Arbeitsgemeinschaft Neue Energien Deutschland

Solarenergie: Solaranlagen - Solarthermie / Photovoltaik

Solarenergie

Solarwärme oder "Solarthermie", wie der Fachausdruck lautet, ist eine von mehreren möglichen Arten, die Sonnenenergie direkt zu nutzen. Solarthermische Anlagen wandeln die Energie der Sonnenstrahlung direkt in Wärme um, indem in Solarkollektoren Wasser oder eine Trägerflüssigkeit erwärmt wird.

 

Der Begriff Photovoltaik bezeichnet eine Technik, die über Solarmodule aus Sonnenlicht Strom erzeugt, also elektrische Energie gewinnt.

Auch in Deutschland sind beste Voraussetzungen für eine Nutzung der Sonnenenergie gegeben. Die auf die Erdoberfläche auftreffende Solarstrahlung (Globalstrahlung) setzt sich aus direkter und diffuser Strahlung zusammen. Die gängigen Solarwärmeanlagen sind so konzipiert, daß sie jede Solarstrahlung gut nutzen können. In der Jahressumme werden beispielsweise für Darmstadt 1.144 kWh pro Quadratmeter gemessen. Rund zwei Drittel dieser Energie fallen während der Sommermonate an.

 

Innerhalb Deutschlands unterscheiden sich die Globalstrahlungswerte kaum, ein Durchschnittswert ist 1.100 kWh pro Quadratmeter und Jahr. Das häufig genannte Argument, nur im Süden reiche die Strahlungsdichte aus, ist falsch. Im Sommer wie im Winter kann die Strahlung die nötige Intensität erreichen. Unterschiede zwischen Sommer und Winter ergeben sich aus dem Einstrahlwinkel und der Sonnenscheindauer.

Strom aus Sonne: Solaranlage

 

Solarthermie-Anlagen

Die Systeme für Warmwasserbereitung, Heizungsunterstützung und Schwimmbadheizung sind seit Jahren ausgereift. Die Komponenten haben eine hohe Leistungsfähigkeit erreicht und besitzen eine lange Lebensdauer. Es gibt eine große Anzahl von Handwerksbetrieben, die über fundierte Erfahrungen bei der Anlagenplanung und -montage verfügen und eine breite Palette an hochwertigen Anlagen anbieten.

Die Vorteile von Solarthermie-Anlagen bei der Wärme-Erzeugung liegen auf der Hand: Solarwärme hingegen verursacht keinerlei Emissionen. Bei der Verbrennung von Gas, Öl oder Kohle hingegen werden große Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) freigesetzt. Darüber hinaus entstehen weitere Schadstoffe, zum Beispiel Stickoxide, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe. Jeder, der Solarwärme nutzt, trägt aktiv zum Klimaschutz bei. Bereits heute werden in Deutschland durch Solarwärmeanlagen (Solarthermie-Anlagen) jährlich 250.000 Tonnen weniger Kohlendioxid emittiert - und das, obwohl der "Solar-Boom" gerade erst beginnt.

Solarwärme ist sauber und verursacht keine Umweltschäden. Auf lange Sicht werden voraussichtlich kaum anderen Energieträger als die Erneuerbaren Energien zur Verfügung stehen. Eine Solarwärmeanlage wird in Zukunft vermutlich zum selbstverständlichen Bestandteil eines modernen, zukunftssicheren Hauswärmekonzeptes gehören. Darüber hinaus stellt sie den ersten Schritt zur Unabhängigkeit vom zentralen Energieversorger und von Energiepreisen dar. Und der Einbau einer Solarthermie-Anlage hat auch einen wertsteigernden Effekt für die Immobilie.

