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Immer mehr Strom wird mithilfe einer Photovoltaik-Anlage aus der Kraft der Sonne gewonnen. Die Solarzellen der Anlage wandeln Licht in Strom um. Woraus bestehen Solarzellen? Und was passiert genau, wenn die Sonnenstrahlen auf die Solarzellen treffen?
Artikel lesen: Voraussetzungen für eine PV-Anlage
Photovoltaik lohnt sich. Eine Photovoltaik-Anlage auf dem eigenen Dach ist eine gute Geldanlage und gleichzeitig eine Investition zugunsten der Umwelt. Seit 2000 wird Strom aus Photovoltaik, der in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird, durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vergütet.
Photovoltaik-Module wandeln Licht in Strom um
Zu einer der wichtigsten Komponenten einer netzgekoppelten Photovoltaik-Anlage gehören die Netzeinspeisegeräte (NEG). Für den Betrieb und den Leistungsumfang einer Photovoltaik-Anlage sind die Netzeinspeisegeräte von entscheidender Bedeutung. Umgangssprachlich wird das Netzeinspeisegerät auch häufig als Wechselrichter bezeichnet, was die Funktionen des Netzeinspeisegeräts aber nicht in genügendem Umfang wieder gibt. Das Netzeinspeisegerät hat nicht nur die Aufgabe den Gleichstrom, der durch die Photovoltaik-Anlage produziert wird, in Wechselstrom um zu wandeln, sondern muss auch den Einspeise Anschluss in das Strom Netz zu überwachen und die Daten zu erfassen. Umso wichtiger ist die sorgfältige Auswahl des Netzeinspeisegerätes.
Rechner zur Schneelast auf Solardächern
Dass die Sonne uns mit Wärme beliefert ist eine Selbstverständlichkeit. Dass Sonnenenergie auch in Strom umgewandelt werden kann, wird erst seit einigen Jahrzehnten ausgenutzt. Die Photovoltaiktechnik, mit der Sonneneinstrahlung in Strom umgewandelt werden kann, besteht schon seit den 1950er Jahren. Damals wurde Photovoltaiktechnik dazu benutzt, Satelliten im Al mit Strom zu versorgen.
Generell kann gesagt werden, dass für eine Photovoltaik-Anlage mit einer Leistung von 1 kWp eine 10 m² große Dachfläche benötigt wird. Von Experten empfohlen wird eine mindestens 30 m² große Dachfläche.
Hintergrundwissen zu Photovoltaik
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Eine Photovoltaik-Anlage bringt viele Vorteile. Steuerlich und durch Fördermaßnahmen sind Sie bessergestellt. Und auch sonst lohnt sich eine PV-Anlage.
Die Sonne liefert uns Wärme und kann sogar mithilfe der Photovoltaiktechnik zur Strom-Gewinnung herangezogen werden. Jedes Jahr liefert und die Sonne 350 Milliarden Terawattstunden Energie. Umgerechnet könnten also alle Menschen mit den Sonnenstrahlen, die an einem einzigen Tag auf die Erde fallen, 180 Jahre lang mit Energie versorgt werden.
Kostenschätzung
Einkommensteuerrechtlich: Es sollte langfristig angestrebt werden, aus den Erlösen der Einspeisevergütung des Netzbetreibers ein Überschuss zu erwirtschaften. Sich in den Anfangsjahren zunächst ergebende Verluste können steuermindernd eingesetzt werden, je nach der jeweiligen Abschreibungsart. Überschüsse sind steuerpflichtig.
