Wussten Sie schon?

Kurze und verständliche Erklärungen der Grundbegriffe aus Solarthermie und Photovoltaik finden Sie in unserem Solar-Lexikon.

Berichte aus Technik, Wirtschaft und Politik sowie Präsentationen von innovativen Anlagen und Produkten finden Sie im Solar-Magazin.



Anzeige
Solarstrom: Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen
Eine Photovoltaikanlage mit einer Gesamtleistung von 8,96 Kilowatt peak, wie abgebildet, deckt rechnerisch den Jahresstrombedarf von zwei 4-Personen-Haushalten. Foto: Sharp Electronics (Europe) GmbH.

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.

Grafik: Schematische Darstellung einer netzgekoppelten Solarstromanlage
Grafik: Schematische Darstellung einer netzgekoppelten Solarstromanlage. Quelle: LgaBW

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.

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 Stuttgart wäre beispielsweise ein Jahresertrag von durchschnittlich 3.670 kWh zu erwarten, was bei einer Einspeisevergütung von 49,21 ct/kWh (Inbetriebnahme 2007) eine Solarstrom-Jahreseinnahme von etwas über 1.800 Euro ergibt.

Eine grobe Ertragsberechnung für Solarstromanlagen plus EEG-Vergütungen bietet der PV-Rechner des Solarservers.

Wichtige Gesichtspunkte zur Planung netzgekoppelter Solarstromanlagen

Größe des Photovoltaik-Generators:

Die wichtigsten Kriterien für netzgekoppelte Solarstromanlagen sind rechtliche und ökonomische Rahmenbedingungen sowie die zur Verfügung stehenden Flächen und Investitionsmittel.Nach dem deutschen Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) gilt für Anlagen bis 30 kWp ein bereits bestehender Netzanschluss an das Grundstück für die Netzeinspeisung als ausreichend; bei größeren Anlagen kann der Anlagenbetreiber an den Kosten eines eventuell erforderlichen Netzausbaus beteiligt werden. Da ab dieser Anlagengröße zugleich die Vergütung je kWh geringfügig sinkt, werden auf Privathäusern nur selten größere Anlagen installiert; zudem würde für eine Anlage dieser Größe immerhin eine Aufstellungsfläche von rund 300 m² benötigt.

Eine Photovoltaikanlage kann die komplette Dachfläche einnehmen; das abgebildete Solardach (233 Quadratmeter) hat eine Spitzenleistung von 24,2 Kilowatt (kWp). Foto: Hieronimi regenerative Energien GmbH.

Flächenbedarf der Solarmodule:

Mit den heute noch immer überwiegend eingesetzten Modulen aus kristallinen Siliziumsolarzellen wird je kWp installierter Leistung eine Aufstellungsfläche zwischen etwas über 7 m² (monokristralline Zellen) und 10 m² (polykristalline Zellen) benötigt.Dachflächen, die sonst nicht genutzt werden können, sind der kostengünstigste Aufstellungsort für Photovoltaikanlagen, vor allem nach Süden gerichtete Schrägdächer mit Neigungswinkeln zwischen 30 ° bis 37°.

Denkmalschutz und Photovoltaik sind vereinbar: Solarstromanlage auf einem Kirchendach in Carlow, 50 m²-Modulfläche; 5 kWp.

Genehmigung, Statik:

In Deutschland sind die Bauordnungsämter für die Genehmigung von Solarstromanlagen zuständig. In den meisten Bundesländern bedürfen auf Dächern oder an der Fassade errichtete Anlagen keiner Genehmigung; örtliche Bebauungspläne oder Gestaltungsvorschriften (Denkmalschutz in Altstädten) können eine besondere Genehmigungspflicht begründen.

Ausrichtung und Solarstrom-Ausbeute:

Um einen möglichst senkrechten Einfall der Sonnenstrahlen auf die Modulfläche zu gewährleisten, sollte die Anlage so genau wie möglich nach Süden ausgerichtet und in einem ortsabhängigen Neigungswinkel aufgestellt werden (z.B. 33° in der Gegend von Basel, 37° bei Flensburg). Der ideale Neigungswinkel ist für PV-Anlagen niedriger als bei solarthermischen Anlagen, da letztere auf die Übergangszeiten Frühjahr und Herbst optimiert werden, die PV-Anlage jedoch auf den Gesamtjahresertrag.

Hierbei spielen neben dem Einfallswinkel der Sonne auch der "Azimutwinkel" und der Neigungswinkel der Module bzw. Kollektoren eine Rolle. Der Azimutwinkel (β, im Bild rechts) gibt an, wie viel Grad die Flächen von Modul oder Kollektor von der exakten Südausrichtung abweichen. Der Neigungswinkel (α) betrifft die Abweichung von der Horizontalen. Untersuchungen belegen, dass Solaranlagen mit einem Azimutwinkel von etwa 0° und einem Neigungswinkel um 30° optimal ausgerichtet sind. Doch kleinere Abweichungen sind nicht unbedingt problematisch: Bei der Orientierung nach Südost oder Südwest können noch immer rund 95 % der möglichen Ernte eingefahren werden.

Bei freistehenden Anlagen kann der Modulertrag durch Nachführsysteme (Solar-Tracker) optimiert werden.

Zur effektiven Nutzung der Sonnenstrahlung werden Module und Kollektoren so ausgerichtet, dass die solare Ernte möglichst groß ausfallen kann.
Installation der Wechselrichter einer netzgekoppelten PV-Anlage mit 123 Kilowatt Spitzenleistung. Foto: IPDAD

Wechselrichter:

PV-Anlagen erzeugen Gleichstrom, der über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden muss, um in das Netz eingespeist werden zu können. Netzgeführte Wechselrichter übernehmen automatisch die Abstimmung an die exakten Spannungs- und anderen Werte des Netzes.

 

Der Wechselrichter hat die PV-Anlage zugleich so zu führen, dass sie jeweils am Punkt ihrer maximalen Leistung (Maximum Power Point; MPP) betrieben wird, an dem das höchste Produkt aus Strom und Spannung erreicht wird.

Dieser MPP schwankt während des Betriebs in einem Intervall, das von der jeweiligen Bestrahlungsstärke, der aktuellen Zelltemperatur und dem Typ der Solarzellen abhängt. Ein guter und richtig dimensionierte Wechselrichter ist daher mit entscheidend für den Gesamtertrag der Anlage. Über die Grundbegriffe zu Solarstrom und Solarwärme informiert das Solar-Lexikon des Solarservers.

 

Anzeige:

Im Onlineshop des Solarservers finden Sie hochwertige, nützliche und schöne Produkte zur Nutzung der Sonnenenergie.
Per Mausklick erhalten Sie detaillierte Produktbeschreibungen.

Fachbücher Photovoltaik (amazon)