1. Erneuerbare Energie Photovoltaik

Die weltweite Nachfrage an Energie ist in den letzten Jahren extrem angestiegen. Im Gegenzug dazu wird der Vorrat an fossilen Brennstoffen immer geringer. Dies liegt daran, dass die Weltbevölkerung stetig anwächst und immer mehr Menschen den Luxusartikel Strom nutzen wollen.

Diagramm: Erneuerbare Energien Weltweit

[4]

In diesem Schaubild sieht man die Verhältnisse der Verfügbarkeit von verschiedenen Energieformen. Der Kasten rechts unten in der Ecke stellt im Verhältnis dazu den jährlichen Energieverbrauch dar. Wie man sieht, würden auch schon Windenergie, Wellenenergie oder Biomasse mehr als ausreichen, um den globalen Energiebedarf zu decken. Die meiste Energie ließe sich aber durch die auf die Erde einstrahlende Energie gewinnen.

In gewissem Sinne nutzen wir diese Energie ja auch bereits, da auch fossile Brennstoffe nichts anderes als gespeicherte Sonnenenergie sind. Das Problem dabei ist aber die zur Regeneration notwendige Zeit. Deshalb müssen wir dazu übergehen Sonnenenergie direkter zu nutzen. Dies kann auf zwei verschiedene Weisen geschehen. Auf der einen Seite kann man die Wärme der Sonne dazu nutzen um Wasser zu erhitzen und die so entstandene Wärmeenergie zu verarbeiten (Solarthermie) oder man kann den photovoltaischen Effekt nutzen um Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umzuwandeln.[5]

Der Unterschied dieser Energieformen ist, dass Wärmeenergie nur nutzbar ist, wenn sie wärmer ist als die Umgebung. Elektrische Energie dagegen lässt sich immer in nutzbare Arbeit oder Wärme umwandeln. Das einzige Problem bei dieser ist, dass sie sich nicht direkt speichern lässt. Um elektrische Energie zu speichern ist die Umwandlung in eine andere Energieform (bei Batterien in chemische Energie) unumgänglich.

Mit der Energiegewinnung aus der Sonne ist es allerdings nicht mehr empfehlenswert Energie in großen Kraftwerkkomplexen zu erzeugen. Diese neue Form der Energiegewinnung erfordert eine neue Denkweise. Die dezentrale Erzeugung. Hier gibt es anstatt einem Kraftwerk und langen Übertragungswegen viele kleine Anlagen, die für einen bestimmten Teil des Netzes, ihren Strom zur Verfügung stellen.[6]

Auch die Leistungsfähigkeit einer Photovoltaikanlage stellt hier kein Problem dar. Wenn man davon ausgeht, dass der jährliche Strombedarf der Bundesrepublik Deutschland etwa 500 Milliarden kWh im Jahr beträgt und ein PV-Modul von einem Quadratmeter Größe etwa 100kWh im Jahr liefert, so sähe die Rechnung für die benötigte Modulfläche folgendermaßen aus:

2. Allgemeines

2.1 Der Photovoltaische Effekt

Der photovoltaische Effekt basiert auf dem p-n Übergang und beschreibt die grundsätzliche Funktion einer Solarzelle. Der genaue Prozess lässt sich am einfachsten mit Hilfe einer Siliziumsolarzelle erklären.

Eine Siliziumzelle besteht aus mehreren Schichten hochreinem (99,99 % reinen) Silizium. Bei der Produktion solcher Zellen werden die einzelnen Schichten in einem speziellen Prozess gezielt mit Fremdatomen verunreinigt. Man nennt das Dotierung.

Periodensystem der Elemente

[8]

Silizium ist ein 4-wertiges Element. Dies wird durch seine äußeren Elektronen (Valenzelektronen) bestimmt. Im Periodensystem der Elemente befindet es sich deshalb auch in der vierten Hauptgruppe.

Es kann sich mit vier weiteren Siliziumatomen verbinden, wodurch es zusammen mit den anderen Atomen acht Außenelektronen teilt und so chemische Stabilität erreicht (Elektronenpaarbindung). Diese Verbindung ist allerdings nur in einer bestimmten Anordnung der Atome möglich, dem so genannten Diamantgitter.

Bei der Solarzelle wird nun ein Siliziumatom durch ein 5-wertiges Element wie zum Beispiel Phosphor ersetzt. Im Diamantgitter bleibt so ein Elektron übrig und kann sich frei bewegen. Die Siliziumschicht wird negativ leitend (n-dotierte Schicht). Um eine solche Schicht zu erhalten genügt bereits ein Fremdatom auf 1.000.000 Siliziumatome.

Für eine positiv leitende Schicht (p-dotierte Schicht) wird anstelle eines 5-wertigen ein 3-wertiges Element eingebracht. Im Diamantgitter fehlt so ein Elektron, um eine stabile Struktur aufbauen zu können. Es entsteht ein so genanntes Loch, welches durch das Stabilitätsbestreben der Atome ebenfalls frei beweglich ist.[9]

Wenn wir nun die Solarzelle genau betrachten erhalten wir in etwa das folgende Bild:

Querschnitt einer Solarzelle

[10]

Wie man an diesem Bild sehen kann, bildet sich durch das Stabilitätsbestreben der Siliziumatome zwischen den verschieden dotierten Schichten eine Raumladungszone aus. Da diese durch einen Ladungsträgeraustausch entstanden ist, ist ihre Ladung als neutral anzusehen. Aufgrund der Potentialdifferenz zwischen der p-Schicht und der n-Schicht bildet sich über die Raumladungszone ein elektrisches Feld aus.

Wenn nun Licht auf die n-Schicht fällt, so dringen Photonen in die Zelle ein und wandeln ein vorher neutrales Teilchen so um, dass ein Ladungsträgerpaar (Elektronen-Loch-Paar) entsteht. Durch dass elektrische Feld in der Raumladungszone wird das Loch aus der n-Schicht gerissen und in die p-Schicht übertragen. So entsteht über die Solarzelle eine messbare äußere Potentialdifferenz. Verbindet man jetzt die beiden Schichten über einen Verbraucher, so entsteht ein geschlossener Stromkreis, welcher das Bestreben hat die Potentialdifferenz auszugleichen.[11]

Ist die Lichtintensität zu stark, so dringen die Photonen bis in die Raumladungszone vor, wo sie keine Wirkung erzielen. Ist die Intensität zu gering, so kommen die Photonen nicht nah genug an die Raumladungszone heran, um in das elektrische Feld zu gelangen. Man spricht deshalb auch von einem nutzbaren Lichtanteil (siehe Graph rechts vom Bild).

Um also eine funktionierende Solarzelle überhaupt bauen zu können, ist es notwendig die verwendeten Komponenten an das von der Sonne eingestrahlte Strahlungsspektrum anzupassen.[12]

2.2 Energiepotential und Lichtspektrum

Die von der Sonne auf die Erde eingestrahlte Leistung wird nach dem STEFAN-BOLTZMANN-Gesetz errechnet. Dieses lautet:

mit

und

sowie

rSE = 1,496 * 1011 m  ;  rE = 6,38 * 106 m  ;  TS = 5800 K

 

PS = 3,14 *(6,38 *106)2 *(21,7 *10-6) *(5,67 *10-8 W/m2*K4) *(5800 K)4 = 1,781 *1017 W


[13]

An diesem Bild soll die genaue Herkunft der einzelnen Werte für die Rechnung noch einmal verdeutlicht werden.

 

Aus der eingestrahlten Leistung ergibt sich eine jährlich eingestrahlte Energie von:


PS * 365 Tage * 24 Stunden =
1,781 *1014kW *365 *24h = 1,560 *1018 kWh


Diese Rechnungen gelten allerdings nur für den Fall einer idealen Strahlungsquelle. In der Realität wird das von der Sonne abgestrahlte Spektrum zunächst von kosmischen Kleinstteilchen verzerrt und beim Eintritt in die Erdatmosphäre durch verschiedene Gase teilweise absorbiert, so dass sich folgendes Strahlungsspektrum für die Erdoberfläche (auf Höhe des Meeresspiegels) ergibt.[14]

Spektrale Strahlungsleistungsdichte der Sonne

[15]

Auf diesem Bild sieht man zunächst die von der Sonne abgestrahlten Lichtspektren (X-Achse) im Verhältnis zu ihrer Intensität (Y-Achse). Die durchgezogene Linie stellt die so genannte Schwarzkörperstrahlung dar, also das direkt von der Sonne abgestrahlte Spektrum. Die mit AM0 (Air Mass 0) gekennzeichnete Linie steht für das Strahlungsspektrum, wie es auf die Erdatmosphäre trifft. Die mit AM 1,5g (Air Mass 1,5g, diese ergibt sich daraus, dass die Sonnenstrahlen schräg auf die Atmosphäre treffen. 1,5g ist als Mittelwert festgelegt. In der Realität ist es so, dass in Deutschland zur Sommersonnenwende AM 1,15 und zur Wintersonnenwende AM 4,12 zur Berechnung notwendig ist.) gekennzeichnete Linie stellt das Strahlungsspektrum dar, wie es auf Höhe des Meeresspiegels eintrifft. Die Täler sind zusätzlich mit den Gasen bezeichnet, welche für sie verantwortlich sind. Zum Beispiel CO2 ist zusammen mit H2O verantwortlich für die beiden Täler vor 1,5 ?m und 2,0 ?m, da es diesen Lichtanteil absorbiert.[16]

Der lokale Wert für AM x ist immer Abhängig von der geographischen Breite, Datum und Uhrzeit. Er ist also abhängig vom Sonnenstand und Einstrahlungswinkel.

Zusätzlich zum Einstrahlungswinkel und dem daraus resultierenden, verfügbaren Lichtspektrum spielt zum betreiben einer Photovoltaikanlage auch noch die Wetterlage eine gewisse Rolle (mehr dazu in Kapitel 2.4).

