Photovoltaik Tirol: Preise, Speicher und Förderungen

Der Begriff Photovoltaik bezeichnet die direkte Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Daher auch der Name, der sich aus dem griechischen Wort phos für ‚Licht‘ und der Einheit für elektrische Spannung ‚Volt’, nach Alessandro Volta benannt, zusammensetzt.

Um Strom zu erzeugen, werden mehrere Schichten mit verschiedenen chemischen Verbindungen benötigt. Das Grundmaterial ist in den meisten Photovoltaikzellen Silizium, das aus Sand gewonnen wird. Die Siliziumatome haben in ihrer Außenbahn 4 Elektronen und verbinden sich zu einem Gitter. Wenn Licht darauf trifft, lösen sich die Elektronen, verändern ihre Position und suchen sich neue Außenbahnen. Da aber immer gleich viele Elektronen, wie Leerstellen vorhanden sind, verändert sich nicht viel.

Deshalb wird bei einer der Siliziumschichten Bor hinzugefügt. Es hat in der Außenbahn nur 3 Elektronen. In der anderen Schicht wird Phosphor eingebaut, das 5 Elektronen in der Außenbahn hat. Durch das Ungleichgewicht der Ladung entsteht ein Minuspol bei der Borschicht und ein Pluspol bei der Phosphorschicht. Werden nun durch die Photonen, also das Licht, Elektronen gelöst, wandern diese zur Phosphorschicht, da die Elektronen negativ geladen sind.

Außen an den Photovoltaikzellen sind elektrische Leiter angebracht, die die Elektronen aufnehmen und so fließt der Strom in den Stromkreis. Diese entstandene Gleichspannung wird mit einem Wechselrichter zu Wechselspannung umgewandelt. Die Elektrizität wird dann im Stromkreis direkt genutzt, in Akkus gespeichert, oder ans Stromnetz abgegeben.

Die Elektronen fließen am Ende wieder an die Silizium-Bor-Zelle zurück, setzten sich also wieder am Negativpol ab, um von den Photonen wieder abgespaltet werden zu können. Dieser Kreislauf wird durch Photonen im Sonnenlicht in Gang gehalten.

Wie effektiv dieser Prozess funktioniert, sagt uns die Nennleistung kWp. Dieser Wert steht für Kilowattpeak, also ‚Kilowattspitze‘, und damit wird die Spitzenleistung beschrieben, die unter idealen Einsatzbedingungen erreicht werden kann.  Je höher dieser Wert, desto effektiver ist die Solarzelle und man muss weniger Fläche bereitstellen.

Je nach genauer Technik und nach den genauen Materialien, die im Modul verbaut sind, weist die Anlage verschiedene Wirkungsgrade auf. Unter Wirkungsgrad versteht man das Verhältnis der erzeugten elektrischen Leistung zur eingestrahlten Lichtleistung. Laut einer Studie von Volker Quaschning von der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin ergibt monokristallines Silizium im Labortest maximal 25 % elektrische Leistung und polykristallines Silizium 20,4 %. Effizienter ist also das monokristalline Silizium, allerdings ist es auch etwas teurer. Um die Maximalenergie aus den Paneelen herauszuholen, muss zudem die sogenannte Verschattung möglichst niedrig gehalten werden. Die meisten Anlagen sind nämlich in Reihe geschaltet, was bedeutet, dass sie nur so viel Strom produzieren können, wie ihr schwächstes Glied. Es gibt Möglichkeiten, Leistungsoptimierer zusätzlich zu installieren, um auch hier die maximale Energie aus den einzelnen Modulen zu holen.

Wo und wie eine Solarstromanlage angebracht ist, entscheidet maßgeblich darüber, wie viele Photonen die Zellen erreichen und demnach auch wie viel Strom erzeugt werden kann. Dementsprechend ist es wichtig, die beste Ausrichtung zu wählen um den bestmöglichen Ertrag heraus zu bekommen.

Das Land Tirol stellt ein interessantes Werkzeug zur Verfügung, das Einsicht in die Sonneneinwirkung auf Dachflächen in Tirol gibt. So kann eingesehen werden, auf welchen Flächen sich eine Sonnenenergieanlage rentiert und wo nicht. Ganz grundsätzlich gilt natürlich eine südseitige Ausrichtung als besonders günstig. Der Optimalwinkel liegt bei etwa 30 bis 35°.

In den letzten Jahren hat man sich vermehrt das sogenannte Lastprofil des Verbrauchs (also zu welchen Tageszeiten man wie viel Strom verbraucht) angeschaut und dementsprechend die Photovoltaikanlagen ausgelegt. So kann es vorkommen, dass eine Ost/West ausgerichtete Photovoltaikanlage bei Gebäuden, die eher in den Morgen- und/oder Abendstunden ihren höchsten Strombedarf haben, für die Abdeckung des Verbrauchs sogar besser geeignet ist.

Das wesentliche Problem an Photovoltaikanlagen ist noch die Stromspeicherung. Da die Sonne nicht durchgängig regelmäßig scheint und somit auch nicht immer genau die Strommenge liefert, die man benötigt, braucht man entweder einen Stromspeicher, oder eine externe Stromzufuhr, womit man wieder vom Strommix des Netzwerkes abhängig ist.

Um den Solarstrom optimal zu nutzen, gibt es mehrere Möglichkeiten: man erstellt eine Inselanlage mit Akku und smarter Verbrauchssteuerung (was allerdings den Preis um ein gutes Stück anhebt. Ansonsten wird der überschüssige Strom zum Marktpreis ins Stromnetz eingespeist.