Aus Licht wird Strom - Homepage IBB Haustechnik · Sonne in der Schule Zukunftsbewusst gedacht –...
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Photovoltaik – Systeme und Anwendungen
Kraftwerk Sonne
Aus Licht wird Strom
Diese Information soll helfen, sich für eine Photovoltaikanlage
und damit für die Umwelt zu entscheiden. Denn eine Photo-
voltaikanlage erzeugt Strom ohne die Umwelt zu belasten,
Strom aus Sonnenenergie.
Der Betrieb von Solarstromanlagen ist durch die erhöhte Ein-
speisevergütung pro kWh Solarstrom wirtschaftlich attraktiv.
Die Bedingungen, sich für eine zukunftsfähige Stromerzeugung
mit Sonnenenergie zu engagieren, sind geschaffen.
Der Solarenergieförderverein Bayern e. V. (SeV) und der Bundes-
verband Solarwirtschaft e. V. (BSW) haben zur Erstellung dieser
Broschüre zusammengearbeitet, um gemeinsam zu motivieren,
die Kraft der Sonne zu nutzen.
INHALT 4 Immense Potenziale – Solarstrom in Deutschland
6 Aus Licht wird Strom – Prinzip und Komponenten
8 Sonne ernten – Der Solargenerator
10 Das eigene Kraftwerk auf dem Dach
12 Alles ist möglich – Montage
14 Der Weg zur eigenen PV-Anlage
16 Solarstrom: Für die Umwelt rechnet er sich. Und für Sie? – Förderung
18 Zukunft Gebäude- integration
20 Beispiel Großanlage: 1 MW Solardach München- Riem
22 Erfahrungen mit PV-Anlagen – Sonne in der Schule
Zukunftsbewusst gedacht – umweltbewusst gehandelt
Zur Geschichte der Photovoltaik
1839 Becquerel entdeckt den photoelektrischen Effekt –die Geschichte der Photo-voltaik beginnt
1876 Adams und Day weisen den photoelektrischen Effekt bei einem Selenkristall nach –erstmals wird Strom aus Licht erzeugt
1904 Hallwachs legt mit der Unter-suchung des Photoeffekts den Grundstein zur Entwick-lung der Photozelle, der Photoelektrizität sowie der Lichtquantenhypothese
1905 Einstein erklärt den photo-elektrischen Effekt
1918 Czochralski entwickelt ein Verfahren zur Herstellung monokristalliner Materialien
1921 Einstein erhält für seine Erklä-rung des photoelektrischen Effekts den Nobelpreis
1954 Chapin, Fuller und Pearson produzieren die ersten Silizi-umzellen (Wirkungsgrad 4 %)
1956 Beginn der terrestrischen Anwendungen für die Relais-station einer Telefonleitung in Georgia
1958 Der erste mit Solarzellen bestückte Satellit wird ins All geschickt
1976 Die ersten amorphen Silizium-solarzellen werden produziert
1977 Die weltweite Photovoltaik-Produktion überschreitet 500 kW
Titelbild: Solardach München-Riem, 1 MW-PV-Anlage auf den B-Hallen der Messe München (Foto: E.ON Bayern AG)
Diese Doppelseite:Einkristalline Si-Scheiben und Stab (Foto: PV Silicon AG)
Energie ist unverzichtbar Der Energiehunger der Weltbevölkerung ist immens und wächst
Jahr für Jahr. Eine moderne, funktionierende Gesellschaft ohne
ausreichende Energieversorgung ist nicht möglich. Doch die
Energieerzeugung birgt auch Gefahren für Mensch und Umwelt.
Fossile Energieträger wie Kohle, Mineralöl und Gas bestimmen
noch immer die Energieversorgung – weltweit. Sie erzeugen bei
ihrer Verbrennung Schadstoffe. Moderne Technik hilft zwar, diese
Emissionen zu minimieren, völlig verhindern kann sie diese jedoch
nicht. Alternativen sind daher mehr gefragt denn je, zumal die
fossilen Vorräte zur Neige gehen.
Die Sorge um die Umwelt spielt neben der Versorgungssicherheit
eine immer stärker werdende Rolle. Steigende Energiepreise und
die Zunahme von extremen Naturereignissen verdeutlichen die
Notwendigkeit, Alternativen zu entwickeln und auszubauen. Dies
gebietet die Verantwortung für die Umwelt und die nachfolgen-
den Generationen.
Erneuerbare Energien bilden einen wichtigen Baustein der zukünf-
tigen Energieversorgung. Die Erzeugung von Strom und Wärme
aus Biomasse, Wind, Wasser und der Kraft der Sonne gewinnt
immer mehr an Bedeutung. Die Sonne ist die Basis aller regene-
rativen Energien.
Kein Leben ohne Sonne
Die Lufthülle der Erde, die Meere und Landmassen saugen quasi
die Sonnenstrahlung auf und wandeln sie in Wärme um. Dadurch
wird die Erdoberfläche im Mittel auf etwa 15 °C erwärmt. Diese
Temperatur ist die Grundvoraussetzung für alles Leben.
Die Menschen, die Tiere und Pflanzen verdanken daher der Sonne
die Existenz. Selbst der natürliche Wasserkreislauf und das Ent-
stehen von Wind werden von dieser Sonneneinstrahlung aus-
gelöst und in Bewegung gehalten.
Bereits seit gut vier Milliarden Jahren versorgt die Sonne schon die
Erde mit Wärme und Licht. Und sie wird dies mit Sicherheit auch
die nächsten vier Milliarden Jahre tun.
3Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
1983 Das erste deutsche und zu-gleich größte europäische PV-Kraftwerk mit 300 kW Leistung geht auf der Insel Pellworm in Versuchsbetrieb
1991 Das Stromeinspeisungsgesetz tritt in Deutschland in Kraft. Die kWh Solarstrom wird mit mindestens 8,49 Cent vergütet, dies führt zu ersten standardisierten Anlagen im Hausbereich (1-5 kW). In Aachen wird die erste Photovoltaikfassade der Welt errichtet
1992 In Flanitzhütte im Bayeri-schen Wald wird von E.ON Bayern erstmals in Europa eine ständig bewohnte Ansiedlung auf eine autar-ke „Inselversorgung“ mit Photovoltaik umgestellt
1994 Im Rahmen von „Sonne in der Schule“ werden unter Federführung von E.ON Bayern sukzessive 544 bayerische Schulen mit Bau-sätzen zur Errichtung einer eigenen PV-Anlage zu Lehr-zwecken ausgestattet. In Unterföhring bei München startet E.ON Bayern „Bürger für Solarstrom“, die erste Bürgerbeteiligungsanlage.
1997 Auf der Messe München wird die mit 1 MW installier-ter Leistung weltgrößte PV-Aufdachanlage in Betrieb genommen. In Deutschland sind insgesamt 14 MW Pho-tovoltaik installiert.
1999 Die kumulierte weltweite PV-Leistung erreicht 1.000 MW
2000Das Erneuerbare-Energien-Gesetz tritt in Deutschland in Kraft.
2002Die kumulierte weltweite PV-Leistung erreicht 2.000 MW
2004Die kumulierte weltweite PV-Leistung erreicht 4.000 MW
Der Ertrag von PV-Anlagen, also der erzeugte Solarstrom, ist von der eingestrahlten Solar- energie abhängig, der Globalstrahlung. Der vieljährige Durchschnittswert in Deutschland liegt bei 1.037 kWh/m2. Der niedrigste Einstrahlungswert ergab sich 2004 mit 911 kWh/m2 im Bereich des Hochsauerlandes, der höchste mit 1.202 kWh/m2 nordnordöstlich von München.