Wirtschaftlichkeit von Solarthermie

Mit einer richtig dimensionierten Anlage kann man etwa 60 Prozent des jährlichen Warmwasserbedarfs mit Sonnenenergie decken - dies entspricht einer Menge von bis zu 10.000 Litern Warmwasser. Im Sommer kann meistens der gesamte Warmwasser-Bedarf über die Solarthermie-Anlage bereitgestellt werden. Die konventionelle Heizanlage kann dann über die Sommermonate ganz abgeschaltet werden, was Brennstoff und zusätzlich Strom spart.

Der Kauf einer Solaranlage ist in erster Linie keine Frage der Rentabilität, sondern der Einsparung fossiler Brennstoffe, wie Öl, Kohle und Gas, deren Verfügbarkeit begrenzt ist.
Einmal gekauft ist eine Solarwärmeanlage im Betrieb selbstverständlich wirtschaftlich - sie liefert kostenlos Energie.

Außerdem vernachlässigt die rein betriebswirtschaftliche Sicht, dass bei fossilen und nuklearen Energieträgern sogenannte "externe Kosten" entstehen, die nicht direkt vom Energieverbraucher bezahlt werden. Dazu gehören die Kosten, die durch Umweltschäden entstehen, wie zum Beispiel Waldsterben oder Gebäudeschäden durch sauren Regen. Aus volkswirtschaftlicher Sicht müssen Solarwärmeanlagen positiv beurteilt werden, da ihr Einsatz eine Entlastung der Umwelt bedeutet.

Aufbau und Einbau

Es bestehen viele Möglichkeiten, die Solaranlage architektonisch zu integrieren und damit das Gebäude "aufzuwerten". Richtig dimensionierte Solaranlagen bieten die beste Gewähr für einen effizienten Betrieb. Als Anhaltspunkt bei der Dimensionierung einer kleinen Solaranlage ergibt sich bei einem mittleren Wasserverbrauch von 50 Litern pro Person und Tag (bei 45 Grad Celsius) eine Kollektorfläche von lediglich 1,2 bis 1,5 Quadrat-metern pro Person.

Grundsätzlich ist der Einbau einer SolarThermie-Anlage (Solarwärme) genehmigungsfrei. Ausnahmen - etwa aus Gründen des Denkmalschutzes - müssen von den Bauämtern ausdrücklich begründet werden.

 

 

Photovoltaik

Photovoltaik genießt bei vielen Deutschen einen hervorragenden Ruf, vor allem aus ökologischen Gründen. Wirtschaftliche Erwägungen sind erstaunlicherweise nur für rund ein Drittel der Befragten ausschlaggebend. Und zehn Prozent der Deutschen erscheinen die Kosten für die Investition noch zu hoch.

Aufgrund der (subventionierten) Einspeisevergütung bietet die Photovoltaik, also Solarstrom-Anlagen, ihren Besitzern nicht nur ökologisch, sondern auch wirtschaftlich oftmals einen großen Nutzen. Seit der Novellierung des Gesetzes zur Förderung Erneuerbarer Energien Anfang 2004 haben sich die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Nutzung von Solarstrom in Deutschland damit deutlich verbessert. Die Höhe und Dauer der aufgestockten Einspeisevergütung werden dabei durchaus konträr diskutiert.

Das Photovoltaik - Prinzip


Das Photovoltaik - Prinzip:

1. Solarmodule, 2. Sicherungen, 3. DC Kabel, 4. DC Trenner,
5. Wechselrichter, 6. AC Einspeisung, 7. Sicherungsfeld

Die auf dem Dach montierten Solarmodule (Panels) erzeugen aus dem Sonnenlicht einen Gleichstrom. Dieser Gleichstrom wird über einen Wechselrichter auf unsere Netzspannung von 230 V wechselgerichtet. Die am Ausgang des Wechselrichters entstandene Spannung kann nun über einen Einspeisezähler in das Öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
Der gesamte erzeugte Sonnenstrom wird in das öffentliche Stromnetz über einen Einspeisezähler eingespeist. Der erzeugte Sonnenstrom wird Ihnen von Ihrem Energieversorger vergütet.