Der photovoltaische Effekt spielt sich in den Solarzellen ab. Die Solarzellen sind Kern der Photovoltaik-Anlage. Die Solarzellen bestehen aus zwei aufeinander liegenden Schichten, die meist aus kristallinem Silizium bestehen. Auf den Außenseiten befinden sich Kontakte, welche aus Metall bestehen. Die beiden Silizium-Schichten wurden mit unterschiedlichen Stoffen wie Bor und Phosphor versetzt. Daher haben diese unterschiedliche elektrische Eigenschaften. In der sog. Grenzschicht herrscht ein elektrisches Feld mit Plus- und Minuspol. Wenn Licht auf die Grenzschicht fällt, nehmen die Elektronen die Energie aus den Lichtphotonen auf, lösen sich aus der Kristallbindung und bewegen sich in Richtung Pluspol. Dieser Prozess ermöglicht fließenden Strom, der vom Verbraucher abgenommen werden kann. Licht (griechisch: Photo) verursacht somit eine elektrische Spannung. Da man die Spannung in Volt misst ergibt es zusammen den Begriff Photovoltaik (auch Fotovoltaik). Je nach Kristallart unterscheidet man drei Zelltypen: monokristallin, polykristallin und amorph. Zur Herstellung von monokristallinen Siliziumzellen (meist Dickschichtzellen genannt) wird hochreines Halbleitmaterial benötigt. Andererseits ist die Herstellung von polykristallinen Zellen deutlich günstiger, aber diese Zellen haben einen geringeren Wirkungsgrad zur Folge. Wird auf Glas oder anderes Substratmaterial eine Siliziumschicht abgeschieden, spricht man von amorphen- oder Dünnschichtzellen. Die Wirkungsgrade amorpher Zellen liegen allerdings noch weit unter denen der anderen beiden Zelltypen. Anwendung finden sie vor allem im Kleinleistungsbereich (Uhren, Taschenrechner) oder als Fassadenelemente.
Organische Photovoltaik nutzt organische Kunststoffe zum Aufbau von Solarzellen. Zwar liegen Wirkungsgrad und Haltbarkeit der organischen Solarzellen deutlich unter denen auf Siliziumbasis, jedoch lassen sie sich deutlich kostengünstiger herstellen und vielseitiger verwenden. So können organische Solarzellen komplett transparent, dünn sowie fleibel sein und damit beispielsweise Fenster beschichtet werden.
Hintergrundwissen zu Photovoltaik
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"Stetig steigende Kosten für Strom sorgen immer wieder für Unmut bei den Verbrauchern. In den Anschreiben der Strom-Lieferanten ist dann oft als Erklärung zu lesen: ""Wegen gestiegener Kosten bei der Förderung erneuerbarer Energien und im Stromeinkauf müssen wir leider zum 1.1. unsere Strompreise anheben."" Viele Verbraucher glauben deshalb, Strom aus Erneuerbaren Energien wie beispielsweise Photovoltaik sei maßgeblicher Auslö¬ser für die seit Jahren steigenden Strom-Preise."
Artikel lesen: Was ist Photovoltaik?
Eine Photovoltaik-Anlage bringt viele Vorteile. Steuerlich und durch Fördermaßnahmen sind Sie bessergestellt. Und auch sonst lohnt sich eine PV-Anlage.
Solarzellen bestehen in den meisten Fällen aus Silizium. Dabei unterscheidet man zwischen kristallinen und amorphen Solarzellen. Kristalline Zellen können noch in monokristalline und polykristalline Modelle unterschieden werden. Sie unterscheiden sich in ihrer Struktur. Monokristalline Solarzellen haben zwar einen etwas besseren Wirkungsgrad als polykristalline, was sich durch die deutlich aufwendigere und teurere Herstellung am Ende nicht unbedingt rechnet. Amorphe Dünnschichtzellen bestehen aus einer sehr dünnen Schicht Silizium, das auf eine Trägerschicht aufgedampft wird. Dünnschichtzellen haben nur einen geringen Materialeinsatz und amortisieren sich energetisch schneller als kristalline Zellen. Ihr Wirkungsgrad ist aber noch deutlich geringer.
Dass die Sonne uns mit Wärme beliefert ist eine Selbstverständlichkeit. Dass Sonnenenergie auch in Strom umgewandelt werden kann, wird erst seit einigen Jahrzehnten ausgenutzt. Die Photovoltaiktechnik, mit der Sonneneinstrahlung in Strom umgewandelt werden kann, besteht schon seit den 1950er Jahren. Damals wurde Photovoltaiktechnik dazu benutzt, Satelliten im Al mit Strom zu versorgen.