Karte: Deutscher Wetterdienst, Klima- und Umweltberatung Hamburg
Immense Potenziale
Die Kraft der Sonne ist enorm. Sie strahlt im Jahr 15.000 mal mehr
Energie auf die Erde als von der gesamten Weltbevölkerung ver-
braucht wird. In Deutschland treffen jährlich im Schnitt ca. 1.000
Kilowattstunden (kWh) Solarenergie pro Quadratmeter auf. Dies
entspricht dem Energiegehalt von 100 Litern Heizöl.
Die Nutzung der Sonnenenergie zur Stromerzeugung hat in den
letzten Jahren erheblich zugenommen. Innerhalb von nur 5 Jahren
hat sich die gesamt installierte Photovoltaik-Leistung auf 858 MW
mehr als verzehnfacht. Im Jahr 2005 wurde die Schwelle von 1.000
MW überschritten. Über 150.000 Solarstromanlagen sind mittler-
weile in Deutschland installiert. Allein 2004 kamen 40.000 Anlagen
mit einer Leistung von 450 MW neu hinzu.
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Marktentwicklung Photovoltaik – Gesamt installierte PV-Leistung in Deutschland in MWp
Marktdaten 2004 858 MW gesamt installierte PV-Leistung 450 MW neu installierte PV-Leistung 40.000 installierte PV-Systeme 1,7 Mrd. ¤ Umsatz 20.000 Arbeitsplätze (Quelle: BSW)
858
Photovoltaikanlagen für Neu- und Altbauten sind in Deutschland
meist netzgekoppelte Anlagen, d. h. die Solaranlage liefert
Wechselstrom und ist mit dem Stromnetz verbunden. Der erzeug-
te Solarstrom wird, seit es die erhöhte Vergütung gibt, meist voll-
ständig ins öffentliche Netz eingespeist. Wer möchte, kann den
Strom jedoch auch ins eigene Hausnetz einspeisen und selbst
verbrauchen.
Die Solarmodule auf dem Dach erzeugen Gleichstrom, der in
einem Wechselrichter zu haushaltsüblichem Wechselstrom mit
230 Volt Spannung umgewandelt wird.
Solarzellen erzeugen über ihre Lebensdauer ein Vielfaches
der Energie, die zu ihrer Herstellung benötigt wird.
4 bis 7 Jahre benötigt eine Photovoltaikanlage zur
Erzeugung der Strommenge, die zu ihrer Herstellung auf-
gewendet wurde. Danach ist die Bilanz positiv, sie erzeugt
sauberen Strom ohne den Verbrauch von Ressourcen.
Es geht auch ohne Schadstoffausstoß
Strom erzeugen ohne im Betrieb die Umwelt zu belasten geht nur
mit Erneuerbaren Energien wie Wind, Wasser, Biomasse oder der
Sonne. Die solare Stromerzeugung – Photovoltaik genannt – ist
eine der elegantesten Arten.
Eine Anlage mit einer Fläche von 10 Quadratmetern liefert an
einem sonnigen Sommertag eine elektrische Energie von 6 Kilo-
wattstunden. Je nach Standort beträgt der Solarertrag dieser An-
lage im Jahr 700 bis 1.000 Kilowattstunden Strom. Die Umwelt wird
dadurch im Schnitt um 660 kg/kWh Kohlendioxid (CO2) entlastet.
Solarmodule bieten auch architektonische Gestaltungsmöglich-
keiten. So kann die Optik eines Hauses positiv verändert und ein
ästhetischer Akzent gesetzt werden.
5Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Trotz dieser hohen Zuwachsraten hat die Photovoltaik heute einen
noch bescheidenen Anteil von unter 1 % an der Stromerzeugung
in Deutschland. Wenn sich das Wachstum der letzten zehn Jahre
fortsetzt, wird die Solarenergienutzung eine tragende Säule der
Energieerzeugung. Photovoltaik allein kann die Umwelt- und
Energieprobleme nicht kurzfristig lösen, mittelfristig wird sie jedoch
eine wichtige Rolle einnehmen, auch durch die Schaffung neuer
Arbeitsplätze. 2004 waren 20.000 Menschen in der Photovoltaik-
Branche beschäftigt, doppelt so viele wie 2002.
Eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage funktioniert im Prinzip
ganz einfach. Licht fällt auf die Solarzellen, die daraus Gleichstrom
machen. Die Solarzellen sind zu Solarmodulen verschaltet,
die Solarmodule zum Solargenerator. Der Gleichstrom wird im
Wechselrichter zu Wechselstrom umgewandelt und direkt ins
Stromnetz eingespeist.
Die Solarzelle 95 % aller Solarzellen werden aus Silizium hergestellt. Silizium ist
nichts anderes als Quarzsand, eines der häufigsten Elemente der
Erde, ähnlich unerschöpflich wie die Sonne.
Damit aus Sand eine Siliziumscheibe wird und aus dieser Strom
fließen kann, muss das Silizium hoch gereinigt und kristallisiert
werden. Dann wird es in Scheiben gesägt, gezielt verunreinigt und
mit Leiterbahnen zum Stromtransport versehen.
Nur so fließt auch Strom
Fällt Licht auf eine Siliziumscheibe, werden Elektronen freige-
setzt. Damit diese genutzt werden können, wird die Zelle auf der
Vorder- und der Rückseite mit unterschiedlichen Fremdatomen,
z. B. Bor und Phosphor, gezielt verunreinigt. Dadurch wandern die
Elektronen alle auf eine Seite und die positiven Ladungsträger auf
die andere. Es entsteht ein Plus- und ein Minuspol wie in einer
Batterie. Wird ein Verbraucher angeschlossen, fließt Strom.
Produktionsschritte eines Solarmoduls (Grafik: Shell Solar)
Besäumen des Einkristalls
Scheiben sägen
Phosphor-Diffusion
Solarzelle
Verketten
Rahmung
Solarmodul
Laminieren
Aus Licht wird Strom – Prinzip
und Komponenten
Rohsilizium
Solarzelle (Foto: Q-Cells)
6Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Siebdruck der Leiterbahnen
Ziehen des Einkristalls aus derSiliziumschmelze
Dünnschichtsolarzellen: In den letzten Jahren werden verstärkt
Dünnschichtsolarmodule entwickelt, die eine kostengünstige
Option zur Nutzung der Sonnenenergie darstellen, da sie extrem
wenig Halbleitermaterial benötigen und in Zukunft in hochauto-
matisierten Produktionsanlagen in großen Mengen hergestellt
werden können.
Hierbei werden die photoaktiven Halbleiter als dünne Schichten auf
Glasscheiben aufgebracht, dort direkt zu Modulen verschaltet und
mit einer zweiten Glasplatte hermetisch versiegelt. Am weitesten
verbreitet sind die amorphen Siliziumzellen, die in Taschenrech-
nern und anderen Kleingeräten Anwendung finden. Ihr Wirkungs-
grad liegt bei 6-8 %. Mit neuen Materialien, wie beispielsweise
CdT (Cadmium-Tellurid) und CIS (Kupfer-Indium-Diselenid), wurden
Dünnschichtsolarmodule mit höherem Wirkungsgrad (8-10 %) ent-
wickelt.
Die genannten Wirkungsgrade werden unter Standard-Testbedin-
gungen bestimmt, d. h. bei einer Globalstrahlung von 1.000 W/m2
bei 25 °C Modultemperatur sowie einem Spektrum des Sonnen-
lichtes entsprechend Air Mass 1,5. Im praktischen Betrieb ändern
sie sich leicht, da beispielsweise der Wirkungsgrad der Solarzellen
bei steigender Temperatur etwas sinkt.
Rückseiten-kontakt
p-Halbleiterschicht
pn-Übergang
n-Halbleiterschicht
Antireflexschicht
VorderseitenkontaktgitterPhoton
+-
Aufbau einer Solarzelle
Selbst geringe Lichtstärken, wie sie bei bewölktem Himmel auftre-
ten, werden in der Solarzelle in Strom umgesetzt. Die Stromstärke
ist allerdings proportional zur Lichtstärke – je mehr Sonnenschein,
desto mehr Solarstrom. Die Spannung der Solarzelle bleibt dage-
gen fast unverändert.