2.3 Aufbau und Wirkungsgrad

Beim Aufbau einer Solarzelle ist die Wahl des Materials besonders wichtig. Es muss in der Lage sein möglichst viel Licht zu absorbieren und nicht zu reflektieren. Man unterscheidet die Materialien anhand ihres optischen Absorptionskoeffizienten. Ein niedriger Absorptionskoeffizient bedeutet, dass man dieses Material besonders rein halten muss, um nutzbare Wirkungsgrade zu erhalten muss die Zelle aus sehr vielen Schichten aufgebaut sein. Bei einem hohen Absorptionskoeffizienten dagegen, kann die Zelle aus weniger reinem Material bestehen oder in dünneren Schichten verwendet werden um den gleichen Wirkungsgrad zu erzielen.[17]

Am weitesten verbreitet sind Solarzellen aus Silizium in mono- oder polykristalliner Form oder als amorphes Silizium bei Dünnschichtzellen. In der Raumfahrttechnik finden aber auch Zellen aus Galliumindiumphosphid, Galliumarsenid und Germanium häufig Verwendung. In verschiedenen Versuchslaboratorien experimentiert man auch mit Zellen aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid.[18]

2.3.1 Kristalline Siliziumzellen

27% der Erdkruste besteht aus Silizium, dadurch ist dieses in seiner Verfügbarkeit am wenigsten eingeschränkt. Weiterhin entspricht seine Bandlücke nahezu dem Optimum für die Wandlung von solarer Strahlung und es ist ungiftig für den Menschen.[19]

Andere Halbleitermaterialien wie Indium, Gallium, Tellur oder Selen sind dagegen sehr selten. Da diese noch dazu beim Bau von LCD Bildschirmen und Leuchtdioden verwendet werden kommen sie beim Bau von Solarzellen eher weniger zur Verwendung.[20]

Im Moment bestehen etwa 30 % aller in Betrieb befindlichen Solarzellen aus monokristallinem Silizium und etwa 60 % aus polykristallinem Silizium.

Kristallines Silizium wird aus Quarzsand gewonnen, für die Weiterverarbeitung zu Solarzellen wird es in speziellen Öfen auf einen Reinheitsgrad von 98% gebracht. Nach anschließender Anwendung des Siemens-Prozesses ist das Silizium zu nahezu 100% rein. Dieses Silizium wird anschließend zu Einkristallstäben gezogen und in 0,3mm dicke Scheiben zersägt (sog. Wafer). Diese können nun sowohl in der Computerindustrie, als auch zum weiterverarbeiten zu monokristallinen Siliziumzellen verwendet werden. Bei der Herstellung von polykristallinen Zellen entfällt der Prozess der Herstellung von Einkristallstäben. Diese sind dadurch billiger in der Herstellung, erreichen aber einen geringeren Wirkungsgrad.[21]

Monokristalline Zelle Polykristalline Zelle
monokristalline Zelle polykristalline Zelle

[22]

Silizium, welches zur Herstellung von Solarzellen geeignet ist, wird mit Hilfe der carbothermischen Reduktion von Quarzsand gewonnen.

Schema eines elektrischen Lichtbogen Ofens

[23]

Dieses Bild zeigt den Prozess, bei dem Quarzsand (SiO2) zusammen mit Kohle in einem Lichtbogenofen bei etwa 1600°C eingeschmolzen wird.

Dabei kommt es zu folgender Elementarreaktion:

SiO2 + 2C + 14 kWh/kg-Si à Si + 2 CO


Das hier entstandene flüssige Silizium ist zu 98 % rein von Fremdstoffen.[24]

Nach der Anwendung von verschiedenen Destillationsverfahren und Säurebehandlungen, ist das Silizium zu fast 100 % rein und kann zu polykristallinen Solarzellen weiterverarbeitet werden.

Um monokristallines Silizium zu erhalten kommen zwei verschiedene Verfahren zur Anwendung.

Entweder es wird direkt aus einem Schmelztiegel mit hochreinem Silizium gezogen (Czochralski-Verfahren) oder man führt polykristallines Silizium durch ein Heizelement, wo seine Kristallstruktur mit einem Hochfrequenzgenerator neu angeordnet wird.[25]

[26]

Diese Bilder zeigen die Herstellungsverfahren von monokristallinem Silizium.

Kristalline Siliziumzellen haben eine relativ schlechte Absorptionsfähigkeit. Dadurch müssen sie vergleichsweise sehr dick hergestellt werden. Um die Absorptionsfähigkeit einer Solarzelle zu erhöhen wird diese üblicherweise mit einer Antireflexionsschicht versehen. Im Normalfall besteht diese aus Titandioxid. Bei Siliziumzellen lässt sich so der Reflektionsanteil von 30% auf 10% verringern. (Bei 90%iger Absorption würde eine Materialdicke von 0,1 mm benötigt.) Durch diese Beschichtung erhält die Solarzelle auch ihre dunkelblaue bis schwarze Farbe.[27]

Die erste Siliziumsolarzelle stammt aus dem Jahr 1954 und wurde von der amerikanischen Firma Bell produziert. Seit 1964 kommen Solarzellen auch im Weltraum zum Einsatz. Unter diesen Extrembedingungen kann es durch Sonnenwinde zu Fehlern im Halbleitermaterial kommen. Man nennt dies radiation damage.[28]

2.3.2 Amorphe Siliziumzellen

In den achtziger Jahren begann man sich mit dem Problem zu beschäftigen, dass konventionelle Solarzellen aus Silizium zu teuer und zu schwer für den alltäglichen Einsatz sind. Eine Lösung erhoffte man sich in der Dünnschicht-Solarzelle aus amorphem Silizium.

Der Unterschied einer Dünnschichtzelle zu einer konventionellen Solarzelle ist, dass sie nicht aus massivem Halbleitermaterial besteht, sondern als eine Halbleiterschicht auf einem Trägermaterial wie zum Beispiel Glas aufgebaut ist.

Amorphes Silizium besitzt keine Kristallstruktur und nur bei einer Nahbereichsbetrachtung lässt sich eine Ordnung in der atomaren Struktur erkennen. Amorphes Halbleitermaterial wird in gasförmigem Zustand zusammen mit Fremdatomen auf ein Trägermaterial aufgetragen, wodurch sich die Dotierung von alleine ergibt. Der Vorteil sind die relativ geringen Produktionskosten solcher Zellen. Der Nachteil ist dass bei größeren Modulflächen Schwankungen im Wirkungsgrad auftreten, weshalb amorphes Silizium vorwiegend in Taschenrechnern und Armbanduhren zum Einsatz kommt. [29]

Amorphe Zelle
Amorphe Zelle

[30]

Für die Herstellung dieser Zellen wird bei vermindertem Druck unter einem elektrischen Feld eine gasförmige Siliziumverbindung zersetzt. Das Silizium schlägt sich meist zusammen mit Wasserstoff auf dem Trägermaterial nieder. Der Wasserstoff sättigt dabei freie Verbindungen und stabilisiert damit das Material. Die Dotierung erfolgt hierbei durch die Zugabe von Phosphin (PH3) und Diboran (B2H6). Der Schichtaufbau ergibt sich beim Niederschlag von selbst.

Ein weiterer Vorteil ist, dass sich als Trägermaterial sowohl Metallfolien als auch Glas eignen. Dadurch ist es möglich Zellen aus mehreren Schichten mit verschiedenen spektralen Empfindlichkeiten herzustellen und so höhere Wirkungsgrade zu erzielen. [31]

Produktionsschritte einer amorphen Siliziumzelle

[32]

Dieses Bild zeigt die einzelnen Produktionsschritte einer amorphen Siliziumzelle.

2.3.3 Kupfer-Indium-(Gallium-)Diselenidzellen

Bei Solarzellen aus Kupfer-Indium-(Gallium-)Diselenid handelt es sich ebenfalls um Dünnschichtzellen. Mittlerweile gibt es verschieden Produktionsanlagen dieser Zellen (Fa. Würth, Fa. Sharp). Die Besonderheiten dieser Zellen sind zum einen, dass sie eigenleitend sind, also nicht dotiert werden müssen und zum anderen, dass der Bandabstand von der Galliumkonzentration im Material abhängig ist und so an das lokal häufigste Farbspektrum angepasst werden kann.[33]

Im Gegensatz zu Zellen aus Silizium decken diese ein viel größeres Spektrum ab.

 

 

Spektrum einer amorphen Siliziumzelle

[34]

Auf der linken Graphik sieht man das Lichtspektrum, welches von Silizium als Halbleitermaterial abgedeckt werden kann. Im Vergleich dazu zeigt die rechte Graphik die Bandlücke von Gallium. Wie man sieht reicht diese bis über eine Wellenlänge von 1500 nm hinaus. Dafür lässt sich die Intensität der Strahlung mit Silizium besser ausnutzen.

Der Nachteil dieser Dünnschichtzellen ist, dass als Halbleiterschicht auch Cadmiumsulfid verwendet wird. Da dies hochgiftig ist, ist die Serienproduktion erst möglich wenn andere Materialien hierfür gefunden worden sind. Der im Labor erreichte Wirkungsgrad beträgt  ca.15 %.[35]

Kupfer-Indium-Gallium-Diselenidzelle
Kupfer-Indium-Gallium-Diselenidzelle

[36]

Bei diesem Zellentyp sind allerdings noch keine Kostenvorteile gegenüber Siliziumzellen erkennbar, was größtenteils an der Seltenheit von Indium liegt.

2.3.4 Galliumindiumphosphid, Galliumarsenid und Germanium Zellen

Die höchsten Wirkungsgrade werden zur Zeit in der Raumfahrttechnik mit Galliumindiumphosphid, Galliumarsenid und Germanium Zellen erreicht. Genau wie Siliziumzellen gehören auch sie zu den III-V Verbindungshalbleitern. Das heißt sie sind mit Elementen der Hauptgruppen III und V dotiert.

Diese Zellen haben einen sehr aufwendigen aber effektiven Aufbau. Es handelt sich hierbei um Konzentrator-Photovoltaik-Systeme. Dies funktioniert folgendermaßen: Das einstrahlende Sonnenlicht wir mit Hilfe von Linsen gebündelt und auf sehr kleine Solarzellen projiziert. Diese Zellen bestehen aus drei Schichten aus den jeweils oben genannten Materialien. Jede Schicht absorbiert ein bestimmtes Lichtspektrum und ist für die anderen durchlässig.

Die Produktion ist kompliziert und kostenaufwendig, das verwendete Material aber sehr leicht. Der Wirkungsgrad kann bei bis zu 35 % liegen, wodurch sich diese Zellen ideal zur Verwendung im Weltraum eignen.[37]

Auch auf der Erde könnten Konzentratorzellen eingesetzt werden. Die Concentrix Solar GmbH hat dazu das FLATCON®-Modul entwickelt. Dieses besteht aus einer Glasbox, an deren Oberseite 4 Quadratzentimeter große Linsen das Sonnenlicht um den Faktor 500 konzentrieren. Und auf an der Unterseite angebrachte Solarzellen lenken.

[38]

Der Nachteil hierbei ist, dass die FLATCON®-Module mit einem Tracker exakt nachgeführt werden müssen, um den konzentrierten Lichtkegel immer in der Mitte der Zellen zu halten.

Eine Kostenanalyse hat ergeben, dass sollte die Concentrix Solar GmbH Erfolg haben, könnte an den richtigen Standorten in Spanien ein Kostenvorteil von 15 % gegenüber normalen Siliziumzellen entstehen. Und in den Wüsten Nordafrikas und den USA sogar bis zu 20 %.[39]

2.3.5 Weitere Konzepte

Weitere in der Entwicklung befindliche Zellentypen sind die Dünnschichtzelle aus Cadmium-Tellurid, welche ebenfalls das Problem des giftigen Cadmium mit sich bringt.

