so effizient, dass sie sich energetisch bereits nach einem Zeitraum von einem (Dünnschichtmodule) bis drei Jahren (kristalline Module) amortisiert haben. Dies ist der Zeitpunkt, zu dem sie mehr Sonnenstrom erzeugt haben, als für ihre Herstellung verbraucht wurde. Bei einer Laufzeit von rund 25 Jahren produziert eine Anlage insgesamt also etwa achtmal so viel Energie, wie sie verbraucht hat. Obwohl der Energieertrag im Laufe der Jahre leicht abnimmt, liefert eine hochwertige, moderne Solaranlage sogar bis zu 35 Jahren gute Erträge.

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Warum müssen Anlagen nachgerüstet werden?

Zu jeder Zeit müssen Energienachfrage und Energieangebot im Gleichgewicht stehen. Ob dies der Fall ist, lässt sich an der Frequenz ablesen. In Europa beträgt die Frequenz im Normalzustand 50 Hertz (Hz). In den bisher gültigen Anschlussregeln für Photovoltaikanlagen wurde festgelegt, dass beim Überschreiten von 50,2 Hz Netzfrequenz Solarstromanlagen sofort vom Netz getrennt werden müssen.

Nun haben aber allein die in Deutschland vorhandenen Solaranlagen mittlerweile eine solch hohe Gesamtleistung erreicht, dass deren plötzliche Abschaltung die Stabilität des europäischen Netzes in Gefahr bringen könnte. Damit eine solche Situation nicht eintritt, sind vom Bundesumweltministerium, dem Bundeswirtschaftsministerium, den Netzbetreibern und Verbänden entsprechende Maßnahmen entwickelt worden, die in der System-Stabilitäts-Verordnung vom 26. Juni dieses Jahres definiert wurden.

Demnach müssen Wechselrichter in älteren Solaranlagen, die den neuen Anschlussregeln nicht gerecht werden, nun nachgerüstet werden. Dabei entfällt der größte Anteil auf Solaranlagen am Niederspannungsnetz, die nach dem 31. August 2005 und vor dem 1. Januar 2012 ans Netz gegangen sind und deren Leistung 10 kWp überschreitet. Außerdem müssen Anlagen mit einer Leistung über 100 kWp, die nach dem 30. April 2001 und vor dem 1. Januar 2012 ans Netz gegangen sind, nachgerüstet werden.

Woran erkenne ich, dass mich die neue Regelung betrifft?

Entscheidend ist dabei die Seriennummer oder der Typ Ihres Wechselrichters. Daran lässt sich klar erkennen, ob Bauteile tatsächlich nicht dem neuen Standard entsprechen oder die bisherige Software aktualisiert werden muss.

Welche Fristen gelten in Bezug auf die Anlagengröße?

•    Anlagen zwischen 10 kWp und 30 kWp → Nachrüstung bis 31. Dezember 2014
•    Anlagen zwischen 30 kWp und 100 kWp → Nachrüstung bis 31. Mai 2014
•    Anlagen mit mehr als 100 kWp → Nachrüstung bis 31. August 2013

Werde ich automatisch informiert oder muss ich selbst aktiv werden?

Sie müssen jedoch dabei nicht die Initiative ergreifen, Ihr Netzbetreiber wird sich dazu automatisch bei Ihnen melden.

Wer kümmert sich um die Nachrüstung? Entstehen dabei Kosten für mich?

Falls eine Umrüstung nötig sein sollte, ist sie für die Anlagenbesitzer nicht mit Kosten verbunden. Diese werden nach der Systemstabilitätsverordnung auf die Netzentgelte und auf die EEG-Umlage umgelegt – und zwar jeweils zur Hälfte. Das gilt aber nur, wenn die Installation von geschultem Fachpersonal durchgeführt wird. Das kann durch den Netzbetreiber geschehen oder durch den Anlagenbetreiber selbst. Sie müssen dabei beachten, dass der Dienstleister Elektrofachkraft bei einem eingetragenen Installationsbetrieb oder einem Wechselrichterhersteller ist.

Wo finde ich weitere Informationen?

Sie finden hier Links zu all unseren Wechselrichter-Partnern, um sich weiter informieren zu können. Oder Sie sprechen gleich mit Ihrem Centrosolar-Partner, der die Solaranlage bei Ihnen installiert hat.

• Centrosolar AG
• SMA
• Danfoss
• Powerone
• Fronius
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