Eine Siliziumzelle erzeugt eine Spannung von etwa 0,6 Volt. Die
Stromstärke hängt von der Größe der Zelle ab. Die typischen
Solarzellen mit einer Größe von 15 cm x 15 cm erzeugen etwa
5,5 Ampere Strom. Eine einzelne Zelle hat bei voller Bestrahlung
eine Leistung von etwa 3,4 Watt. In einer 1 kWp-Anlage sind somit
etwa 300 Solarzellen verschaltet.
Folgende Modultechnologien werden derzeit bevorzugt genutzt:
Monokristalline Solarzellen: Siliziumsolarzellen werden üblicher-
weise aus Säulen oder Blöcken in 0,25 mm dicke Scheiben gesägt.
Eine Säule, die aus einem einzigen Kristall besteht, wird aus
flüssigem Silizium gezogen. Die daraus gefertigten Solarzellen
nennt man monokristallin. Ihr Wirkungsgrad zur Umwandlung von
Sonnenenergie in Strom erreicht 14-16 %.
Polykristalline Solarzellen: Wird das flüssige Silizium in Blöcke
gegossen, ergibt sich bei der Erstarrung die typische Eisblumen-
struktur aus einer Vielzahl von einzelnen Kristallen. Die daraus
hergestellten Zellen werden als polykristallin bezeichnet. Ihr
Wirkungsgrad beträgt 13-15 %.
Solarmodule (Foto: Sunways)
7Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Das Solarmodul
Die einzelnen Solarzellen werden verschaltet und in Solarmodulen
wetterfest eingepackt. Nach vorne werden sie üblicherweise von
einer Glasscheibe abgedeckt, hinten schützt eine Folie. Für den
Einsatz in Fassaden gibt es Module, bei denen die Zellen zwischen
zwei Glasscheiben liegen. Zwischen den Zellen kann man hin-
durchschauen.
Die Module werden in Größen von einigen Watt bis zu 300 Watt
Leistung angeboten. Gängig sind Module mit einer Leistung
zwischen 100 und 150 Watt. Alle Module der führenden Hersteller
werden nach internationalen Standards gefertigt und ständig kon-
trolliert, damit höchste Qualität garantiert ist. Solarmodule sind
mit etwa 10-15 kg/m2 echte Leichtgewichte. Sie werden in Größen
bis zu 3 m2 angeboten. Auch Solardachziegel sind auf dem Markt
erhältlich. Sie werden anstelle normaler Dachziegel montiert.
Die Systemtechnik
Photovoltaikanlagen sind zu unterscheiden in netzgekoppelte
Anlagen und Inselsysteme. Bei netzgekoppelten Anlagen erzeugt
der Solargenerator mit Hilfe des Sonnenlichts Gleichstrom.
Wechselrichter wandeln diesen um in Wechselstrom, der in das
lokale Nieder- oder Mittelspannungsnetz eingespeist wird. Dieses
bildet quasi den Energiespeicher, da Einspeisung und Verbrauch
im eigenen Haus meistens nicht synchron sind. In Gegenden ohne
Netzanbindung werden Inselsysteme mit einem Energiespeicher
in Form einer Batterie eingesetzt.
Solarfassade der TÜ-Arena, Tübingen (Foto: SunTechnics)
8Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Netzgekoppelte Photovoltaik-Anlage
Transparente Solarmodule (Foto: SMA Technologie AG)
Wechselrichter (Foto: SMA Technologie AG)
Der Wechselrichter
Wechselrichter wandeln den solar erzeugten Gleichstrom in haus-
haltsüblichen Wechselstrom von 230 Volt um und machen es mög-
lich, dass der Solarstrom von allen Hausgeräten verwendet und in
das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann. Der Wechsel-
richter sollte nicht zu weit entfernt von den Solarmodulen instal-
liert werden, da in Gleichstromleitungen höhere Verluste auftreten
als in Wechselstromleitungen.
Der Einspeisezähler
Wieviel Solarstrom ins öffentliche Netz eingespeist wurde, misst
der Einspeisezähler. Dieser Strom wird vom Stromversorger ver-
gütet.
Die Lebensdauer
Bei den Modulen ist von einer Lebensdauer von mindestens 25 Jah-
ren auszugehen, man erhält für sie meist eine Leistungsgarantie
von 80 % für die Dauer von 20-25 Jahren. Für Wechselrichter sind
heute 5-10 Jahre Garantie üblich. Es ist davon auszugehen, dass sie
einmal während der Lebensdauer der PV-Anlage ersetzt werden.
Der Erntefaktor
Ein Energiesystem ist nur nachhaltig, wenn es in seiner Lebens-
dauer mehr Energie produziert, als seine Herstellung, der Betrieb
und die Entsorgung benötigen. Das Verhältnis zwischen der produ-
zierten Energie und der von Herstellung bis Entsorgung benötigten
Energie wird als Erntefaktor bezeichnet. Unter den Solarmodulen
weisen Dünnschichtmodule den höchsten Erntefaktor von etwa 11
für amorphes Silizium und 20 für CIS beim Einsatz in Deutschland
auf. Monokristallines Silizium erreicht in Deutschland 5,5 und poly-
kristallines Silizium den Wert 8.
9Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Wechselrichter (Foto: Fronius International GmbH)
Das eigene Kraftwerk
auf dem Dach
Technisch ausgereift
Photovoltaik (PV) ist eine ausgereifte Technik, die es heute schon
jedem erlaubt, auf dem Dach oder an der Fassade des eigenen
Hauses zuverlässig Strom zu produzieren. In Zukunft werden zwar
noch weitere Steigerungen des Wirkungsgrades der Solarzellen
erwartet, doch erfahrungsgemäß erfolgen diese nur in kleinen
Schritten.
Netzanschluss, warum?
Mit einer Solarstromanlage könnte man problemlos eine autarke
Stromversorgung aufbauen und sich unabhängig vom Stromnetz
machen. Die Anlage müsste dann allerdings so groß gewählt sein,
dass auch im Winter noch genügend Strom erzeugt wird, und es
müsste ein großer Stromspeicher, z. B. eine Batterie installiert
sein. Aufgrund der höheren Kosten und des stark ausgebauten
Stromnetzes haben die meisten Anlagen einen Netzanschluss.
So werden hierzulande so genannte Inselsysteme nur bei z. B.
Berghütten eingesetzt, die keine Anbindung an das öffentliche
Stromnetz haben.
Unter den derzeitigen politischen Rahmenbedingungen mit der
erhöhten Vergütung des eingespeisten Stromes, ist die netzgekop-
pelte PV-Anlage die sinnvollste Lösung. Das Netz ist dabei gewis-
sermaßen der Speicher der erzeugten Energie. Der produzierte
Solarstrom wird ins Netz eingespeist, ein Zähler erfasst die Menge,
die dann vergütet wird. Der eigene Strombedarf wird weiterhin
aus dem Netz bezogen. Durch die Differenz aus der Einspeise-
vergütung und den Kosten für den benötigten Strom amortisiert
sich die Investition in die PV-Anlage nach ca. 12-16 Jahren.
Nicht festgelegt ist bislang, wie hoch die Vergütung nach Ablauf der
20 Jahre sein wird, wenn also die garantierte Einspeisevergütung
wegfällt. Die PV-Anlage wird auch darüber hinaus noch funktions-
fähig sein. Hier wäre dann denkbar – sollten keine so günstigen
Konditionen zur Abnahme des erzeugten Stromes bestehen – die-
sen tatsächlich selbst zu verwenden. Dies ließe sich ohne größe-
ren technischen Aufwand bewerkstelligen und die Stromrechnung
entsprechend reduzieren.
