Photovoltaik

Eine Photovoltaikanlage ist eine elektrische Anlage zur Stromerzeugung aus Sonnenenergie. Die erste wichtige technische Anwendung der Photovoltaik gab es in den 1960ziger Jahren, als 1958 der erste Satellit ausgestattet mit Solarzellen ins Weltall gebracht wurde. Durch die Einführung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) im Jahr 2000 wurde in Deutschland der Ausbau der Stromerzeugung durch Photovoltaik vorangetrieben. Während zu den Anfangszeiten der EEG-Vergütung die Photovoltaikanlagen vor allem ertragsoptimiert ausgelegt worden sind, werden sie heute eher verbrauchsoptimiert ausgelegt. Dies bedeutet, dass früher die Anlagen aufgrund der attraktiven Einspeisevergütung so ausgelegt waren, dass sie möglichst hohe Erträge bringen sollten, während heutzutage der Fokus eher darauf liegt, dass der erzeugte Strom möglichst selbst verbraucht werden kann.

Photovoltaik-System

Die Bestandteile einer Photovoltaikanlage sind das Montagegestell, Verkabelung, Photovoltaikmodule, Wechselrichter und Stromzähler sowie elektrische Schutzvorrichtungen. Um eine verbrauchsoptimierte Nutzung einer Photovoltaikanlage umsetzen zu können, wird zusätzlich ein elektrischer Speicher mit einer Regelung benötigt.

Auslegung Photovoltaikanlage

Die Auslegung einer Photovoltaikanlage erfolgt in der Regel mit Unterstützung einer Simulationssoftware. Diese errechnet den erwarteten Jahresertrag einer Photovoltaikanlage auf der Grundlage von Durchschnittswetterdaten für den jeweiligen Standort. Die Simulationssoftware berücksichtigt unter anderem den Modultyp, den Wechselrichter sowie definierte Standortangaben (geographischer Standort sowie Ausrichtung der Photovoltaikmodule). Des Weiteren kann mit Hilfe einer Simulationssoftware und elektrischen Verbrauchsdaten des Standortes auch eine Auslegung des elektrischen Speichers erfolgen und der mögliche Autarkiegrad bestimmt werden. Die Einflussfaktoren auf den jährlichen Ertrag einer PV-Anlage sind in der nebenstehenden Übersicht erfasst.

Übersicht über die Einflussfaktoren auf den Ertrag der PV-Anlage

Kenngrößen von Photovoltaikmodulen und -anlagen

Eine wichtige Kenngröße von Photovoltaikmodulen und -anlagen ist die Nennleistung. Diese wird auch synonym durch die Angabe der Leistung in Watt Peak (Wp, bzw. MWp, kWp) angegeben. Die Nennleistung nach Standard-Test-Bedingungen (STC) bezieht sich auf die Rahmenbedingungen bei denen diese Leistung erzeugt wird. Diese sind wie folgt definiert: Solarzelltemperatur: 25°C, Bestrahlungsstärke: 1000 W/m², Sonnenlichtspektrum AirMass: 1,5.

Übersicht über die Kenngrößen von PV-Anlagen und -modulen

Im realen Anlagenbetrieb kommen diese Bedingungen in der Regel nicht gleichzeitig vor.  Im Betriebsmodus der Photovoltaikanlage erwärmen sich die Solarzellen sehr schnell. Auch ein gleichzeitiges Auftreten des solaren Spektrums von 1,5 und eine Bestrahlungsstärke von 1000 W/m² wird nur wenige Momente im Jahr erreicht.

Photovoltaiktechnologien

PV-Module unterscheidet man hinsichtlich des Materials der Solarzelle, sowie der Designs der Solarzelle und des Herstellungsprozesses, wodurch sich unterschiedliche Modultechnologien ergeben. Des Weiteren können sich PV-Module durch den Aufbau des Moduls selbst noch unterscheiden, wobei hier die Unterschiede hinsichtlich des Aufbaus des Solarmoduls entstehen. Im Wesentlichen unterscheidet man Glas-Folien-Module und Glas-Glas-Module.

Übersicht Photovoltaiktechnologien

Tools zu Photovoltaik

  • Toolbox

    PV-Anlagenplanung

    Tool zur vereinfachten Planung und Simulation von PV-Anlagen

  • Toolbox

    Berechnung des Autarkiegrads durch PV-Speicher

    Tool zur Berechnung der Unabhängigkeit der Stromversorgung

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