Und die Farbstoffzelle aus Titandioxid. Diese soll sehr kostengünstig werden, kann aber noch nicht mit hohen Wirkungsgraden überzeugen. Durch ihre transparente Form könnte sie allerdings auf ganz neue Arten der Gebäudeintegration eingesetzt werden.[40]

Material Wirkungsgrad im Labor Wirkungsgrad auf dem Markt
Monokristallines Silizium 25% 13-16%
Polykristallines Silizium 20% 12-14%
Amorphes Silizium 14% 6-8%
Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid 15%  
Galliumindiumphosphid, Galliumarsenid, Germanium 35%  
Cadmium-Tellurid 16% 8%
Farbstoffzelle 5%  

[41]

2.4 Ausrichtung und Neigung

Zum Aufbau einer Solaranlage ist es besonders wichtig, den richtigen Ort für diese zu kennen. Die Falsche Ausrichtung oder Neigung kann sich sehr negativ auf den Gesamtertrag der Anlage auswirken. Ebenfalls wichtig ist es zu beobachten, wie die Schatten in der Umgebung auf die Anlage fallen würden. Schon ein paar wenige verdeckte Module können die Leistung einer Anlage erheblich senken. Je nach Verschaltung der Zellen kann es sein, dass die Gesamtanlage weniger Spannung liefert als berechnet, da einzelne Module im Schatten liegen.

Zum Bau von größeren Anlagen sollte aber erst einmal der ideale Ort für die Platzierung gewählt werden. Die idealen Positionen für leistungsstarke Anlagen sind überall dort, wo eine hohe Globalstrahlung vorliegt.

 

Auf der Tabelle sind ein paar Mittelwerte für die jährliche Globalstrahlung in verschiedenen Städten weltweit angegeben. Für eine Anlage in Deutschland kann man auf speziellen Karten, die man zum Beispiel bei den Herstellern von Solarmodulen einsehen kann, die Intensität der Globalstrahlung ablesen.

[42]

Karte: Globalstrahlung in Deutschland
Globalstrahlung in Deutschland (2005)

 

Hier in Deutschland wären die besten Positionen also in Baden-Württemberg und Bayern aber auch in Sachsen, Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern wird sich eine Solaranlage lohnen. (Die angegebenen Werte entsprechen der jährlichen Einstrahlung pro m2.)

Um jetzt noch den idealen Energieertrag nutzen zu können, kann mit einem Sonnenbahnanalysator ein charak- teristischer Tagesverlauf erstellt werden, anhand dessen sich die beste Ausrichtung bestimmen lässt. Hier können auch Hindernisse berücksichtigt und deren Einfluss ausgewertet werden.

Weiterhin gibt es noch verschiedene Simulationspro- gramme, welche die Möglichkeit bieten Verschattungen in einem Leistungsdiagramm der Anlage mit zu berechnen.[44]

Eine andere Möglichkeit ist es, vorgefertigte Neigungs- diagramme zu benutzen. Stehen Hilfsmittel wie ein Sonnenbahnanalysator nicht zur Verfügung, so gibt es für bestimmte Gebiete geltende Neigungsdiagramme anhand derer sich die prozentuale Minderung der Idealeinstrahlung anhand von Ausrichtungs- und Neigungswinkel bestimmen lässt.[45]

[43]

Diagramm: Leistungseinbußen
[46]

An diesem Diagramm kann man die Leistungseinbußen durch die Abweichung von der Idealausrichtung in Deutschland ablesen. Auf dem äußeren Ring lässt sich die Ausrichtung in Himmelsrichtungen ablesen. Die weißen Kreise stehen für die Neigung der Solarzellen und die bunten Flächen für die prozentuale Ausbeute.

Die Ideale Ausrichtung für eine Solarzelle in Deutschland ist genau Südlich bei einem Neigungswinkel von 37°. Wäre die Ausrichtung zum Beispiel genau östlich bei einer Neigung von 50° (das liegt im pinkfarbenen Bereich) so kann man nur noch mit einer Ausbeute von 70% vom Idealwert rechnen.

Ebenfalls zu beachten ist, dass Module mit einer Neigung von unter 30° stärker zu Verschmutzungen neigen. Bei über 30° spricht man von einem ausreichenden Selbst- reinigungseffekt durch Regen. Das heißt Verschmutzung hat auch auf längere Zeit keine Ertragsminderung von über 2 % zur Folge. Weiterhin sollte beachtet werden, dass durch die Reinigung der Module keine Personen gefährdet werden. Auch das Befreien der Anlage von Schnee ist nicht unbedingt notwendig, da die Erträge im Winter ohnehin geringer ausfallen.[47]

2.5 Montagemöglichkeiten

Zur Montage einer Photovoltaikanlage gibt es verschiedene Möglichkeiten. Da nicht jede Dachfläche nach Süden ausgerichtet ist, ist die Flexibilität der Montagemöglichkeiten die einzige Möglichkeit die höchstmögliche Effizienz aus einer Photovoltaikanlage zu erhalten.

2.5.1 Steildachmontage als dachparallele Aufständerung

Schema einer Steildachmontage als dachparallele Aufständerung

Die Aufdach-Montage eignet sich besonders für nach Süden ausgerichtete Dächer. Da bei dieser Methode die Solarzellen mit Hilfe von speziellen Dachhaken befestigt werden, und so nur ein paar Dachziegel entfernt werden müssen, ist sie auch für ältere Häuser sehr geeignet. Deshalb ist sie auch die häufigste Installationsmethode für Solarzellen.

[48]

Ein Haus mit einer PV-Anlage
[50]

Die Module einer solchen Anlage sind im Normalfall in einem Abstand von etwa fünf bis zehn Zentimetern parallel zur Dachfläche befestigt. Die Eindeckung bleibt darunter erhalten und eine Hinterlüftung der Module sorgt für die notwendige Wärmeabfuhr.

Auf das Dach selbst hat das Gewicht der Anlage meist keinen großen Einfluss. Solarzellen sind relativ leicht und auch die Schneebelastung kann nicht größer werden als ohne die Anlage. Der einzige Nachteil dieser Montage ist dass durch Wind ein Sog entstehen kann, der an den Modulen zieht. Dadurch kann nicht die gesamte Dachfläche für eine solche Anlage genutzt werden, da ein Sicherheitsbereich am Rand eingehalten werden muss.

Ist die Befestigung mit Dachhaken bauartbedingt nicht möglich, können auch spezielle Dachziegel mit Halterungen verwendet werden.

Auf den angebrachten Befestigungspunkten wird nun eine Aluminiumschiene montiert, an der die einzelnen Module befestigt werden können. Dadurch ist der Arbeitsaufwand zur Befestigung der Anlage relativ gering und kann mit wenigen Werkzeugen durchgeführt werden.[49]

2.5.2 Steildachmontage als dachintegriertes System

Schema einer Steildachmontage als dachintegriertes System

Die Indach-Montage wird im Normalfall bei Neubauten angewandt. Die Module werden hierbei direkt in die Dachfläche integriert. Bei Altbauten müsste ein großer Teil der Dachfläche geöffnet werden um eine solche Anlage betreiben zu können.

[51]

In Dachziegel integrierte Solarzellen
[53]

Da ein dachintegriertes System in die geöffnete Dachfläche eingesetzt wird, muss hier sehr genau gearbeitet werden um das Dach dicht zu halten. Für Windverwirbelungen ist diese Montageart nicht anfällig. Der größte Nachteil ist, dass man spezielle Befestigungsrahmen braucht um die Module ausreichend zu hinterlüften und eine Überhitzung zu vermeiden. Ebenfalls sollte beachtet werden, dass die verwendeten Module zu den Dachziegeln passen damit das Dach dicht bleibt und eine bestimmte Anzahl Ziegel ersetzt wird. Wenn Es nötig ist Ziegel zuzuschneiden um die Module in die Dachfläche zu integrieren ist das Modul nicht für die Verwendung mit diesen Dachziegeln geeignet. Passende Systeme werden aber auch häufig von den Dachziegelherstellern selbst angeboten.

Eine weitere Möglichkeit der dachintegrierten Installation bieten auch so genannte Solardachziegel. Bei diesen handelt es sich um normale Dachziegel mit kleinen Solarzellen in der Mitte.[52]

Der Hauptvorteil von dachintegrierten Systemen ist, dass alle Verkabelungen unter dem Dach angebracht sind und so sowohl wartungsarm als auch leicht zu erreichen sind.

2.5.3 Flachdachmontage

Die Flachdachmontage bietet alle Vorteile, die man für die ideale Ausrichtung einer Solaranlage nutzen kann. Man benötigt zwar eine spezielle Tragkonstruktion, um den Neigungswinkel bei idealen 37° zu halten, aber dafür ist eine exakte Südausrichtung möglich, wodurch die Sonneneinstrahlung hier am effizientesten genutzt werden kann.

Schema einer Flachdachmontage
[54]

Auf Verschattungen sollte hierbei allerdings besonders geachtet werden. Da Flachdächer meist nicht sehr hoch sind kommt es hier öfter vor, dass Bäume oder andere Gebäude die Modulflächen verschatten. Auch sollte hier ein Abstand zwischen den Modulreihen unbedingt eingehalten werden, da diese sich, vor allem im Winter, gegenseitig verschatten. So also auch bei Flachdächern nicht die gesamte Dachfläche genutzt werden kann.

Eingesetzt wird diese Montageart meist bei Gebäuden, deren Dachfläche nicht nach Süden ausgerichtet ist und so zum Beispiel die Garage mit ihrem Flachdach die einzige Möglichkeit der Südausrichtung bietet.

Bei der Flachdachmontage wird zu dem das genutzte Dach sehr viel stärker belastet. Die Modulreihen bieten meist viel Angriffsfläche für Wind, weshalb sie besonders stark verankert werden müssen. Im Gegensatz zu Steildächern besteht hier außerdem die Gefahr der höheren Schneelast.

Bei Flachdächern ist auch eine dachintegrierte Installation möglich. Einzelne Hersteller bieten bereits die entsprechenden Systeme an. Der Nachteil hierbei ist, dass ein Dachintegriertes System an einem Flachdach keine oder kaum Neigung aufweist und deshalb leichter verschmutzt.[55]

2.5.4 Solarfassade und Verschattung

Weitere Möglichkeiten für die Südausrichtung einer Anlage, wenn das Dach selbst nicht nach Süden weist bieten die Solarfassade oder die Verschattung.