Das eigene Kraftwerk auf dem Dach (Foto: IBC SOLAR AG)
Ausgereifte Technik für zuverlässige Stromproduktion(Foto: MHH Solartechnik)
Solarstrom und Architektur – vorbildliche Synthese (Foto: Architekten Tina Volz)
10Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Solardach (Foto: Diergardt)
Südliche Ausrichtung als Voraussetzung (Foto: Biohaus)
Grundvoraussetzungen
Zunehmend kommen bei Freiflächen nachgeführte PV-Anlagen
auf den Markt, die einachsig nachgeführt einen Mehrertrag von
bis zu 20 % bringen, zweiachsig bis zu 27 %.
Damit sie möglichst viel Strom liefert, benötigt die Photovoltaik-
anlage ausreichend Licht. Daher dürfen Nachbargebäude, Schorn-
steine oder Bäume die Anlage nicht beschatten. Aufgrund der
Verschaltung der Module kann die Abschattung eines kleinen Teils
eines Moduls die Leistung der ganzen PV-Anlage deutlich redu-
zieren. Deshalb sind auch kleine Schatten, z. B. durch Zweige, zu
vermeiden.
Bei einem Gebäude mit Flachdachaufständerung ist zu berück-
sichtigen, dass hintereinander aufgestellte Solarmodulreihen
ebenfalls Schatten werfen. Ausreichend Abstand zwischen den
einzelnen Modulen verhindert dies.
Der Ertrag einer Solarstromanlage hängt davon ab, wie die
Solarmodule zur Sonne ausgerichtet sind. Übers Jahr ist der
Stromertrag am höchsten, wenn sie nach Süden orientiert in
einem Winkel von etwa 30° zur Horizontalen aufgestellt werden.
Doch auch bei einer Abweichung von der optimalen Ausrichtung
vermindert sich die Stromausbeute nur geringfügig. Ist das Dach
nach Süd-West oder Süd-Ost orientiert, reduziert sich der Ertrag
nur um etwa 5 %. Das gleiche gilt auch für den Neigungswinkel.
Bei den typischen Dachneigungen von 45° bis 60° reduziert sich
der Ertrag nur um maximal 10 %. Selbst bei senkrechter Montage
in der Fassade, werden bei südlicher Ausrichtung noch 70 % des
optimalen Ertrags erreicht.
SSW45°
SO45°
W90°
O90°
70 %
70 %68 %
62 %
60 %
100 %96 %95 %
85 %83 %
Kenngrößen (Stand Feb. '06)
Preis: Pro Kilowatt installierter Anlage ist mit einem Preis
von rd. 6.000 Euro zu kalkulieren.
Fläche: Pro Kilowatt installierter Anlage ist bei kristallinen
Modulen mit einer Fläche von ca. 8 m2 zu rechnen.
Ertrag: Pro Kilowatt installierter Anlage ist mit einem
jährlichen Ertrag von ca. 850 kWh zu rechnen.
Vergütung: Die Einspeisevergütung wird 20 Jahre plus das
Jahr der Inbetriebnahme bezahlt. Für eine Aufdach-PV-
Anlage bis 30 kW installierter Leistung, die 2006 in Betrieb
genommen wird, beträgt die Vergütung 51,80 Cent/kWh.
11Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Der solare Ertrag ist von Ausrichtung und Neigung abhängig.
Verschiedene Möglichkeiten, Solarmodule zu installieren:
Aufdachmontage, Dachintegration, Flachdach-Aufständerung,
Flachdach-Integration, Verschattung, Solarfassade,
(Quelle: BP Solar)
Montagemöglichkeiten
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine Photovoltaikanlage am
Gebäude zu installieren:
Geneigte Dächer
Ist das Dach des Hauses geneigt, kann zwischen der Aufdach-
und der Indachmontage der Solarmodule gewählt werden. Am
gebräuchlichsten ist die Aufdachmontage. Die Module werden
oberhalb der Dachhaut montiert. Dazu werden die Solarmodule
mit Metallkonstruktionen verschraubt, die an Dachhaken befes-
tigt sind. Der Vorteil der Aufdachmontage liegt darin, dass die
Dachhaut unverändert bleibt und weiterhin die Abdichtung über-
nimmt.
Die eleganteste Lösung ist die Indachmontage, denn die Solar-
module werden in der Ebene der Dachhaut montiert und ersetzen
so Ziegel oder Dachplatten. Sie übernehmen damit die abdichten-
de Funktion der Dachpfannen, weshalb die Installation aufwändi-
ger ist.
Flachdach
Hier werden die Solarmodule entweder schräg im optimalen
Winkel auf einer Halterung montiert oder flach als flexible
Bahnen dachintegriert verlegt. Die Aufständerung ermöglicht eine
optimale Ausrichtung nach Süden und ist besonders einfach zu
installieren. Die dachintegrierte PV-Anlage, ideal für leichte Dach-
konstruktionen, dient gleichzeitig auch zur Abdichtung.
Fassade
Ein noch wenig erschlossenenes Potenzial stellen Fassadenflächen
dar. Gerade bei Sanierungsarbeiten oder im Neubau größerer Ge-
bäude bietet sich der Einsatz der Photovoltaik an. Im EEG ist
für Fassadenanlagen wegen des standortbedingten geringeren
Ertrages ein Vergütungs-Bonus von zusätzlich 5 Cent/kWh festge-
schrieben.
12Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Dachintegrierte 15 kW PV-Anlage (Foto: Solar World)
Aufdach-PV-Anlage (Foto: Energiebau)
Kultur- und Bürgerhaus Denzlingen: PV als Dachfolie, sogar bei den Investitionen günstiger als
das ursprünglich vorgesehene Metalldach (Fotos: Bürgermeisteramt Denzlingen)Vielfach prämierte PV-Fassade eines Gebäudesanierungsprojektes in Freiburg
(Foto: rolf + hotz architekten)
Die Kräfte des Windes sollten nicht unterschätzt werden. Deshalb
verankern Solarfachfirmen die Photovoltaikanlage im Schrägdach
fest auf den Sparren. Beim Flachdach treten deutlich größere
Kräfte auf, weshalb eine aufgeständerte Anlage ausreichend
befestigt werden muss und der Fachbetrieb im Zweifel einen
Statiker zuzieht.
13Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Aufdach-Photovoltaikanlage (Foto: Energiebau)
PV-Anlage mit 1,2 kWp
(Foto: Heizmann-System-Elektronik)
Doppelhaushälfte mit PV- und Solarthermie-Anlage (Foto: Eugen Kuntze)
Anlagengröße
Theoretisch gibt es keine Grenze dafür, wie groß eine Photovoltaik-
anlage sein sollte. Für einen kleinen Solar-Taschenrechner genügen
winzige Solarzellen. Eine Großanlage wie die 1 Megawatt-Anlage
auf der Messe München hingegen arbeitet mit mehreren hundert-
tausend Solarzellen. Im privaten Anwendungsbereich besitzen
Photovoltaikanlagen in der Regel Leistungen zwischen drei und
fünf Kilowatt.
Je mehr Sonne, desto mehr Solarstrom. Die momentane
Leistung eines Photovoltaik-Moduls ist proportional zur Stärke
der Sonneneinstrahlung. Angegeben ist daher immer die
Spitzenleistung in Kilowatt peak (kWp), die das Modul bei einer
Bestrahlungsstärke von 1.000 Watt pro Quadratmeter und einer
Temperatur von 25 °C erreicht.
Die Größe einer Photovoltaikanlage richtet sich nach der
Strommenge, die solar erzeugt werden soll, der vorhandenen
(Dach-)Fläche zur Aufstellung der Module oder den finanziellen
Möglichkeiten des Bauherren. Zuerst ist festzulegen, welcher
Anteil des Strombedarfs rechnerisch solar gedeckt werden soll.
