Schmallenberger Sauerland

Photovoltaik-Anlage Gerwens Hof

Familie Schmidt betreibt in Niedersorpe einen Ferienhof mit 11 Wohnungen. Geheizt wird mit Holzhackschnitzeln und Solarthermie. Auf den Betriebsgebäuden des Hofes sind 6 Photovoltaikanlagen mit zusammen 91 kWp Leistung installiert. An dieser Station wird speziell auf Technik und Stromerzeugung mit Photo­voltaik-Anlagen eingegangen.

Unter Photovoltaik versteht man die Umwandlung der Energie des Sonnenlichts in elektrische Energie. In einem photoelektrischen Prozess wird in den zu Modulen gebündelten Zellen bis zu 21 % der Sonneneinstrahlung in Gleichstrom umgewandelt, der mit einem Wechselrichter zu netzfähigem Wechselstrom umgewandelt wird.

Die 4 Solaranlagen erzeugen im Jahr etwa 60.000 kWh Strom. Der erzeugte Strom wird in das Ortsnetz der Stadt Schmallenberg eingespeist. Von der Menge her reicht das zur Versorgung von 12 bis 15 Haushalten. PV-Anlagen erzeugen Strom jedoch nur in den hellen Tagesstunden, während Haushalte und Gewerbe rund um die Uhr Strom benötigen.

Die Leistung einer PV-Anlage schwankt zwischen 0 und 100 %. Photovoltaikstrom passt dennoch gut in den Tagesgang des Verbrauchs, da sich die Erzeugung mit dem höchsten Stromverbrauch in der Mittagszeit deckt.

Zellen und Module

Je nach Kristallstruktur und Herstellungsverfahren unterscheidet man:

  • monokristalline Solarzellen
  • polykristalline Solarzellen
  • Dünnschicht-Solarzellen.

Monokristalline Solarzellen erkennt man an ihrer schwarzen bis bläulichen Farbe. Sie bestehen aus einem einzigen Kristall und besitzen im Vergleich zu anderen Siliziumzellen den höchsten Wirkungsgrad.

Polykristalline oder multikristalline Solarzellen erkennt man an ihrer blauen Oberfläche. Ihre Kristallstruktur ist nur in Teilen geordnet. Deshalb haben sie einen etwas höheren Innenwiderstand, der sich in einem etwas niedrigeren Wirkungsgrad niederschlägt. Polykristalline Zellen sind einfacher in der Herstellung, günstiger in der Anschaffung und die am häufigsten verwendete Technologie in der Photovoltaik.

Dünnschichtmodule erkennt man an ihrer gleichmäßigen grauen bis schwarzen Färbung. Der geringe Materialbedarf macht dieses System besonders preiswert, aufgrund des geringeren Wirkungsgrades wird jedoch mehr Fläche benötigt.

Generatorleistung einer Photovoltaikanlage mit 11,9 kWp Spitzenleistung am Standort Schmallenberg an einem idealen Tag im Juni (gelb), am frühen Nachmittag sind einige Wolken durchgezogen. In der Koppelung von mehreren 1.000 Anlagen im Netz werden diese „Löcher“ in der Fläche ausgeglichen. Im Januar (grau) ist die Leistung erheblich geringer und kann an einem bedeckten Tag gegen Null gehen

Monatliche Stromerzeugung in kWh einer Photovoltaikanlage mit 11,9 kWp Spitzen­leistung am Standort Schmallenberg. Innerhalb eines Jahres verteilt sich die Erzeugung sehr ungleichmäßig auf die Monate

Jährliche Stromerzeugung in kWh der selben Photovoltaikanlage. Die Jahressummen schwanken um etwa 10 %


AC / DC

Zur Einspeisung in das Wechselspannungs-Stromnetz ist es erforderlich, den Gleichstrom (englisch: direct current) der Photovoltaikmodule in Wechselstrom (alternating current) umzurichten. Das erfolgt mit Wechselrichtern.

Wechselrichter sollten im Schatten hängen und gut belüftet sein.

Die Fahrzeug- und Lagerhalle ist ein idealer Platz. Zum Schutz vor Beschädigungen sind die Wechselrichter mit Gittern eingehaust.

Energie ist da – sie wird nur umgewandelt

Streng genommen wird Energie nicht erzeugt, Energie ist vorhanden: Sie ist chemisch gebunden in Pflanzen, in Kohle, Erdöl oder Erdgas, sie ist vorhanden als Bewegungsenergie des Windes, Lageenergie von Wasser (Gefälle oder Gezeiten), als Bindungsenergie von Atomen und vor allem im Licht der Sonne. Die nutzbare Energie in Form von Elektrizität, Wärme oder Bewegung ist das Ergebnis von Umwandlungsprozessen.

Die mit Abstand wichtigste Quelle war und ist die auf die Erdoberfläche und die Erdatmosphäre wirkende Strahlungsenergie der Sonne, zur Bildung der Lagerstätten fossiler Energieträger und aktuell.

Sonnenlicht ist Voraussetzung des Pflanzenwachstums. Pflanzen lassen sich direkt in Wärme umwandeln, wie zum Beispiel durch das Verbrennen von Holz. Durch biologische oder chemische Prozesse lässt sich Pflanzenmasse in brennbare Gase umwandeln, die in Motoren und Generatoren in elektrische Energie umgewandelt werden. Mit photochemischen Prozessen lässt Sonnenlicht sich direkt in Strom umwandeln. In Form von Wärme absorbiertes Licht sorgt für Unterschiede im Luftdruck und damit für Wind, dessen Bewegungsenergie umgewandelt werden kann in elektrische Energie. Wärme aus Sonnenlicht lässt Wasser verdunsten, das in höheren Regionen abregnet und dessen Lageenergie zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Zusätzlich wird die Erdoberfläche aus dem Erdkern von innen gewärmt. Diese Energiequellen erneuern sich permanent.

Alle fossilen Brennstoffe wie Braunkohle und Steinkohle, Erdgas und Erdöl sind aus Biomasse entstanden. Mit ihnen verbrauchen wir Vorräte, die in den letzten 270 Mio. Jahren aufgebaut wurden. Aktuell werden weltweit in jedem Jahr die Vorräte aus mehr als 2 Millionen Jahren Lagerstättenbildung verbraucht. Diese Vorräte erneuern sich nicht.

Eine kWh elektrischer Energie reicht aus, um z.B. mit einem Fön mit 2.000 Watt Leistung 30 Minuten die Haare zu frisieren. Um 1 kWh Arbeit zu leisten, müsste ein 70 kg schwerer Mensch 5.000 Mal eine 1 Meter hohe Treppe steigen. Ein PKW verbraucht je 100 km Fahrtstrecke 60 bis 100 kWh Treibstoff. Ein 4-Personen-Haushalt verbraucht im Jahr 4.000 bis 5.000 kWh Strom und 20.000 bis 30.000 kWh Wärme.

Zellen und Module

Eine photovoltaische Zelle ist ein elektrisches Bauelement, das Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandelt. Der photochemische Prozess basiert in kristallinen Zellen auf Silizium, bei der Dünnschichttechnik auf Kombinationen mit metallischen Halbleitern. Die einzelnen Zellen werden in Reihe geschaltet, bei kristallinen Modulen durch Auflöten von Verbindern auf die fertigen Solarzellen, bei Dünnschichtmodulen ist der Prozess einer Laminierung ähnlich. Die Module werden verglast und gerahmt, als Wetterschutz und Isolierung.