Schema einer Solarfassade
Schema einer Verschattung

[56]

Die Solarfassade hat einen großen Nachteil, was den Neigungswinkel betrifft. Sie hat immer eine Neigung von 90° weshalb sie immer möglichst genau nach Süden ausgerichtet werden sollte.

Die Verschattung dagegen kann beliebig geneigt werden, muss aber auf einer Massiven Tragekonstruktion angebracht werden, da sie sowohl Wind, als auch Schneelasten selbst tragen muss.[57]

2.5.5 Trackersysteme

Ein Trackersystem ist eine Vorrichtung bei der die einzelnen Module drehbar gelagert sind und der Sonne nachgeführt werden können. Dadurch kann der tägliche Ertrag der Gesamtanlage merklich erhöht werden. Dies ist eine sehr aufwendige Technik und kann daher nur bei frei stehenden Anlagen verwendet werden.

Auf dieser Graphik sieht man die Tagesertragskurven von Solarmodulen im Sommer und im Winter. Die durchgezogenen Linien stellen dabei den Ertrag eines fest installierten Moduls dar, die gestrichelten Linien im Vergleich dazu den Ertrag eines Trackersystems. Wie man sieht lässt sich durch das Nachführen der Ertrag im Winter auf etwa das Dreifache steigern. Aber auch im Sommer ist es möglich, mehr Strom zu erzeugen als mit einem festen Modul.[58]

3. Inselnetz

3.1 Allgemein

Unter Inselnetz versteht man Photovoltaikanlagen, die ohne Verbindung zum öffentlichen Stromnetz betrieben werden. Eingesetzt werden diese Systeme im Normalfall dort, wo kein Stromnetz existiert. Inselnetze sind oft die preiswerteste Alternative. Da in der Nacht durch die Solaranlage kein Strom gewonnen werden kann sind Batterien unumgänglich. So wird bei hoher Energieproduktion der Anlage Energie gespeichert, um bei Energiemangel zur Verfügung zu stehen. Die Batterien sind aber gleichzeitig auch der schwächste Punkt im System. Ihre Lebensdauer ist gering, ihr Wartungsbedarf ist hoch und ihre Selbstentladung kann zu erheblichen Energieverlusten führen.

Schematischer Aufbau eines Inselnetzes

[59]

Dieses Bild zeigt den typischen Aufbau eines Inselnetzes. Die Solaranlage produziert Strom, welcher in das interne Netz eingespeist wird. Aller Überschuss wird nach Möglichkeit gespeichert. Da es sich bei dem eingespeisten Strom um Gleichstrom handelt, müssen entweder nur Gleichstromverbraucher angeschlossen sein oder ein Wechselrichter zwischengeschaltet werden.

Inselnetze können also als Gleichstrom- oder als Wechselstromnetzwerke aufgebaut sein. Es sind allerdings auch kombinierte Anlagen mit beiden Verbrauchertypen möglich. Weiterhin können sie in Kombination mit Windgeneratoren zur Erhöhung der Versorgungssicherheit eingesetzt werden.[60]

Inselnetze sind Eigenerzeugungsanlagen und müssen auf dem Markt auch mit solchen verglichen werden. Betrachtet man hierbei die laufenden Kraftstoffkosten von zum Beispiel Dieselaggregaten, so ist eine Inselnetzanlage auch von der wirtschaftlichen Seite konkurrenzfähig.

Das Hauptanwendungsgebiet ist momentan die Versorgung von Häusern in wärmeren Ländern oder sehr abgelegenen Gebieten, sowie die Energieversorgung von Parkscheinautomaten, Verkehrsüberwachungssystemen und vereinzelt Beleuchtung von Bushaltestellen.

Bei Inselnetzanlagen ist eine genaue Planung um so wichtiger. Eine genaue Erfassung des Energiebedarfs ist hier unumgänglich, damit die Anlagengröße auf den Verbrauch angepasst werden kann.[61]

3.2 Laderegler und Batterien

Batterien sind für eine Inselanlage unverzichtbar, wenn man vermeiden will, dass es zu einer Unterversorgung kommt, wenn kein Solarstrom zur Verfügung steht.

Nachts oder an mehreren aufeinanderfolgenden stark bewölkten Tagen kann die Anlage nur einen Bruchteil ihrer maximalen Leistung bringen. Deshalb wird an Tagen mit hohem Ertrag alle überschüssige Energie mit Hilfe eines Ladereglers auf die entsprechenden Akkumulatoren gespeichert.

Der Laderegler sitzt zwischen der Photovoltaikanlage und den Akkumulatoren. Er überwacht und regelt den Lade- und Entladevorgang. Außerdem regelt er die Leistungsentnahme der Gesamtanlage, so dass diese immer am ``Maximum Power Point´´ (MPP) betrieben werden kann und keine unnötigen Leistungsverluste entstehen.

Leistungskurve

Weiterhin schützt der Laderegler die Akkumulatoren vor Tiefenentladung (das heißt vor dem Absinken der Batteriespannung auf nahezu Null). Bei dieser kann es in einem Akku zu chemischen Reaktionen kommen, die diesen im schlimmsten Fall sogar unbrauchbar machen.

Im Laderegler wird dies durch einen Mikroprozessor verhindert, welcher die Kennlinie des Akkumulators analysiert und anhand derer den so genannten SOC (stand of charge) der Batterien jederzeit ermitteln kann. Da die Kennlinien immer wieder neu ermittelt werden, sind altersbedingte Leistungsverluste der Batterien immer mit berechnet.[62]

4. Netzgekoppelte Anlagen

4.1 Allgemein

Schema einer netzgekoppelten Anlage

Unter einer netzgekoppelten Anlage versteht man jede Photovoltaikanlage, die ihre Erträge direkt in das lokale Versorgungsnetz einspeist. Nach dem Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) ist der Verteilungsnetzbetreiber dazu verpflichtet die gesamte Energiemenge abzunehmen und zu vergüten.[63]

Man unterscheidet bei netzgekoppelten Anlagen zwischen zwei verschiedenen Schaltungen.

Das erste Prinzip ist die parallel zum hausinternen Netz betriebene Photovoltaikanlage. In diesem Fall wird nur die nicht benötigte überschüssige Energie eingespeist. Der Stromzähler kann hier immer nur in eine Richtung funktionieren. Entweder er zählt den Strombezug oder die Stromlieferung. (Für diese Nutzungsart werden spezielle Zweirichtungszähler verwendet.)

Da der Strom sich den Weg des geringsten Widerstandes sucht, werden zuerst die Verbraucher im Hausnetz versorgt, bevor die Überschussenergie eingespeist wird.

Dies war das Standartprinzip vor in Kraft treten des EEG. Danach wurde eingespeister Strom höher vergütet, als bezogener Strom kostete, wodurch sich das zweite Prinzip, die Volleinspeisung, entwickelte und durchsetzte.[65]

 

[64]

Schema einer netzgekoppelten Anlage

[66]

Bei der Volleinspeisung wird der gesammte erzeugte Strom über einen Einspeisezähler ins Versorgungsnetz eingespeist und vergütet. Der im Haus benötigte Strom läuft über einen separaten Bezugszähler und wird normal abgerechnet.

4.2 Wechelrichter

Wechselrichter

Der Wechselrichter ist bei allen Formen einer Photovoltaikanlage notwendig. Bei einer netzgekoppelten Anlage ist dieser etwas komplexer als beim Inselnetz, da er in diesem Fall dafür sorgen muss, dass der erzeugte Strom möglichst effizient eingespeist wird.

In einem Wechselrichter wird der erzeugte Strom transformiert und mit Hilfe der Pulsweitenmodulation an die 50 Hz Sinusspannung angepasst.[67]

Eine weitere Aufgabe des Wechselrichters ist die Leistungsregelung auf der Gleichspannungsseite. Nur so kann der Arbeitspunkt der Photovoltaikmodule optimal angepasst werden, so dass sie unabhängig von Sonneneinstrahlung und Verschattung immer die maximal mögliche Leistung erreichen.[69]

[68]

Leistungskurve

Verschiebung der Arbeitspunkte abhängig von Sonneneinstrahlung und Temperatur [70]

Ebenfalls wichtig zum Betrieb eines Wechselrichters ist, dass er den Anforderungen des VDEW (Verband der Elektrizitätswirtschaft) entspricht. Das heißt, um die Sicherheit von Arbeiten am Versorgungsnetz zu gewährleisten, müssen Eigenerzeugungsanlagen jederzeit vom Netz getrennt werden können. Ansonsten bestünde die Gefahr, das sich zum Beispiel bei Reparaturen ein Inselnetz in einem abgeschalteten System bildet. Der Wechselrichter muss also einen Inselnetzbetrieb erkennen können um das zu verhindern.

Dieses Problem betrifft hauptsächlich die Hersteller von netzkopplungsfähigen Wechselrichtern, dennoch sollte beim Kauf darauf geachtet werden, dass diese Funktion vorhanden ist.[71]

Außerdem muss ein Wechselrichter den eingespeisten Strom mit dem Versorgungsnetz synchronisieren. Wenn die Netzspannung oder Frequenz außerhalb der für den Wechselrichter zulässigen Bereiche liegt, muss sich dieser sofort vom Netz trennen, bis die erforderlichen Messwerte wieder übereinstimmen.[72]

5. Wirtschaftlichkeit und Förderung

Die Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen ist in den letzten Jahren sehr gestiegen. Das liegt daran, dass verschiedene Förderprogramme dafür gesorgt haben, dass der Bau einer Anlage immer kostengünstiger wurde.

Angefangen hat die Förderung für Photovoltaikanlagen 1989 mit dem 1000 Dächer Programm, welches die Preise für Anlagenkomponenten in den folgenden zehn Jahren auf etwa die Hälfte reduzierte. Rechnete man 1989 noch mit umgerechnet 14.300€ pro kWp so waren es 1994 noch 10.700€ pro kWp und 1999 schließlich 6.150€ pro kWp. In den folgenden Jahren liegt keine sichere Datenbasis mehr vor, sicher ist jedoch, dass die Preise weiter gesunken sind und langfristig weiter sinken werden.[73]

Verantwortlich für diesen Preisfall ist aber nicht nur das 1000 Dächer Programm, sondern auch die nach und nach entstandene Möglichkeit der Massenproduktion und das steigende Angebot von Silizium auf dem Markt.

5.1 Das Erneuerbare Energien Gesetz

Im März 2000 wurde schließlich das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) eingeführt. Dieses basierte auf einer Reform des Energiewirtschaftsgesetzes von 1935 und sollte für mehr Liberalisierung des Strommarktes sorgen. Dazu wurde notwendig, dass Energieerzeuger, Stromnetze und Anbieter bzw. Endabnehmer wirtschaftlich voneinander getrennt werden. Es wäre nicht in wirtschaftlichem Sinne wenn jeder Anbieter ein separates Versorgungsnetz aufbauen würde.