Eine 3 kW-Anlage erzeugt im Jahr etwa 2.500 kWh Strom. Ein Drei-
Personen-Haushalt mit einem Strombedarf von 2.500 kWh deckt –
über das Jahr gesehen – mit dem Solarstrom einer 3 kW-Anlage
seinen Strombedarf. Im Sommer wird natürlich mehr ins Netz
eingespeist als verbraucht und im Winter mehr aus dem Netz
bezogen.
Stromsparende Geräte im Haushalt erhöhen den Solaranteil ohne
dass die Anlage vergrößert werden muss.
Dauerhafte Einnahmen
Über einen Einspeisezähler kann das Energieversorgungsunter-
nehmen (EVU) ablesen, wieviel Solarstrom in das öffentliche Netz
eingespeist wurde.
14Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Die Bundesregierung hat die Netzbetreiber im Erneuerbare-
Energien-Gesetz (EEG) verpflichtet, den eingespeisten Solarstrom
20 Jahre lang (+ das Jahr der Inbetriebnahme) mit einem erhöhten
Satz pro kWh zu vergüten. Dieser Vergütungssatz reduziert sich
Jahr für Jahr um 5 % bis 6,5 % für Anlagen, die in Zukunft realisiert
werden – jede Anlage erhält allerdings den Vergütungssatz aus
dem Jahr der Inbetriebnahme über 20 Jahre.
Montage
Um eine Photovoltaikanlage mit ein bis drei Kilowatt auf dem
Dach zu installieren, benötigen Fachfirmen in der Regel zwei Tage.
So schnell wird kein anderes Kraftwerk gebaut.
Nachdem die Techniker das Dach vorbereitet haben, werden die
Module montiert, verkabelt und an den Wechselrichter angeschlos-
sen. Dieser kann direkt unter dem Dach montiert werden oder
z. B. neben dem Zählerkasten im Keller. Über den Wechselrichter
wird das Solar-Kraftwerk mit dem Hausnetz verbunden. Ist der
Einspeisezähler montiert, kann das Kraftwerk in Betrieb gehen.
Dass alle Normen und Vorschriften eingehalten werden, darum
kümmert sich der Installateur. Er meldet die Photovoltaikanlage
auch beim zuständigen Energieversorgungsunternehmen an.
Betriebskosten? Keine!
Nachdem die Photovoltaikanlage auf dem Dach installiert und an
das Hausnetz angeschlossen ist, beginnen die sonnigen Zeiten. Die
Anlage ist im Prinzip wartungsfrei. Es empfiehlt sich regelmäßige
Kontrollen und Begehungen vorzunehmen, um etwaige Fehler
frühzeitig zu erkennen (etwa Überprüfung Verschattungsfreiheit,
Marderverbiss bei Kabeln). Üblicherweise reicht die Selbst-
reinigung der Module durch Regen, wer das Maximum aus seiner
PV-Anlage herausholen will, kann durch Reinigen der Module hier
erfolgreich sein. Überwachungssysteme, die die Betriebsdaten
auswerten, verschaffen stets den Überblick über Erträge und Ver-
fügbarkeiten.
Der Einbau einer Solaranlage muss üblicherweise nicht
genehmigt werden. Um jedoch eventuellen regionalen
Sonderbestimmungen vorzubeugen, wird die örtliche
Baubehörde durch den Solarfachbetrieb formlos über die
Anlagenplanung informiert.
Das Haus ist denkmalgeschützt? In diesem Fall ist
unbedingt eine Genehmigung zu beantragen. Die
Regelungen hierzu sind je nach Bundesland verschieden.
Entsprechende Informationen erteilen die Stadtbauämter.
15Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Wegweiser zur eigenen Photovoltaikanlage
1. Beratung mit Besichtigung vor Ort und Angebots-
erstellung durch Solarfirma oder Handwerk. Um kompe-
tente Unternehmen in der Region zu finden, empfiehlt sich
der Blick ins Internet und/oder die Kontaktaufnahme mit
Anlagenbetreibern in der Nachbarschaft.
2. Finanzierungsberatung durch die Hausbank.
3. Bei Inanspruchnahme von KfW-Mitteln: Einreichung des
Kreditantrags bei der Hausbank. Auftragserteilung und
Bau dürfen nicht vor Antragstellung, können jedoch auf
eigenes Risiko vor Bewilligung erfolgen.
4. Ggf. Bewilligung des KfW-Kredits
5. Beantragen des Netzanschlusses beim örtlichen Netz-
betreiber (erledigt i. d. R. der Installateur).
6. Bau und Inbetriebnahme der Anlage.
7. Ggf. Abfordern des KfW-Kredits und Bezahlung der Anlage.
8. Abschluss eines Stromlieferungsvertrages EEG mit dem
örtlichen Netzbetreiber.
Solarstrom: Für die Umwelt rechnet er
sich. Und für Sie?
Solarsiedlung Gelsenkirchen (Foto: Scheuten Solar)
Die Erzeugung von Strom mit Photovoltaik ist heute noch teurer
als aus Kohle oder Gas. Da die Bundesregierung aus Umwelt- und
Klimaschutzgründen, aber auch aus industriepolitischen Über-
legungen möchte, dass heute schon möglichst viel Solarstrom
erzeugt und genutzt wird, bestimmte sie, dass die Einspeisung von
Solarstrom mit einem erhöhten Satz vergütet wird. Wer mit einer
Photovoltaik-Anlage Strom erzeugt, erhält die Investitionskosten
mit der Vergütung über die Lebensdauer wieder zurück. Um
die Vorfinanzierung zu erleichtern, gibt es z. B. Kredite der KfW.
Der Rest, der selbst finanziert werden muss, hängt von den
Finanzierungsbedingungen und den Betriebskosten ab, die im
Allgemeinen sehr gering sind. Dies macht die Anlagen attraktiv.
Hinzu kommen weitere Vorteile: Photovoltaik-Anlagen sind
umweltfreundlich, ungefährlich, nachhaltig, lautlos. Eine 1 kW-
Anlage mit 8 m2 Modulfläche erspart der Umwelt jährlich etwa
700 kg Kohlendioxid (CO2). Je mehr Bürger sich für Solarstrom
entscheiden, umso größer ist der Umweltvorteil.
Bis Ende 2005 wurden bereits 150.000 PV-Anlagen in Deutschland
installiert. Oft werden mit einer Photovoltaik-Anlage auch bewusst
ästhetische Akzente am Gebäude gesetzt. Die Anlage symbolisiert
Modernität und verantwortungsvolles Handeln. Für viele Haus-
besitzer ein wichtiger Aspekt.
Wie sich die Anlage rechnet, hängt natürlich von vielen Faktoren
ab. Dies sind unter anderem Größe und Art der Photovoltaikanlage
sowie Aufwand für Montage und Verkabelung. Die Art der
Finanzierung spielt ebenso eine Rolle. Im Schnitt liegen die gesam-
ten Kosten für eine fertig installierte Standard-Photovoltaikanlage
bei etwa 6.000 EUR pro kW Leistung (Stand Feb. '06).
16Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Solarstrom-Förderung (Stand: 02/06)
VergütungssätzePV-Anlagen, die im Jahr 2006 in Betrieb genommen werden, erhalten gleichbleibend für 20 Jahre plus das Jahr der Inbetriebnahme folgende Einspeisevergütung pro erzeugter Kilowattstunde Strom:
40,60 Cent/kWh Mindestvergütung (Freiflächenanlagen)51,80 Cent/kWh PV-Anlagen bis 30 Kilowatt installierter Leistung an oder auf Gebäuden49,28 Cent/kWh PV-Anlagen-Leistungsanteil ab 30 bis 100 kW an oder auf Gebäuden48,74 Cent/kWh PV-Anlagen-Leistungsanteil über 100 kW an oder auf Gebäuden56,80 Cent/kWh PV-Fassadenanlagen bis 30 Kilowatt installierter Leistung
Die Vergütungssätze sind degressiv, d. h. jedes Jahr verringert sich der Satz, gilt aber jeweils immer für 20 Jahre.