Photovoltaik schafft Arbeitsplätze
Der photovoltaische Effekt spielt sich in den Solarzellen ab. Die Solarzellen sind Kern der Photovoltaik-Anlage. Die Solarzellen bestehen aus zwei aufeinander liegenden Schichten, die meist aus kristallinem Silizium bestehen. Auf den Außenseiten befinden sich Kontakte, welche aus Metall bestehen. Die beiden Silizium-Schichten wurden mit unterschiedlichen Stoffen wie Bor und Phosphor versetzt. Daher haben diese unterschiedliche elektrische Eigenschaften. In der sog. Grenzschicht herrscht ein elektrisches Feld mit Plus- und Minuspol. Wenn Licht auf die Grenzschicht fällt, nehmen die Elektronen die Energie aus den Lichtphotonen auf, lösen sich aus der Kristallbindung und bewegen sich in Richtung Pluspol. Dieser Prozess ermöglicht fließenden Strom, der vom Verbraucher abgenommen werden kann. Licht (griechisch: Photo) verursacht somit eine elektrische Spannung. Da man die Spannung in Volt misst ergibt es zusammen den Begriff Photovoltaik (auch Fotovoltaik). Je nach Kristallart unterscheidet man drei Zelltypen: monokristallin, polykristallin und amorph. Zur Herstellung von monokristallinen Siliziumzellen (meist Dickschichtzellen genannt) wird hochreines Halbleitmaterial benötigt. Andererseits ist die Herstellung von polykristallinen Zellen deutlich günstiger, aber diese Zellen haben einen geringeren Wirkungsgrad zur Folge. Wird auf Glas oder anderes Substratmaterial eine Siliziumschicht abgeschieden, spricht man von amorphen- oder Dünnschichtzellen. Die Wirkungsgrade amorpher Zellen liegen allerdings noch weit unter denen der anderen beiden Zelltypen. Anwendung finden sie vor allem im Kleinleistungsbereich (Uhren, Taschenrechner) oder als Fassadenelemente.
Wenn das innere elektrische Feld nicht durch einen p-n-Übergang, sondern nur eine dünne Oxidschicht erzeugt wird, spricht man von MIS-Inversionsschicht-Zellen.
Ein weiterer Bestandteil der Photovoltaik-Anlage ist der Wechselrichter. Wechselrichter stellen das Bindeglied zwischen den Solarmodulen auf dem Dach und dem öffentlichen Stromnetz dar. Diese wandeln den produzierten Solarstrom von Gleich- in Wechselstrom um. Da von den Solarzellen Gleichstrom produziert wird, muss der Strom über Gleichstromleitungen zum Wechselrichter geführt werden. Wichtig für die Effizienz der Anlage ist hier der Wirkungsgrad des Wechselrichters, der bei Top-Modellen über 96% liegt
Die Leistungsfähigkeit von Solarzellen wird durch Verunreinigungen mit Eisen- oder Sauerstoffatomen verringert. Untersucht wird derzeit noch, ob die ständige Sonneneinstrahlung die kristalline Siliziumstruktur zerstören kann. Sicher ist, dass eindringende Feuchtigkeit die Solarzellen durch Korrosion stark schädigen kann. Deshalb sind dichte Kanten und Ränder besonders wichtig, um eine lange Lebensdauer von Photovoltaik-Modulen zu gewährleisten.
Photovoltaik lohnt sich. Eine Photovoltaik-Anlage auf dem eigenen Dach ist eine gute Geldanlage und gleichzeitig eine Investition zugunsten der Umwelt. Seit 2000 wird Strom aus Photovoltaik, der in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird, durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vergütet.
Die Sonne als Energiequelle
Die Sonne liefert uns Wärme und kann sogar mithilfe der Photovoltaiktechnik zur Strom-Gewinnung herangezogen werden. Jedes Jahr liefert und die Sonne 350 Milliarden Terawattstunden Energie. Umgerechnet könnten also alle Menschen mit den Sonnenstrahlen, die an einem einzigen Tag auf die Erde fallen, 180 Jahre lang mit Energie versorgt werden.