Um die gleichen Bedingungen für jeden Anbieter zu schaffen wurde die Bundesnetzagentur als Überwachungsorgan der Durchleitungsgebühren durch das öffentliche Netz eingerichtet.

Als Förderung für erneuerbare Energien wurden für die verschiedenen regenerativen Technologien Vergütungssätze festgelegt, welche die Versorgungsunternehmen den Anbietern zu zahlen haben.(Für Pumpspeicherkraftwerke etwa 0,75€ pro kWh, für Windkraftanlagen etwa 0,11€ pro kWh und für Photovoltaikanlagen je nach Größe zwischen 0,50€ bis 0,80€ pro kWh.) Die dadurch entstehenden Mehrkosten für die Versorgungsunternehmen wurden über einen Aufschlag pro Kilowattstunde an den Endverbraucher weiter gegeben.[74]

Bei in Kraft treten des EEG war die Regelung, dass ein Anlagenbetreiber vom Versorgungsunternehmen ein auf 20 Jahre festgelegten Vergütungssatz pro kWh erhielt. Für neue Anlagen in den darauf folgenden Jahren, wurde dieser Vergütungssatz im Vergleich zum Vorjahr immer wieder um 5% gesenkt.

Seit Januar 2004 wurde diese Regelung abgeändert und nun erfolgt die Vergütung gestaffelt und nicht mehr als einheitlicher Satz. Dabei wird noch einmal die Art der Anlage berücksichtigt, so das eine Anlage mit über 30kWp eine verminderte Vergütung erhält und eine Anlage mit über 100kWp noch einmal einen Abschlag verzeichnet.[75]

Einspeisevergütung für Photovoltaik

Einspeisevergütung für Photovoltaik nach dem EEG bis 2007 [76]

Nach der Regelung von 2004 stieg die Nachfrage von Photovoltaikanlagen sehr stark an, was zunächst dazu führte, dass die Anbieter von Anlagenkomponenten diese nicht unmittelbar decken konnten, was wiederum zu einigen negativen Beurteilungen des EEG führte. Man erkannte allerdings auch, dass das EEG gute Rahmenbedingungen für langfristige Förderprogramme bot.[77]

5.2 Die steuerliche Seite

Eine weitere Frage bei der Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage ist die steuerliche Seite. Genau genommen ist der Betrieb einer Anlage eine gewerbliche Tätigkeit. Nach dem Ordnungsrecht gesehen wäre damit auch die Zahlung von Gewerbesteuer verbunden. Nach §11 Abs.1 GewStG steht aber auch jeder Person ein jährlicher Freibetrag von 24.500€ zu, wodurch Gewerbesteuer erst bei Photovoltaikanlagen in der Größenordnung von 50kWp anfällt, oder wenn der Anlagenbetreiber bereits einer anderen gewerblichen Tätigkeit nachgeht.

Dennoch kann es notwendig sein, dass eine Gewerbeanmeldung gemacht werden muss, was wiederum zu Problemen führen kann, wenn das betreffende Gebäude baurechtlich nur reinen Wohnzwecken dient. Ein anderes Problem entsteht, wenn der Anlagenbetreiber arbeitslos werden sollte. Durch seine gewerbliche Tätigkeit hätte er kein Recht auf weitere staatliche Unterstützung.[78]

Der Betreiber einer Photovoltaikanlage ist so gesehen ein Unternehmer und damit auch an die Umsatzsteuer gebunden. Dies wurde im Dezember 2001 in einem Schreiben des Bundesfinanzministeriums festgelegt. Die Stromeinspeisung ist also umsatzsteuerpflichtig. Aus dem überarbeiteten EEG von 2004 geht allerdings hervor, dass bei der vertraglichen Regelung mit dem Netzbetreiber auf die unternehmerische Tätigkeit hinzuweisen ist, so dass der Netzbetreiber die jeweilige Umsatzsteuer bezahlt.

Bis zu einem Umsatz von 17.500€ gilt außerdem die nach § 19 UstG festgelegte Kleinunternehmerreglung, wodurch alle Einkünfte steuerfrei bleiben, man aber auch keinen Gebrauch vom Vorsteuerabzug machen kann.[79]

Da es sich bei einer Photovoltaikanlage steuerlich gesehen also um ein so genanntes bewegliches Anlage- oder Wirtschaftsgut handelt, kann diese nach der AfA-Tabelle (Absetzung für Abnutzung) über 20 Jahre steuerlich abgeschrieben werden. Die wirtschaftliche Lebensdauer einer PV-Anlage beträgt also 20 Jahre. Die technische Lebensdauer kann aber sehr viel länger sein.

In dieser Zeit können Anschaffungskosten, sowie Reparatur und Wartung der Anlage als Ausgaben geltend gemacht werden und lassen sich steuerlich absetzen.[80]

5.3 Das KfW-Programm ´´Solarstrom erzeugen´´

1. Gefördert werden: Errichtung, Erweiterung oder Erwerb von kleineren Photovoltaikanlagen durch Privatpersonen, gemeinnützige und gewerbliche Antragsteller, Freiberufler und Landwirte.
2. Finanzierungsanteil: bis zu 100% der Investitionskosten, Kombination mit Fördermitteln anderer Anbieter möglich, Mitfinanzierung der im Programm geförderten Photovoltaikanlagen aus anderen KfW- oder ERP-Programmen nicht möglich.
3. Kreditbetrag: maximal 50.000€
4. Kreditlaufzeit: bis zu 10 Jahre mit mindestens 1 und maximal 2 tilgungsfreien Anlaufjahren, bis zu 20 Jahre mit mindestens 1 und maximal 3 tilgungsfreien Anlaufjahren.
5. Bereitstellungsprovision: 0,25 % p. M., beginnend 2 Bankarbeitstage und einen Monat nach Zusagedatum für noch nicht ausgezahlte Kreditbeträge.
6. Tilgung: während der tilgungsfreien Jahre: alleinige Zahlung der anfallenden Kreditzinsen, danach: gleich hohe vierteljährliche Annuitäten, vorzeitige Tilgung jederzeit ganz oder teilweise möglich.
7. Auszahlung: erfolgt zu 96 %, abrufbar unmittelbar nach der Zusage oder zu einem späteren Zeitpunkt.
8. Sicherheiten: Form und Umfang werden im Rahmen der Kreditverhandlung zwischen Antragstelle und Hausbank vereinbart
9. Antragsweg: Antragstellung erfolgt immer über eine Hausbank, Wichtig: zuerst der Antrag, dann die Investition!
10. Konditionen: Fester Zinssatz für 5 oder 10 Jahre

6. Forschung und Entwicklung in Deutschland

Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die wichtigsten Forschungseinrichtungen in Deutschland und eine kurze Einführung in deren Arbeit.

6.1 Hahn- Meitner- Institut für Dünnschichtphotovoltaik

Das Hahn-Meitner-Institut ist eine naturwissenschaftliche Forschungseinrichtung zur Erforschung neuer Materialien speziell im Bereich der Dünnschichtphotovoltaik.[87]

Das Dünnschichtprinzip ist eine relativ kostengünstige Produktionsweise für Photovoltaikmodule. Der Wirkungsgrad dieser ist zur Zeit allerdings noch sehr begrenzt. Das Hahn-Meitner-Institut verfolgt hierbei das Ziel einer Kostensenkung für solare Stromerzeugung durch Entwicklung von neuen Materialien und Zellenkonzepten.

Hierbei geht es in erster Linie darum neue Materialkombinationen aus häufigen und umweltfreundlichen Elementen zu finden.[88]

Das HMI besteht in der Solarenergieforschung aus fünf Abteilungen und einer Arbeitsgruppe. Diese sind:

  1. SE1: Silizium-Photovoltaik

(Dünnschichtsolarzellen auf Siliziumbasis)

  1. SE2: Heterogene Materialsysteme

(hochabsorbierende Verbindungshalbleiter)

  1. SE3: Technologie

(Prototyp von Dünnschichtsolarzellen)

  1. SE4: Dynamik von Grenzflächenreaktionen

(III-V Halbleiter)

  1. SE5: Solare Energetik

(Photoelektrochemie, Photokatalyse, Neue Energiesysteme)

  1. Arbeitsgruppe: Elektronische Struktur von Halbleitergrenzflächen

(Organische Halbleiter und Bauelemente)

SE1 Silizium-Dünnschichtsolarzellen aus Glas:

Mit Dünnschichtsolarzellen aus Silizium können noch beachtliche Kostenreduzierungen erreicht werden. Monokristalline und polykristalline Zellen bestehen komplett aus Silizium und sind deshalb relativ teuer. Dünne Siliziumfilme auf kostengünstigen Werkstoffen, wie zum Beispiel Glas, hatten bisher zu komplexe Herstellungsmethoden oder eine zu geringe Zellenleistung.

[81]

Dieses Forschungsprojekt zielt auf die Entwicklung von einfachen Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtsolarzellen aus polykristallinem Silizium auf Glas (anstelle des bisher verwendeten amorphen Silizium auf Glas). Damit könnten im Bereich der Dünnschichtzellen auf dem Markt erstmals Wirkungsgrade von bis zu 15 % erreicht werden. (Amorphes Silizium erreichte in Labors bisher einen Wirkungsgrad von 14 % und ist auf dem Markt mit Zellen im Bereich von 6-8 % vertreten.) Das größte Problem für diesen Herstellungsprozess ist das epitaktische Wachstum von Silizium bei Temperaturen von unter 600°C zu erreichen um das verwendete Glas nicht zu beschädigen.[82]

Produktionsschritte einer Dünnschichtsiliziumzelle
Verschiedene Produktionsschritte von Dünnschichtsiliziumzellen [83]

SE2 Heterogene Halbleitermaterialien:

Heterostrukturen sind die Grundlage der Festkörperphysik. Das heißt Heterostrukturen aus mehreren Festkörpern erlauben:

·        Kombination von geeigneten Festkörpereigenschaften

·        Passivierung von Grenzflächenzuständen

·        Kombination von organischen und anorganischen Festkörpern

Mit Heterostrukturen aus Silizium lassen sich zum Beispiel Siliziumarten herstellen, deren Gasphasenabscheidung schon bei Temperaturen unter 300°C erfolgt. Damit wäre diese Heterostruktur für Dünnschichtzellen aus Glas geeignet. Diese Silizium Heterostruktur ließe sich auch direkt auf temperatursensitive Siliziumwafer aufbringen, wodurch man Hocheffizienzzellen mit Wirkungsgraden bis zu 24 % erreichen könnte.[84]

Weitere Forschungsziele dieser Abteilung sind:

   1. Die Herstellung von cadmiumfreien Dünnschichtsolarzellen auf der Basis von Cu(In, Ga)(S, Se)2.
   2. Die Herstellung von Cu(In, Ga)S2 und CuGaSe2-Solarzellen mit hohen Leerlaufspannungen.
   3. Die Entwicklung einer infrarot-transparenten Solarzelle als Frontzelle für Tandemstrukturen.
   4. Die Herstellung von Prototypen neuer Solarzellenkonzepte wie, die hoch strukturierte ETA-Zelle mit extrem dünnem Absorber und die organischen Solarzellen.[85]

SE3 Technologie von Solarzellen und Modulen:

Um neuartige Solarzellen bauen zu können ist es notwendig neue Technologien und Herstellungsprozesse zu entwickeln und zu verbessern. Diese Abteilung des HMI beschäftigt sich daher ausschließlich mit den Anwendungsproblemen der Dünnschichtzellentechnologie.