Quelle: Solar-Individuell


Solarstromanlagen erzeugen elektrische Energie aus Sonnenlicht. Ihre Leistungskurve folgt dem täglichen Lauf der Sonne; der höchste Ertrag wird um die Mittagszeit erreicht. Etwa zur gleichen Zeit treten auch die Tagesverbrauchsspitzen im Stromnetz auf.

Es bietet sich daher an, den photovoltaisch erzeugten Strom direkt in das Stromnetz einzuspeisen, wodurch auch eine sonst erforderliche, aufwändige Zwischenspeicherung entfällt.

Die Größe netzgekoppelter Anlagen wird vor allem durch ökonomische und rechtliche Faktoren bestimmt. Neben den Investitionskosten und den Platzverhältnissen spielt vor allem die Solarstrom-Förderung eine zentrale Rolle. In Deutschland regelt das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), dass Netzbetreiber den Strom aus Photovoltaikanlagen vordringlich und zu über 20 Jahre garantierten Preisen aufnehmen müssen; dieser gesetzliche Garantiepreis sinkt für neu an das Netz gehende Anlagen jährlich um rund 5 % (Degression der Vergütungssätze). Mehrere andere Länder haben mittlerweile ähnliche Regelungen aufgelegt. Unter solchen Bedingungen ist der Bau großer Anlagen lohnend, die den vorhandenen Platz bestmöglich ausnutzen.

Eine netzgekoppelte PV-Anlage besteht im wesentlichen aus den Photovoltaik-Modulen, einem oder mehreren Wechselrichtern, einer Schutzeinrichtung zur automatischen Abschaltung bei Störungen im Stromnetz sowie einem Zähler zur Erfassung der eingespeisten Strommenge.

Der Wechselrichter wandelt den von den PV-Modulen gelieferten Gleichstrom in Wechselstrom um, dessen Leistungs- und Spannungswerte auf das Stromnetz abgestimmt sein müssen.

 

Netzgekoppelte Solarstromanlage

 

Schematische Darstellung einer netzgekoppelten Solarstromanlage.

Quelle: LgaBW

Für netzgekoppelte Anlagen kommen daher netzgeführte Wechselrichter zum Einsatz, die diese Vorgabewerte aus dem öffentlichen Stromnetz übernehmen.


Die Gesamtleistung einer Anlage ist von der Fläche der PV-Module abhängig. Heute marktgängige Module benötigen zwischen 7 und 10 Quadratmeter je installiertem kWp (Kilowatt Peak, definiert als Leistung bei einer Einstrahlung von 1.000 W/m²). Je kWp nomineller Anlagenleistung ist in Mitteleuropa - je nach Lage und örtlichen Verhältnissen - bei optimaler Südausrichtung und einem Neigungswinkel der Module von etwa 30° mit einem Jahresertrag zwischen 800 und 1.000 kWh zu rechnen.

Für eine 4-kWP-Anlage in der Region um Kassel wäre beispielsweise ein Jahresertrag von durchschnittlich 3.500 kWh zu erwarten, was bei einer Einspeisevergütung von rd. 40 ct/kWh (Inbetriebnahme 2009) eine Solarstrom-Jahreseinnahme von etwas über 1.800 Euro ergibt.

Als optisches Ärgernis gelten Solarstromanlagen schon lange nicht mehr: Lediglich zwei Prozent der Deutschen finden Module auf dem Dach hässlich.

 

Die Einspeisevergütung ist zwar in den letzten Jahren gesenkt worden und steht zur Zeit weiter unter Druck. Trotzdem lässt sich, insbesondere in Kombination mit einer Wärmepumpe ein finanzieller Vorteil errechnen. Generell gehen viele Experten davon aus, dass mit sinkender Einspeisevergütung die Bedeutung der Nutzung von Solarstrom als Eigenstrom steigen wird. Hierfür sprechen sowohl finanzielle wie ökologische Gründe.

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