Sand besteht im Wesentlichen aus Silizium, in seiner reinsten Form in Quarz enthalten und in der Fachwelt auch als Siliziumoxid bezeichnet. Um zum Photovoltaik Modul zu gelangen wird zunächst aus Sand Quarz gewonnen und dann in reines Silizium umgewandelt. Das Silizium wird unter hohen Temperaturen chemische gereinigt. Zunächst erhält man dann polykristallines Silizium und erst nach weiteren Bearbeitungsschritten monokristallines Silizium. Im Fokus aller verschiedener Herstellungsverfahren steht zunehmend die Energie-, Zeit und Ressourceneinsparung und Effizienzoptimierung.
Angenommen wird ein Strompreis von 22,52 Cent pro kWh. Die Einnahmen aus dem Eigenverbrauch betragen dann 44,11 Cent. Das berechnet sich aus 25,01 Cent Vergütung plus 22,52 Cent vom gesparten Srompreis minus 3,42 Cent Umsatzsteuer. Vergleicht man Einspeisung und Eigenverbrauch ist der Gewinn demnach fast gleich hoch. Doch sobald der Strompreis unter 21,42 Cent pro kWh Strom sinkt ist die Einspeisung die günstigere Variante. Falls die Strompreise ansteigen kann immer noch zur Eigenverbrauch-Variante gewechselt werden.
Einzelne Solarzellen werden zu größeren Einheiten miteinander verschaltet, um verschiedene Leistungen bereitstellen zu können. Die miteinander verschalteten Solarzellen werden meist in transparentem Ethylen-Vinyl-Acetat eingebettet, mit einem Rahmen aus Aluminium oder Edelstahl versehen und frontseitig transparent mit Glas abgedeckt. Die typischen Nennleistungen solcher Solarmodule liegen zwischen 10 Wpeak und 100 Wpeak. Die Kenndaten der Solarmodule beziehen sich auf die Standardtestbedingungen von 1000 W/m² Sonneneinstrahlung bei 25 °C Zelltemperatur.
Bei der Produktion von Strom durch Photovoltaik entstehen keine Umwelt belastenden Schadstoffe wir Kohlenstoffdioxid. Die Module zeichnen sich durch eine Lebensdauer von über 20 Jahren aus. Auch danach müssen sie nicht als Elektroschrott enden: Sie können vier- bis fünfmal recycelt werden. Ein weiterer Vorteil der Photovoltaik-Technologie: Sonnenenergie ist völlig kostenlos, es entstehen kaum Betriebskosten. Eine Photovoltaik-Anlage muss generell kaum gewartet werden.
Solaranlagen lassen sich auf fast alle Dachformen installieren. Bei der Wahl der Montageart spielen neben der für die Solarzellen günstigsten Dachausrichtung und -neigung auch oft optische und architektonische Gesichtspunkte eine Rolle. Die Montage einer Solaranlage durch einen erfahrenen Fachbetrieb dauert meist nicht mehr als zwei oder drei Tage.
Gibt es Förderung und Finanzierung für Photovoltaik
Insgesamt werden 87.450 GWh Strom durch Erneuerbare Energien erzeugt. Davon 3.500 GWh durch Photovoltaik. Umgerechnet sind das 0,6 Prozent. Vor 10 Jahren lagen die Zahlen für Strom aus Photovoltaik noch bei 26 GWh, im Jahr 2000 bei 64 GWh. Es ist also ein gewaltiger Anstieg für Photovoltaik im Strom-Sektor zu verzeichnen. Insgesamt wurden 14,2 Prozent Strom aus Erneuerbaren Energien gewonnen. Photovoltaik macht mit 4 Prozent nur einen kleinen Teil davon aus. Der Löwenanteil liegt noch bei Wasser- und Windkraft.
Eine Photovoltaik Anlage besteht aus den folgenden Hauptkomponenten: Photovoltaik Module, Wechselrichter, Schutzeinrichtung und bei einer netzunabhängigen Solaranlage kommt noch eine Zwischenspeichermöglichkeit hinzu.
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Hinzu kommen noch die Kosten für Betrieb und Versicherung der Anlage. Die Betriebskosten einer Photovoltaik Anlage sind relativ gering, weil in den ersten Jahren kaum Wartungskosten anfallen. Die Kosten für die Versicherung der Solaranlage können auch zusammen in eine Feuer- oder Gebäudeversicherung integriert werden. Wenn das nicht möglich ist, dann kann eine separate Versicherung für die Solaranlage abgeschlossen werden.