Dazu steht den Forschern eine eigene Präparationslinie für Dünnschichtmodule zur Verfügung. Diese ist so ausgelegt, dass feste und flexible Trägermaterialien mit neuartigen Methoden behandelt werden können. Die hier entstandenen Solarzellen haben eine Größe von etwa 10cm x 10cm. Im Moment liegt der Forschungsschwerpunkt auf der Verbesserung von CuInS2 Zellen.[86]

[87]

Dieses Bild zeigt den Herstellungsprozess von Kupfer Indium Diselenidzellen, welcher von der Abteilung SE3 effizienter gemacht werden soll.

Weitere Ziele dieser Abteilung sind:

   1. Entwicklung hochproduktiver Depositionsverfahren und Verkapselungstechniken.
   2. Untersuchung von Prozessstabilität und Langzeitstabilität der Bauelemente.
   3. Methodenentwicklung für In-situ-Prozeebeobachtung und Qualitätskontrolle.
   4. Identifikation von Defektmechanismen.[88]

SE4 Dynamik von Grenzflächenreaktionen:

In dieser Abteilung des HMI wird mit verschiedenen Messtechniken die günstigste Präparationstechnik für bestimmte Solarzellentypen bestimmt und deren Potential für den Markt ermittelt. Vor allem Solarzellen mit Wirkungsgraden über 30 % werden hier immer interessanter. Diese sind aber meistens mit sehr kostspieligen Verfahren und Materialien entwickelt.

Deshalb arbeitet die Abteilung hauptsächlich daran kostengünstigere Substrate auf Siliziumbasis für diese Art Zellen zu entwickeln und neue Produktionsverfahren mit Hilfe von MOCVD-Reaktoren (thermische Zersetzung von metallorganischen Verbindungen in der Gasphase) zu testen.[89]

SE5 Solare Energetik:

Die Abteilung für Solare Energetik beschäftigt sich besonders mit der Erschließung neuer Materialien. Dabei gilt Kompatibilität mit der Umwelt, schonender Umgang mit Rohstoffen und kostengünstige Herstellung als besonders wichtig.[90]

Untersucht werden hierbei:

   1. Nano-Komposit-Solarzellen, die wegen kinetisch limitierter Ladungstrennung niedrige Ansprüche an die Materialqualität stellen. Als Absorber werden MoS2- und WS2-Teilchen bevorzugt, welche als d-Band-Materialien inhärent photostabil sind. Mechanismen kinetischer Irreversibilität werden erarbeitet.
   2. Titan-basierte photovoltaische Brennstoff-Membranen, welche ohne Stromsammlung und mit einer integrierten, vereinfachten CIS-Struktur Licht direkt in Wasserstoff für Brennstoffzellen umwandeln.
   3. Katalysatoren für Brennstoffzellen, welche auf Edelmetalle verzichten und an ihrer Stelle Eisen, Kobalt und ähnlich häufige Übergangsmetalle nutzen können.
   4. Die Erschließung neuer Energiesysteme nach biologischem Vorbild unter Verfolgung bionischer Strategien (tensile Wassertechnologie, CO2-Fixierung über solar mit Energie versorgte autotrophe Bakterien).
   5. Elektrochemische bzw. In-situ-Mikrowellen-Optimierung von Grenzflächen.
   6. Bionische Forschung zur Erschließung kostengünstiger Versiegelungs- und Kühlungstechnologien für Solarzellen.[91]

Arbeitsgruppe Elektronische Struktur von Halbleitergrenzflächen:

Diese Arbeitsgruppe des HMI hat die Optimierung von Bauelementen zum Ziel. Dazu werden diese auf strukturelle, chemische und elektronische Eigenschaften auf atomarem Niveau untersucht. Die Aufklärung von Unterschieden zwischen theoretischen Modellen und realen Solarzellenstrukturen ist der Arbeitsgruppe dabei sehr wichtig.[92]

Weitere Ziele sind:

   1. Die In-situ-Analyse der schrittweisen Deposition von Solarzellschichten.
   2. Der Einsatz mikrospektroskopischer Methoden für die Untersuchung lateraler Inhomogenitäten (XPEEM).
   3. Die Untersuchung technologisch relevanter Depositionsprozesse und deren Analyse.
   4. Die Erforschung chemischer Reaktionen an den Grenzflächen zwischen Absorber- und Pufferschicht sowie zwischen Puffer- und Fensterschicht.
   5. (Längerfristig) Die Entwicklung stabiler, elektronisch angepasster Pufferschichten für Multispektralzellen anhand von Modellsystemen.[93]

6.2 Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme

Das Fraunhofer ISE ist das größte Solarforschungsinstitut Europas. Neben der Erforschung der naturwissenschaftlich-technischen Grundlagen der Solarenergienutzung und Entwicklung von Prototypen baut das Fraunhofer ISE auch Demonstrations- und Testanlagen.[94]

Zu den Forschungsarbeiten gehören so auch Simulation und Planung, um Klimafaktoren und Nutzungsanforderungen, Kostensenkungspotentiale und Schwachstellen, so wie Optimierungsmöglichkeiten zu erkennen.[95]

Kleinere Forschungsbereiche wie die Optimierung von netzunabhängigen Beleuchtungssystemen, durch Erforschung von Leuchtmitteln und Reflektoren oder Bewältigung von großen Schwankungen von Umgebungstemperatur oder Betriebsspannung,[96] gehören genauso zu den Arbeiten wie die Erforschung von neuen Techniken zur Kostensenkung von solarelektrischen Kraftwerken, wie zum Beispiel die Konzentratorphotovoltaik.[97]

Die wichtigsten Forschungsbereiche sind:

   1. Zellkonzepte
   2. Fertigungsprozesse
   3. Epitaktische, Farbstoff und Organische Solarzellen
   4. Solarzellenanalyse und Modellierung
   5. Systeme zur netzunabhängigen Stromversorgung

1. Zellkonzepte:

Das Ziel dieser Forschungsabteilung ist die Senkung von Materialverbrauch und gleichzeitiger Leistungssteigerung und Kostensenkung. Dabei werden Materialien wie Kristallines Silizium, Farbstoffe und organische Stoffe verwendet.

Das Hauptziel ist die Entwicklung von neuen Zellstrukturen mit möglichst hohen Wirkungsgraden. Das Fraunhofer ISE hat dabei mehrere Rekorde mit Zellen aus multikristallinem Silizium aufgestellt.[98]

[99]

Wie beim Hahn-Meitner Institut liegt auch hier einer der Schwerpunkte auf der Kombination von kristallinem Silizium und Dünnschichtsolarzellen.[100]

2. Fertigungsprozesse:

Über die genauen Abläufe der Fertigungsprozesse am Fraunhofer ISE ist zur Zeit noch nicht viel veröffentlicht. Es handelt sich hierbei um Prozesse wie homogene und selektive Diffusion, Oxidation, nasschemisches Ätzen, Plasma- und Kathodenzerstäubung und Laserbehandlung.

3. Epitaktische, Farbstoff und organische Solarzellen:

Zu den am Fraunhofer ISE hergestellten Solarzellentypen gehören auch Zellen aus epitaktischen Schichtsystemen, die auf verschiedenen Halbleitermaterialien bestehen. Verwendet wird das Ganze bei Tripel- und Tandemzellen oder bei der Konzentratorphotovoltaik. Diese Zellen erreichen Wirkungsgrade über 30 %, werden bisher aber fast ausschließlich im Weltraum eingesetzt.[101]

Tripelzelle
Beispiel einer Tripelzelle (drei Halbleiterschichten) [102]

Zu den Zellprototypen am Fraunhofer ISE gehören unter anderem auch Farbstoffzellen und organische Solarzellen. Diese sind noch nicht auf dem Markt erhältlich, da ihr Wirkungsgrad derzeit noch sehr gering und die Langzeitstabilität noch nicht getestet ist.

Die Farbstoffzelle ist einfach zu produzieren, da die dafür notwendigen Technologien bereits bei der industriellen Verabreitung von Glas verwendet werden. Da sie Teiltransparent sind und verschiedene Farben haben können sind Farbstoffzellen sehr flexibel einsetzbar.

Farbstofftestzelle
Farbstofftestzelle des Fraunhofer ISE [103]

Die Funktionsweise einer Farbstoffzelle ist im Gegensatz zu bisherigen Solarzellenkonzepten grundlegend anders. Hier wird ein Elektronen injizierender metall-organischer Farbstoffkomplex auf die Oberfläche eines nanokristallinen Titanoxidfilms aufgebracht.

Die Photoanregung erfolgt wie bei allen Solarzellen durch Photoneneinstrahlung. In der Farbstoffschicht entstehen durch Oxidation der Farbstoffmolekühle Löcher, die zur Gegenelektrode (Titanoxidfilm) transportiert werden.

Das Herstellungsverfahren für Farbstoffzellen ist am Fraunhofer ISE entwickelt worden. Da deren Wirkungsgrad im Moment bei idealen Voraussetzungen bei etwa 5 % liegt, ist das vorrangige Ziel des Fraunhofer ISE neue Elektrolyte zu finden und die Versiegelungstechniken dementsprechend anzupassen und zu verbessern.[104]

Ebenfalls zu den Entwicklungen des Fraunhofer ISE gehört die so genannte ITO-freie invertierte organische Solarzelle.

Auch bei diesem Zellentyp erwartet man viel versprechende Anwendungsmöglichkeiten. Dazu gehören, wie bei allen anderen Zellentypen, auch niedrige Produktionskosten aber auch mechanische Flexibilität.

Organische Solarzelle
Organische Solarzelle auf flexiblem Substrat [105]

Die Flexibilität dieser Zellen bietet natürlich vollkommen neue Anwendungsmöglichkeiten. Das Problem ist allerdings, dass noch keine Anlagen zur Massenproduktion für derartige Zellen existieren und die Herstellungskosten deshalb sehr hoch sind.