Freiflächenanlagen Anlagen auf Dachflächen FassadenanlagenJahr der bis 30 kW 30-100 kW über 100 kW bis 30 kWInbetriebnahme ct/kWh ct/kWh ct/kWh ct/kWh ct/kWh2005 43,42 54,53 51,87 51,30 59,532006 40,60 51,80 49,28 48,74 56,802007 37,96 49,21 46,82 46,30 54,212008 35,49 46,75 44,48 43,99 51,752009 33,18 44,41 42,26 41,79 49,41
... Degression 6,5 % Degression 5 % jeweils zum 1.1. des neuen Jahres; Vergütungszeitraum jeweils 20 Jahre
Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) regelt seit dem 1. April 2000
die Vergütung für Strom aus erneuerbaren Energien und ist derzeit
in seiner novellierten Fassung vom 1. August 2004 gültig. Es ver-
pflichtet die Netzbetreiber, alle Anlagen zur Stromerzeugung aus
erneuerbaren Energien ans Stromnetz anzuschließen und gemäß
EEG zu vergüten.
Die Vergütungshöhe von Solarstrom ist differenziert nach Anlagen-
größe und dem Aufstellungsort der Anlage.
17Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Finanzierung von PV-Anlagen
Zinsgünstige Darlehen für Solarstromanlagen werden angeboten im
• KfW-Programm „Solarstrom erzeugen“ für Kreditvolumen bis 50.000 ¤
• KfW Umweltprogramm und ERP-Umwelt- und Energiesparprogramm
für gewerbliche Anlagen mit Kreditvolumen über 50.000 ¤
Info:
KfW, Palmengarten 5-9, 60325 Frankfurt
Info-Telefon: 0180 133 55 77, www.kfw.de
Teilweise bieten auch Banken oder Bausparkassen Sonder-
konditionen zur Finanzierung von Solarstromanlagen an.
18Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Zukunft Gebäude-integration
Die gestalterische, konstruktive und energietechnische Einbindung
der PV-Techniken in die Gebäudehülle steckt zwar noch am Anfang
ihrer Entwicklung, sie ist aber bereits zu einer neuen Bauaufgabe
geworden. Dabei kommt es darauf an, sich von den üblichen Gestal-
tungsvorstellungen und Planungsabläufen loszulösen.
Die weltweit ersten gebäudeintegrierten PV-Systeme wurden An-
fang der 80er Jahre in den USA errichtet. Anfang der 90er Jahre setz-
te dann auch in Europa eine intensive Auseinandersetzung mit der
PV und ihren Einsatzmöglichkeiten am Bau ein. Anfänglich ergaben
sich – wie bei vielen Neuentwicklungen – ästhetisch wenig über-
zeugende Konstruktionen, welche die baukonstruktive und optische
Harmonie gewohnter Dach- und Wandkonstruktionen störten und
deshalb bei vielen Beteiligten am Bau zunächst zur Skepsis führ-
ten.
Als gelungene Integration der PV im Gebäude ist ein System dann
zu bezeichnen, wenn es sowohl gestalterisch und bautechnisch als
auch vom Energiekonzept her sinnvoll in ein Gebäude eingefügt
worden ist. Es gibt inzwischen bereits eine Vielzahl solcher teilwei-
se faszinierender Lösungen.
Im Prinzip kann man die Gebäudeintegrierte Photovoltaik (GIPV)
in vier Lösungsansätze einteilen. Sie existieren nebeneinander und
haben fließende Grenzen:
• Bei der Addition der PV wird der PV-Generator als zusätzliches
Element außen an der Gebäudehülle befestigt.
• Gestalterisch sehr viel interessanter, langfristig kostengünstiger
und ressourcenschonender ist es jedoch, wenn die PV-Module als
Ersatz konventioneller Dachdeckungsmaterialien oder anderer
Baukomponenten des Gebäudes verwendet werden.
• Bei der PV in Kombination mit konventionellen Baumaterialien wer-
den die PV-Module in Form und Größe an modifizierte konventio-
nelle Baumaterialien, wie Dachziegel und Fassadenelemente, ange-
passt, um sich zu einem einheitlichen Bauteil zusammenzufügen.
• Andere Entwicklungen passen durch Addition von, z. B. einer Rah-
menkonstruktion, größere PV-Module so an, dass sie im Verbund
mit konventionellen Materialien etwa als Wandverkleidungen ein-
setzbar sind.
Gebäudeintegrierte Photovoltaik an einem Ferienhaus (Foto: Dorfmüller)
19Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Bei der PV-Integration in vorgefertigte Bauteile wird dem Trend ent-
sprochen, dass es im Bauwesen zunehmend zur Verwendung vor-
gefertigter Bauteile und Komponenten kommt, die an der Baustelle
nur noch zusammenmontiert werden. Es laufen Entwicklungen, wie
PV-Systeme in großformatige vorgefertigte Bauteile fabrikseitig in-
tegriert und unbeschadet zur Baustelle transportiert und eingebaut
werden können. Vorteil modularer Bausysteme ist die Möglichkeit
der Massenproduktion und eine damit verbundene Kostenredukti-
on, Nachteil kann eine gewisse Einschränkung der Designmöglich-
keiten durch diese modulare Bauweise sein.
Insbesondere für den Sektor der repräsentativen Verwaltungs- und
Hochhausbauten ist die PV als Teil individueller und multifunktio-
naler Gesamtlösungen interessant. Bei diesen Gebäuden muss die
Hülle sehr komplexe und vielfältige Anforderungen erfüllen. Dabei
rückt die Entwicklung und Verwendung multifunktionaler Fassaden-
bauteile mehr und mehr in den Mittelpunkt konstruktiver Überle-
gungen. Die solare Stromerzeugung ist in diesem Konglomerat von
Anforderungen nur eine von vielen Funktionen, die von den Kompo-
nenten der Gebäudehülle übernommen werden sollen.
Hilfreich ist es daher, wenn PV-Module multifunktionale Eigenschaf-
ten haben, z. B. indem sie neben der solaren Stromerzeugung gleich-
zeitig auch als Sonnenschutzelemente dienen oder als Reflektor zur
Tageslichtmodulation eingesetzt werden können.
Nachfolgende Einsatzfelder der PV am Gebäude sind für die Zukunft
interessant: Schrägdächer, Flachdächer, Oberlichter, Außenwände,
Glasfassaden und Structural Glacing, Sonnenschutz.
Mit einer gelungenen Integration von PV in die Gebäudehülle er-
setzen die Module konventionelle Bauteile und übernehmen damit
neben der Stromerzeugung deren Aufgaben, wie Witterungsschutz,
Sonnenschutz, Schallschutz, Wärmedämmung, Sichtschutz, elektro-
magnetische Abschirmung, ästhetische Qualität.
Durch das inzwischen erreichte technische und gestalterische Ni-
veau ist die Realisierung einer GIPV-Anlage mit keinem einschrän-
kenden Charakter mehr verbunden, sondern bereichert das Spek-
trum der Fassaden- und Dachgestaltung in hohem Maße. Es steht
gleichzeitig zu erwarten, dass die GIPV auch angesichts der zuneh-
menden Wünsche der Bauherren nach umweltschonenden Lösun-
gen in Zukunft die Architektur deutlicher beeinflussen wird.
Die PV kann einen entscheidenden Beitrag dazu leisten, das Gebäu-
de von einem Energieverbraucher zu einem Energieproduzenten zu
verändern. Das technische Know how und die Systemkomponenten
sind bereits heute ausreichend, um PV architektonisch, gestalte-
risch gelungen und energietechnisch sinnvoll in die Gebäudehülle
zu integrieren.