Wie lange halten Solarzellen?
Grundsätzlich unterscheidet man gekoppelte oder netzabhängige und netzunabhängige Photovoltaik Anlagen. Netzabhängige Photovoltaik Anlagen sind mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden. Netzunabhängige Anlagen sind nicht mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden. Die Leistungskurve der Photovoltaik Anlagen entspricht der Sonneneinstrahlung und erreicht damit mittags die höchste Leistung.
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Die Energie der Sonne steht uns jederzeit und überall kostenlos zur Verfügung. Forscher haben berechnet, dass die Sonne noch mindestens 7 Milliarden Jahre für uns scheinen wird. Deshalb zählt Energie, die aus Sonneeinstrahlung gewonnen wird, zu den Erneuerbaren Energien.
Artikel lesen: Technik einer PV-Anlage
Die Sonne schenkt uns jeden Tag kostenfrei ihre Energie. Nutzen Sie diese für ihre Stromversorgung. Es ist einfacher als Sie denken!
Artikel lesen: Photovoltaik-Industrie boomt
Photovoltaik-Anlagen werden immer beliebter. So manches Hausdach wird bereits mit einer solchen Anlage bestückt. Ob als Unternehmer oder Privatmann – Photovoltaik bringt Ihnen Vorteile aus Sonnenenergie.
Bis 2010 rechnen die Wissenschaftler bei anhaltend attraktiven Investitionsklima mit einer Umsatzverdopplung für die heimische Photovoltaik-Produktion von 5,5 Milliarden Euro auf über zehn Milliarden Euro. Im selben Zeitraum wird ein Anstieg der Exportquote von Photovoltaik-Produkten von 37,5 Prozent auf rund 50 Prozent und eine Erhöhung des Investitionsvolumens von derzeit 1,5 Milliarden auf 2,5 Milliarden Euro erwartet. Insgesamt zählt Deutschland inzwischen über 70 Photovoltaik-Fabriken, 16 sind aktuell im Bau.
Üblicherweise wird die gesamte Strommenge in das örtliche Stromnetz eingespeist. Daher hängt die Größe der Photovoltaik-Anlage nicht primär von dem eigenen Stromverbrauch, sondern von der zur Verfügung stehenden Dachfläche ab und selbstverständlich von dem zur Verfügung stehenden Kapital.
Solarzellen
Die Lichtabsorption wird verbessert durch die Herstellung einer elektrochemischen Flüssigkeitszelle mit Titanoxid als Elektrolyten und Farbstoffen – hier wird nach dem Erfinder von einer Grätzel-Zelle gesprochen.
Solaranlagen können auch an Fassaden angebracht werden, wenn die Installation auf dem Dach nicht möglich ist, oder nicht gewünscht wird. Die Fassadenmontage für Solarzellen bietet sich besonders für große Flächen wie beispielsweise bei Mehrfamilienhäusern an. Bei der Integration der Solaranlage gibt es zwei Möglichkeiten. Bei Kaltfassaden werden die Solarzellen nachträglich vor der Fassade installiert und dienen der Energieproduktion, der Fassadengestaltung und dem Witterungsschutz. Bei Warmfassaden übernimmt die Solaranlage zusätzliche Funktionen der Gebäudehülle. Dafür werden im Bereich der Photovoltaik spezielle Isolierglasmodule angeboten, die auch schalldämmende Eigenschaften besitzen. Da die Solaranlage nicht ideal nach der Sonne ausgerichtet werden kann und der Energieertrag deshalb geringer ist, wird der Strom einer Fassadenmontage vom Erneuerbare-Energien-Gesetz höher vergütet.
Hintergrundwissen zu Photovoltaik
Funktionsweise von Hybridkollektoren
Sollte das Abduschen und das Abwischen mit einem Lappen nicht ausreichen, beauftragen Sie am besten ein Fachunternehmen mit der professionellen Reinigung der Photovoltaik-Anlage. Genaue Hinweise zur Wartung und Reinigung finden Sie auch in der Betriebsanleitung der Photovoltaik-Module. Sollten diese Informationen in Ihren Unterlagen fehlen, wenden Sie sich bitte an den Hersteller der Photovoltaik-Komponenten.
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