Zur Zeit gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten, wie eine organische Solarzelle aufgebaut sein kann.

Beim so genannten Standardaufbau wird die Zelle auf einem, mit leitfähigem Indium-Zinn-Oxid (ITO) behandelten Glassubstrat hergestellt. Darauf wird eine Schicht aus organischem Material aufgebracht, dass die Kontakteigenschaften verbessern soll. Als Absorberschicht dient ein Kompositmaterial, welches aus einem Polymer (Elektronendonator) und einem Fullerenderivat (Elektronenakzeptor) besteht. Die Gegenelektrode besteht aus Aluminium.

Die andere Möglichkeit ist die am Fraunhofer ISE entwickelte ITO-freie Zelle. Bei dieser ist die ITO-Elektrode durch eine transparente Polymerelektrode ersetzt worden. Der zweite Unterschied ist, dass bei der ITO-freien Elektrode die Schichtreihenfolge invertiert wurde um die Herstellung effizienter zu machen. Weiterhin wurde diese Zelle auf einem metallisierten Substrat aufgebracht, wodurch sie flexibel bleibt und die abschließende Vakuumbehandlung nicht mehr erforderlich ist.[106]

4. Solarzellenanalyse und Modellierung:

Diese Abteilung beschäftigt sich mit der Analyse von Solarzellen aus der industriellen Produktion. Dies beinhaltet auch einfache Servicemessungen und kann von jedem in Anspruch genommen werden. Die Messungen sollen bei der quantitativen Verlustbestimmung der Solarzellen helfen und so die nötigen Informationen zur Verbesserung der Gesamtanlage geben.

Für die nötigen Messungen stehen hierbei drei am Fraunhofer ISE entwickelte Geräte zur Verfügung.

Es gibt die Möglichkeit mit Hilfe eines Filtermonochromator die gesamte Zellfläche zu messen, oder mit dem Gittermonochromator kleinste Punktmessungen durchzuführen. Bei diesen Messungen wird ein Reflexionsbild der Solarzelle erstellt, dass in etwa so aussieht:[107]

Filtermonochromatur einer Solarzelle
[108]

Eine Solarzelle soll nach Möglichkeit keine oder nur wenig Strahlung reflektieren. Alle Strahlung soll absorbiert werden. Wo dies nicht der Fall ist zeigt der Filtermonochromator rote Flecken an.

Ein weiteres Gerät des Fraunhofer ISE ist das SR-LBIC (Spectrally Resolved Light Beam Induced Current), mit dem sich inhomogene Bereiche im Zellenmaterial feststellen lassen.

Ebenfalls vom Fraunhofer ISE stammt das ILIT (Illuminated Lock-In Thermography), welches dazu dient die Leistungsverluste unter Betriebsbedingungen zu bestimmen.

Verwendet wird außerdem noch das SRI (Sheet Resistance Imaging) zur optischen Messung von Schichtwiderständen in diffundierten Wafern, der Halbleitersimulator DESSIS und das 3D-Strahlvervolgungsprogramm RAYN.[109]

5. Systeme zur netzunabhängigen Stromversorgung:

Im Bereich netzunabhängige Stromversorgung entwickelt das Fraunhofer ISE autonome Stromversorgungssysteme die auf Photovoltaik, Brennstoffzellen, Wind- und Wasserkraft aufgebaut sind.

Die entwickelten Geräte reichen von tragbaren Geräten bis zur kompletten Versorgung von Dörfern.[110]

Inselanlage des Fraunhofer ISE
Inselanlage des Fraunhofer ISE auf einer Hütte des Alpenvereins [111]

Allein in Europa gibt es etwa 300.000 Häuser ohne Anschluss an das öffentliche Netz. Um auch den Bewohnern dieser Häuser eine sichere Stromversorgung zur Verfügung stellen zu können hat das Fraunhofer ISE mehrere Testanlagen gebaut, bei denen Hybridsysteme verwendet werden. Die Möglichkeiten reichen von Photovoltaikanlagen mit unterstützendem Motorgenerator bis zu Photovoltaikanlagen mit kombinierter Windkraftanlage. Das größte Problem von Inselnetzen ist das Winterloch, das von Solaranlagen allein nicht ausgeglichen werden kann.

Auch Einzelkomponenten wie Batterien, Laderegler, Wechselrichter und Ladegeräte können in den Labors des Fraunhofer ISE auf ihre Eignung für den Inseleinsatz untersucht werden. Dabei werden Wirkungsgrad, Wartungsbedarf und elektromagnetische Verträglichkeit besonders berücksichtigt.[112]

6.3 Institut für solare Energieversorgungstechnik Kassel

Das Institut für solare Energieversorgungstechnik Kassel (ISET) ist ein Verein zur Erforschung von solaren Versorgungsmöglichkeiten der Universität Kassel.

Das ISET befasst sich mit der anwendungsorientierten Forschung in der theoretischen Arbeit und der experimentellen Untersuchung, aber auch mit der gerätetechnischen Entwicklung. Dabei geht es zum großen Teil um die Kompatibilität mit anderen Energieträgern, also Hybridsysteme mit Windenergie, Bioenergie oder Wasserkraft. Alle so entstandenen Ergebnisse werden durch Beratungs- und Lizenzaufträge und durch Personaltransfer der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.[113]

Das ISET wurde 1988 als eingetragener Verein der Universität Kassel gegründet. Seit 1990 hat es seinen festen Sitz in der Nähe der Kasseler Hochschule. 1998 kam ein Design Zentrum für modulare Versorgungstechnik(DeMoTec) hinzu.

Seit 1995 gibt es außerdem einen zweiten ISET Standort in Hanau. Dieser beschäftigt sich Hauptsächlich mit der Biomassenutzung und ergänzt das ISET Programm um einen weiteren Bereich der erneuerbaren Energieversorgung.[114]

Als Verein hat das ISET laut Gesetz eine Satzung zu formulieren um die Vereinsziele klar zu definieren. Die Hauptpunkte lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:

  • Erarbeitung und Verwertung von Erkenntnissen zur Gestaltung umweltschonender Energieversorgungssysteme,
  • Förderung des Übergangs zwischen Forschung und Anwendung durch vorindustrielle Entwicklung, Verfahren zum Anlagenentwurf, Demonstrationsvorhaben, Weiterbildung und Beratung,
  • Förderung der Nutzung, der am Institut betriebenen Forschung, insbesondere durch die mittelständische Industrie der Region,
  • Förderung der Ingenieurausbildung in Kooperation mit Hochschulen - insbesondere der Universität Kassel -, Forschungsinstitutionen und der Industrie.


Satzungsgemäß kann das Institut auch weitere Aufgaben aus dem Bereich der Energietechnik sowie verwandten Forschungs- und Entwicklungsgebieten übernehmen, soweit sie mit o. g. Zwecken in Verbindung stehen. Die Ergebnisse der im Institut durchgeführten Forschungsarbeiten werden veröffentlicht oder der Allgemeinheit auf andere Weise zugänglich gemacht.[115]

Das ISET zählt dabei die Kostenreduktion und Verbesserung der technischen Qualität diverser Produkte und die Beschleunigung der technischen Entwicklung und Verbreitung neuer Technologien zu seinen übergeordneten allgemeinen Zielen. Ebenfalls zu den Zielen des ISET sind die folgenden Punkte genannt:

  • Erarbeitung ingenieurwissenschaftlicher Grundlagen: Vertiefung des Verständnisses technischer Zusammenhänge sowie Entwicklung allgemein verwendbarer Methoden und Vorgehensweisen
  • Langfristig wirksame FuE: Entwicklung neuer Ideen und Ansätze sowie technische Systemanalyse Unterstützung industrieller Produktentwicklung: Durchführung gemeinsamer Entwicklungsarbeiten mit Firmen (Geräte, Systemkomponenten, Software) sowie Infrastrukturbereitstellung für die Industrie (DG Test- und Prüfzentrum)
  • Normung und Zertifizierung: Erarbeitung von Normen, Zertifizierungsgrundlagen und Standards sowie Prüfung und Zertifizierung von Komponenten und Systemen
  • Demonstration und Consulting: Nachweis der Machbarkeit und Demonstration technischer Möglichkeiten sowie Beratung von Herstellern und Betreibern bei der Lösung aktueller technischer Probleme
  • Aus- und Weiterbildung: Ausbildung qualifizierten Personals für Industrie und Forschung (Personaltransfer, Ausgründungen) sowie Qualifikation von Entscheidungsträgern, Betreibern usw. (Fortbildungskurse und Lehrmittel)
  • Monitoring der Technik: Breitentestprogramme, Evaluation von Systemkomponenten sowie Informationsverbreitung
  • Evaluation technischer Möglichkeiten: Empfehlungen an die Politik zur Gestaltung ökonomischer und gesetzlicher Rahmenbedingungen
  • Integration großer Anteile erneuerbarer Energien und anderer dezentraler Erzeuger in Netze (Wind-, Bio- und Solarenergie, BHKWs usw.)
  • Automatisierung und wartungsarmer Betrieb dezentraler Stromerzeugung (insbesondere bei Windkraftanlagen, BHKWs und Biogasanlagen)
  • Erschließung neuer Energiewandlungstechnologien für den wirtschaftlichen Einsatz (insbesondere Mikrogasturbinen, Brennstoffzellen und Meeresströmungsturbinen)
  • Elektrifizierung mit nachhaltigen, netzkompatiblen, erweiterbaren Hybridsystemen
  • (für Schwellen- und Entwicklungsländer und zur autonomen Energieversorgung)
  • Ersatz fossiler Brennstoffe durch Biomasse (bei autonomen Hybridsystemen, BHKWs und im Verkehr)
  • Entwicklungs-Tools und Entwurfstechniken für elektrische Energieversorgungssysteme (für die Geräteentwicklung, Systemoptimierung und Anlagenplanung)
  • Ausbildung qualifizierten Personals (für Forschung, Industrie und Energiewirtschaft) [116]

7. Beispielanlagen

Um die Praxistauglichkeit von Photovoltaik zu demonstrieren, sind auf dieser Seite Beispielanlagen vorgestellt, die auch tatsächlich existieren.

Damit wollen wir zeigen, dass eine Energieversorgung mit Photovoltaik nicht mehr alleine der Raumfahrt und Labors vorbehalten ist, sondern tatsächlich endlich in den Alltag der Menschen einzieht.

7.1 PV-Anlage der HEMS

Diese Anlage ist in einem anderen Bereich der Seite sehr ausführlich beschrieben. Hier gelangen sie dorthin.

Brunnersweg in Roßdorf

7.2 PV-Anlage im Brunnersweg in Roßdorf

Hier sehen sie eine kurze Dokumentation von einer Photovoltaikanlage, die auf einem Einfamilienhaus installiert ist. 