Photovoltaik als Ersatz konventioneller Materialien (Foto: Feinhals)
Gewinner des SeV-Wettbewerbs „Gebäudeintegrierte Photovoltaik 2002“ (Foto: Universitätsbauamt Erlangen)
Beispiel Groß-anlage:
1 MW Solardach München-Riem
Die von E.ON Energie und Shell Solar auf den Dächern der Messe
München errichtete – damals weltgrößte – Photovoltaik-Aufdach-
anlage hat sich mit sehr guten Betriebsergebnissen bewährt.
Mit der Errichtung der Solaranlage mit einer Nennleistung von
1.016 Kilowatt und einer Gesamtinvestition von rund 7 Millionen
Euro wurde im August 1997 begonnen, die Inbetriebnahme erfolgte
bereits am 19. November 1997.
Innovative Techniken
Beim Messe-Solardach kam eine Reihe von neuen Techniken im
Bereich der Photovoltaik zum Einsatz. Eine der Hauptzielsetzungen
war die Minimierung der Kosten für die Realisierung und den Be-
trieb einer großen Solarstrom-Anlage. Um Effektivität und Verfüg-
barkeit zu steigern, wurde erstmals eine große PV-Anlage mit einer
zentralen Wechselrichtereinheit betrieben.
Verbesserte Montage
Die Module wurden von Shell Solar für PV-Großanlagen neu
entwickelt. Es sind Laminatmodule, die mit Klammern auf den
Leichtbaugestellen befestigt sind. Die Größe des Moduls mit einem
Gewicht von weniger als 11 Kilogramm richtet sich dabei nach dem
Ein-Mann-Handling, d. h., dass Modul und Gestell allein von einer
Person montiert werden können. Auf den Einsatz von zeit- und kos-
tenaufwändigen Kranarbeiten konnte deshalb direkt auf dem Dach
verzichtet werden. Die hohe spezifische Leistung des Moduls und
seine kompakte Bauweise führten zu günstigen Montagekosten.
Die auf der Rückseite der Module vormontierten Anschlussdosen
mit berührungssicheren Steckern ermöglichten eine Montage bei
Tag ohne die zeitaufwändige Abdeckung der Modulflächen mit
lichtundurchlässigen Folien. Neben der dadurch erreichten Zeit-
20Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Kennziffern seit Inbetriebnahme (gerundet) Einheit
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005Globalstrahlung kWh/m2 1.024 1.231 1.286 1.206 1.300 1.417 1.271 1.296 Netzeinspeisung MWh 839 989 1.006 947 1.043 1.131 1.043 968Spezifischer Ertrag kWh/kW
p 826 973 990 932 1.026 1.113 1.026 952
ersparnis war die Installation ohne Werkzeug möglich. Auch kann
bei Beschädigung eines Moduls ein schneller und gefahrloser Aus-
tausch ohne Werkzeug erfolgen.
Die Gewichtsoptimierung bei den Montagegestellen von ca.
38 g/Wp wurde durch die Verwendung von asymmetrischen
Aluminiumprofilen realisiert. Die Gestelle wurden soweit möglich
in der Werkstatt vormontiert und mit speziellen Klemmen auf
das Dach aufgeklemmt, ohne dass das Dach für die Befestigung
durchdrungen werden musste. All dies vereinfachte die Montage
erheblich. Sollte die Anlage eines Tages entfernt werden müssen,
ist keine Erneuerung der Dachhaut erforderlich.
Längere Service-Intervalle
Durch die Verlängerung der Service-Intervalle der
Wechselrichter mit dem Master-Slave-Konzept (MS)
um etwa 60 % konnten die laufenden Betriebskosten
deutlich verringert werden. Der MS-Betrieb ermög-
licht es, die Wechselrichterleistung dynamisch dem
wechselnden Strahlungsangebot anzupassen. Dies
erhöht den Wirkungsgrad im Teillastbereich erheblich.
Weiterhin wird über den MS-Betrieb die technische
Lebensdauer der Geräte verlängert. Eine Fernüber-
wachung sorgt für eine weitere Minimierung des, bei
einer Anlage dieser Dimension, nötigen Wartungs-
aufwandes. Die Anlagensteuerung ist über eine
Schnittstelle mit dem Leitrechner verbunden, der die
Mittelwerte für die letzten 20.000 Stunden auf Fest-
platte archiviert.
Messe-Millionär
In acht Betriebsjahren hat das Solardach über 7,8
Mio. Kilowattstunden Strom erzeugt. Auf das Jahr
2003 entfiel mit 1,131 Mio. Kilowattstunden das bis-
her beste Betriebsergebnis. Der spezifische Ertrag
ergab 1.113 kWh/kWp. Die wichtigste Größe zur
Beurteilung des Betriebsverhaltens einer PV-Anlage
ist die Performance Ratio (PR). Sie erlaubt eine vom
Standort unabhängige Beurteilung und kennzeichnet
die Ausnutzung der betreffenden Anlage im Vergleich
zu einer verlustfrei unter nominellen Betriebsbedingungen arbei-
tenden Anlage. Gute Werte liegen im Bereich von 72 - 77 %. Das
Solardach München-Riem erreichte im Jahr 2004 einen Spitzenwert
von 80,6 %. Ein Großteil der Stromerlöse aus der Anlage fließt
dem Solarenergieförderverein Bayern zu, dem das Eigentum
von E.ON Energie und Siemens an der Anlage übertragen wurde.
Mit dem Geld leistet der von E.ON Bayern betreute gemein-
nützige Verein einen laufenden Beitrag zur Fortentwicklung und
Markteinführung erneuerbarer Energien.
2002 ging auf den A-Hallen der Messe eine weitere PV-Anlage mit
1.056 kWp in Betrieb. Das SonnenDach Messe München wurde von
Phönix SonnenStrom errichtet und vom SeV finanziell unterstützt.
21Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Kenndaten Solardach München-Riem
Installierte Leistung 1.016 Kilowatt (1,016 MW)Inbetriebnahme 19. November 1997Anzahl der Module 7.812 Stück (656.208 Zellen)Modulfläche 7.916 m2
solar genutzte Dachfläche 38.100 m2 Ausrichtung der Module südorientiert, 28 Grad WinkelWechselrichter 3 Stück mit je 330 kVAEinspeisung 20 kV-Netz der MesseVolllaststunden rd. 1.000 Stunden/JahrEnergieertrag rd. 1 Mio kWh (ca. 4 % des Messebedarfs)CO2-Vermeidung ca. 1.000 Tonnen/Jahr
Monatliche Netzeinspeisungen des Solardaches München-Riem in MWh (Balken) und Globalstrahlung in kWh/m2 (Linie) im Jahr 2004
20
40
60
80
100
120
140
160
Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep
22Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne
Sonne in der Schule – Erfahrungen
Vor über 10 Jahren erhielten die ersten bayerischen Schulen
unter Federführung von E.ON Bayern 1 kW-Photovoltaikanlagen
im Rahmen des Programms „Sonne in der Schule“. Etwas später
folgte „SONNEonline“. Beide Programme werden jetzt gemeinsam
unter dem Namen „Sonne in der Schule“ geführt. Es umfasst 544
Photovoltaikanlagen an Schulen in Bayern und 450 Anlagen an
Schulen in Hessen, Niedersachsen, Nordrhein-Westfalen, Sachsen-
Anhalt, Brandenburg, Mecklenburg-Vorpommern, Schleswig-
Holstein und Bremen. Somit sind jetzt nahezu 1.000 Schulen im
Programm „Sonne in der Schule“ zusammen gefasst.
Der SeV betreut das Programm und wertet die jährlichen
Betriebsdaten der PV-Anlagen aus. Der spezifische Ertrag der
Anlagen im Gesamtgebiet vom Norden bis in den Süden lag im
Jahr 2004 bei durschnittlich 779 kWh/kWp bei einer durchschnitt-
lichen Globalstrahlung von 1.057 kWh/m2. Wegen der höheren
Globalstrahlung lag er im „Spitzenjahr“ 2003 bei 892 kWh/kWp.
Hierunter ist die in das lokale Niederspannungsnetz eingespeiste
elektrische Energie zu verstehen.
Die meisten Anlagen lagen 2004 im Bereich 800 - 850 kWh/kWp,
gegenüber im Vorjahr 900 - 950 kWh/kWp. Gründe, dass Anlagen im
Bereich 0 - 500 kWh/kWp liegen, sind nach der Erfahrung oft Ver-
schattungen und Defekte der Wechselrichter. Anlagen mit hohen
Erträgen über 900 kWh/kWp sind intensiv betreut. Ihr Standort weist
gute Globalstrahlungswerte auf und die Module sind gut hinterlüf-
tet. Letzteres ist wichtig, denn photovoltaische Solargeneratoren
zeigen mit steigender Temperatur schlechtere Erträge.
Als Hauptfehlerquellen bei PV-Anlagen aus dem Programm, die
keine oder nur sehr niedrige Erträge liefern, konnten ausgemacht
werden: Defekte Wechselrichter, Abschattung, Korrosion in Modul-
anschlussdosen, Marderverbiss der Modulverkabelung, nicht fach-
gerechte Verlegung der Solarkabel. Die meisten Fehlerquellen
hätten durch eine regelmäßige Überprüfung der Anlage frühzeitig
behoben werden können.
Anlage Ehor
Emod
SG
WR
Sys
PR Ertrag kWh/m2 kWh/m2 % % % % kWh/KW
p
Hannover 782 980 10,1 91,9 9,3 71,9 761Kassel 918 1.148 9,6 88,5 8,5 71,5 820Beelitz 799 954 9,3 88,5 8,2 63,6 607Kulmbach k. Mess. 1.127 10,2 87,5 8,9 69,2 942München k. Mess. 1.176 10,5 87,8 9,2 71,1 920
Abkürzungen: Ehor
= Einstrahlung horizontal Sys
= Systemwirkungsgrad E
mod = Einstrahlung in Modulebene PR = Performance Ratio
SG
= Wirkungsgrad Solargenerator
WR = Wirkungsgrad Wechselrichter
1-kW-PV-Anlagen „Sonne in der Schule“ (Fotos: IBB Solar)
Intensiv vermessene Anlagen aus „Sonne in der Schule“Einflussgrößen für den Ertrag der PV-Anlage
Einige PV-Anlagen aus „Sonne in der Schule“ werden im Auf-trag des SeV vom Fraunhofer Institut Solare Energiesysteme intensiv vermessen, d. h. alle Daten werden täglich ermittelt und monatlich ausgewertet.
• Broschüre
„Strom aus Sonnenenergie –
Vertrags, Steuer-, Förderfragen“
• Broschüre
„Genehmigung von Photovoltaik-
Anlagen –
Ein Leitfaden zum Baurecht“
• Broschüre
„Solarstrom aus der Gebäude-
hülle – Ein Zukunftsthema für
Bauherren, Architekten und
Planer“
Die Broschüren können als
Einzelexemplar kostenlos über
den Solarenergieförderverein
Bayern bezogen werden. Größere
Stückzahlen können gegen eine
Schutzgebühr zzgl. Versand-
kosten erworben werden.
• Betreuung des rd. 1.000 Schulen
in ganz Deutschland umfassen-
den Programms „Sonne in der
Schule“
• Finanzielle Unterstützung der 2. Photovoltaikanlage „Sonnen
Dach Messe München“
• Durchführung von Wettbewerben zur PV-Gebäudeintegration
• Studie „Photovoltaik und Architektur – PV-Einsatz im Gebäude-
bestand“
• PV-Anlage für eine Krankenstation in Nepal
• Unterstützung der Aktion „Solarberatungs-Checks“
• Workshop „Langzeiterfahrungen mit netzgekoppelten PV-
Anlagen“
• Workshop „Wechselrichter für die Photovoltaik“
• Workshop „Kostenreduzierung bei der Montage von Photo-
voltaikanlagen“
• Workshop „PV – Technik und Architektur“
• Untersuchung zur „Degradation von PV-Modulen“
• Förderung der Programme „Fit for Biogas“ und „BioGuard“
• Unterstützung von Messwertübertragungs- und -verarbeitungs-
systemen
• Förderung von innovativen PV- und Solarkollektoranlagen
(u. a. Rauschbergbahn, Krankenhaus Donaustauf, Europaschule
Cottbus)
• Projekt „Solare Bauleitplanung“: Erarbeiten von Planungs-
unterlagen für Kommunen
• Untersuchung „Solar angetriebener Stirlingmotor“
• Untersuchung zur Reduktion des Eigenstromverbrauchs von
Biogasanlagen
Auf der Homepage des Solarenergieförderverein Bayern
http://www.sev-bayern.de
können weitere Informationen über die Förderaktivitäten
eingesehen werden.
Projekte des SeV –Beispiele
Genehmigung von Photovoltaik-Anlagen
Ein Leitfaden zum Baurecht
München
Frankfurt
Berlin
Hamburg
Impressum
HerausgeberSolarenergieförderverein Bayern e. V.
Büro
Elisabethstr. 34
80796 München
Tel.: 089/27813428
Fax: 089/2710156
E-mail: [email protected]
Internet: www.sev-bayern.de
Bundesverband Solarwirtschaft e. V.
(BSW)
Energieforum
Stralauer Platz 34
10243 Berlin
Tel.: 030/2977788-0
Fax: 030/2977788-99
E-mail: [email protected]
Internet: www.bsw.de
RedaktionProf. Dr.-Ing. Gerd Becker
Dipl.-Soz. Stefan Küßner
Joachim Ogorek, M. A.
Dipl.-Phys. Gerhard Stryi-Hipp
Dipl.-Ing., Dipl. Wirtsch.-Ing. Walter Weber
Gesamtkonzeption, ProduktionFP-Werbung F. Flade GmbH & Co. KG
Realisation: Fabian Flade, M. A.
E-mail: [email protected]
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Jede Verwertung außerhalb der Grenzen
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des Herausgebers unzulässig.
© 2006
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Garantie hinsichtlich der Richtigkeit
und Genauigkeit der Angaben gegeben
werden.
1. Aufl. 02/06
Gedruckt auf chlorfrei gebleichtem
Papier
Am 19. November 1997 wurde auf der Messe München
die damals weltweit größte Photovoltaik-Aufdachanlage
in Betrieb genommen. Mit einer Spitzenleistung von 1.016
Kilowatt speist das Solardach München-Riem jährlich bis zu
1 Mio. Kilowattstunden in das Netz ein, die nach dem EEG
vergütet werden.
Die Gesamtinvestition von rd. 7 Mio. EUR wurde zur Hälfte
von E.ON Energie (damals Bayernwerk) getragen. Je 10 %
kamen von Siemens, den Stadtwerken München und vom
Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung
und Technologie. Das Bayerische Wirtschaftsministerium
förderte 20 % des Projektes.
Die Anlage wird von den Stadtwerken München für die
Solardach München-Riem GmbH (SMRG) betrieben.
Ein Großteil der Stromerlöse aus der Anlage (Betriebs- und
sonstige Anlagekosten werden von der SMRG einbehalten)
fließt dem Solarenergieförderverein Bayern e. V. zu, dem
das Eigentum von E.ON Energie und Siemens an der Anlage
übertragen wurde.
Mit dem Geld leistet der von E.ON Bayern betreute gemein-
nützige Verein einen laufenden Beitrag zur Fortentwicklung
und Markteinführung erneuerbarer Energien.
BezugsmöglichkeitDie Broschüre kann als Einzelexemplar kostenlos beim
Solarenergieförderverein Bayern e. V. bezogen werden (am
einfachsten im Internet unter www.sev-bayern.de); mehrere
Exemplare gegen eine Schutzgebühr zzgl. Versandkosten.