Hier wird auch ein grober Kostenüberblick gegeben und an diesem Beispiel vorgestellt, dass sich eine solche Anlage lohnt. Es ist keine Anlage zu Demonstrationsszwecken, sondern eine kommerziell hergestellt Anlage.

Die Anlage ging am 31. August 2004 ans Netz und hat seitdem (Stand: 24.Februar 2009) 24144 kWh Energie in das Netz eingespeist.

7.2.1 Kenndaten der Anlage

  • Die Solarzellen sind nach Südwesten ausgerichtet und haben eine Neigung von 45°; Die Ausrichtung ist also nicht optimal
  • Die erzeugte Energie dieser Anlage wird von einem Wechselrichter "blue planet pvi 4500 i" in das allgemeine Stromnetz eingespeist. Er hat einen Wirkungsgrad von mehr als 96% in dieser Anlage.

 Datenblatt  des Wechselrichters(Link)

 

  • Die Anlage arbeitet mit 36 "Sharp NE-165UI" mit jewels einer maximalen Leistung von 165W, es können also maximal 5940W eingespeist werden.

 Datenblatt der Solarmodule (Link)

 

  • 12 Module sind in einer Reihe geschaltet, davon sind drei dieser Reihenschaltungen parallel geschaltet.
  • So ergibt sich eine Leerlaufspannung von 517,2 V und einen Kurzschlusstrom von 16,38 A. Wird der mpp erreicht, so wird eine Spannung von 415,2 V erreicht und es fließt ein Strom von 14,31 A.

7.2.2 Erträge

  • Die Anlage kostete, inklusive Montage, aufgerundet etwa 31000€.
  • Durchschnittlich hat die Anlage bis jetzt etwa 5300kWh/a geleistet.
  • Bis zum 24.2.2009 hat die Anlage 24144kWh Energie in das Netz eingespeist, das sind 1638 Tage. Die HSE zahlt seit Inbetriebnahme 57,6 cent pro kWh.
  • Bisher hat die Anlage durchschnittlich an einem Tag etwa 8,50€ erwirtschaftet.

 

Bei gleich bleibenden Abnahmepreis wäre die Anlage nach etwas weniger als 10 Jahren durch eigene Erträge finanziert. Allerdings ist zu beachten, dass die Durchschnittsdaten von 31. August 2004 bis zum 24. Februar verwendet wurden. Es fehlt ein Sommer, also eine zu erwartende Ertragsspitze. Genaue Daten, wann diese Anlage tatsächlich abbezahlt sein wird, wären sehr unzuverlässig, da es wetterabhängig ist und die Preise für den Solarstrom in Zukunft schwanken könnten.

7.3.1 PV-Anlage in Ibersheim bei Worms

Die Anlage wurde am 09.02.2006 installiert und in Betrieb genommen. Sie leistet 12,9 KW und ist nach Osten, Süden, sowie Westen ausgerichtet.

Die Anlage wurde 2006 für 63.500€ installiert. Heute würde die selbe Anlage nur noch 41.280€ kosten, da die Preise für die Module stark gesunken sind. Jedoch sank die Einspeisevergütung von 51,8 Cent um etwa 20% auf 41,9.

Die Anlage wird sich nach 20 Jahren, also 2026, abbezahlt haben.

7.3.2 Technische Daten und Bauteile

CCF09102009_00004.pdf

 

 

7.4 PV-Anlage des Darmstadtiums

7.4.1 Einführung

Beim Darmstadtium handelt es sich um ein Wisschenschafts- und Kongresszentrum, das im Zentrum der Stadt Darmstadt liegt. Der Namensgeber des Darmstadtiums ist ein Element, das 1994 durch die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt entdeckt wurde, und den Namen Darmstadtium erhielt mit der Nummer 110 im Periodensystem. Dieses Element entstand als Blei und Nickel mit hoher Geschwindigkeit verschmolzen wurden.

 

 

 

 

Das Kongresszentrum wurde am 06. Dezember 2007, nach einer fast 3-jährigen Bauzeit, eröffnet. Dieses Projekt kostete um die 77 Millionen Euro, dessen Architekt Talik Chalabi war, der 1957 in Poitier in Frankreich geboren wurde.

Erdwärme, Biomasse und Solarenergie

Dieses Gebäude besitzt eine umfangreiche Nutzung von Erdwärme, Biomasse und Solarenergie, also eine so gut wie vollständige Versorgung durch erneuerbare Energie, aber vor allem naturschonende Energie.

Was die Wärmeversorgung angeht, wird das Gebäude hauptsächlich durch interne Wärmequellen beheizt. Zudem existiert noch ein Biomasse-Heizkessel, der vor allem im Winter bei großer Kälte zum Einsatz kommt. Als Brennstoff dienen dazu Holzhackschnitzel, die aus regionalen Wäldern wie dem Odenwald und dem Spessart stammen, damit durch den CO2-Ausstoss beim Transport die Umwelt nicht zu sehr belastet wird.

Neben der enormen Wärmeversorgung existiert aber auch eine Stromversorgung. Dazu wurden die Dachflächen des Darmstadtiums mit 408 Solarmodulen ausgestattet. Diese Anlage wird auch Photovoltaikanlage genannt, zu der später noch mehr erzählt wird. Die Solarmodule erzeugen ungefähr 180 Watt Strom pro Modul, also ungefähr 73.440 Kilowattsunden pro Jahr.

Damit es allerdings im Sommer nicht zu warm wird, wurden die Fassaden aus Spezialglas angefertigt. Das Spezialglas besitzt eine Spezialbeschichtung, an der die Sonnenstrahlen reflektieren und dadurch im Sommer das Gebäude nicht noch weiter aufgeheizt wird.

 

 

 

 

Die Calla, das gekrümmte innere Glasdach in der Eingangshalle des Kongresszentrums, dient vor allem zur Regenwassersammlung. Das Regenwasser wird in der Calla aufgefangen und dann in einer Zisterne gesammelt. Dieses Wasser wird zur Spülung von Toilettenanlagen und zur Bewässerung der Außenanlagen benutzt.

 

 

7.4.2 Photovoltaikanlage

7.4.2.1 Definition

Bei der Photovoltaikanlage, auch Solarstromanlage genannt, handelt es sich um eine Anlage bestehend aus Solarmodulen, die mithilfe der Solarzellen Sonnenstrahlen in elektrische Energie, also Strom, umwandeln. Die Umwandlung selbst wird Photovoltaik genannt, daher auch der Name Photovoltaikanlage. [122]

7.4.2.2 Aufbau einer Photovoltaikanlage

Die Grundeinheit einer Photovoltaikanlage ist das Solarmodul, mit dem die Sonnenstrahlen aufgefangen und in elektrische Energie (Strom) umgewandelt werden. Die Solarmodule bestehen wiederum aus zahlreichen Solarzellen, die elektrisch miteinander verschaltet sind. Die Solarmodule selbst werden zu einem Solargenerator verbunden.

Da der durch die Solarzellen produzierte Gleichstrom nicht für die Nutzung von Haushalten geeignet ist, wird dieser über Gleichstromleitungen zum Wechselrichter geführt und dort in Wechselstrom umgewandelt. Der Wechselstrom kann jedoch nicht direkt ins Haus geführt werden, sondern wird im allgemeinen Stromnetz gespeichert. Da dieser Strom nicht von Energiefirmen erstellt wurde, wird der zugeführte Strom über einen zweiten Stromzähler, den so genannten Einspeisungszähler, in kW gemessen, damit sicher gestellt werden kann, dass die Haushalte auch ihren Strom kostenlos zur Verfügung gestellt bekommen, da sie ihn selbst produziert haben.

 

Die Abrechnung erfolgt dann folgendermaßen.

Der Strom aus dem allgemeinen Stromnetz läuft über einen Stromzähler, wie ihn jeder Haushalt hat. Zudem existiert noch ein zweiter Stromzähler, den Einspeisungszähler, der den Strom misst, der ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird.

Wenn der Stromverbrauch größer ist als der eingespeiste Strom, so muss der Haushalt diese Differenz zahlen. Wenn jedoch der eingespeiste Strom größer ist als der Stromverbrauch, so erhält der Haushalt vom Stromanbieter Geld. [124]

7.4.2.3 Kosten und Erträge

Um die Kosten und Erträge einer Photovoltaikanlage zu ermitteln, ist die Anlagenleistung (kWp) enorm wichtig. Kilowatt peak (kWp) beschreibt die optimale Leistung der Photovoltaik Anlage unter genormten Testbedingungen. In Deutschland kann man mit 1kWp – Anlage zwischen 700 und 900 kWh Strom im Jahr erzeugen. Es gab aber auch schon Erträge von 1200 kWh im Jahr. Diese Erträge kann man nur in Süddeutschland bei sonnigen Jahren erreichen.

Vergleich:

Der Stromverbrauch liegt bei einem Vier – Personen – Haushalt im Jahr bei durchschnittlichen 4000 – 6000 kWh. [125]

In unsrer Heutigen Zeit lohnt sich also eine PV – Anlage. Eine PV – Anlage mit 5kWp kostet etwas 22000 €. Die Anlage kann über einen Zeitraum von 20 Jahren steuerlich abgesetzt werden und die Mehrwertsteuern werden auch zurückerstattet. Sind die Schulden nach etwa 10 – 15 Jahren abbezahlt, ist die PV – Anlage eine gute Einnahme Quelle.

7.4.2.4 Vergütung für den eingepeisten Strom

Wie hoch die Vergütung für den eingespeisten Strom ist, das geregelt die EEG. Je nach Jahr, in welchem Sie Ihre Anlage installieren, bekommen Sie eine entsprechende Vergütung, welche für 20 Jahre festgelegt ist.
Wenn Sie im Jahr 2009 eine Anlage bis 30 kWh auf Ihrem Dach errichten, erhalten Sie also für 20 Jahre 43,01 Cent / kWh.

 

Einige Unterschiede sind zu beachten:

  • Feldanlagen (also auf dem Boden stehend) die 2009 errichtet wurden, werden mit 31,94 Cent / kWh vergütet.
  • Anlagen, die an oder auf einem Gebäude angebracht sind und 2009 errichtet wurden, werden mit 43,01 Cent / kWh vergütet.

 

Die wichtigsten Änderungen des EEG ab 2009:

  • Bisher betrug die jährliche Degression der deutschen Solarstromvergütung 5%; ab 2009 fällt die Solarstromvergütung pro Jahr dann auf 8%
  • Der Bonus für den Bau von Fassadenanlagen (bis Ende 2008 gab es 5 Cent pro eingespeiste kWh extra) fällt ganz weg

Eine gute Übersicht der Änderungen finden Sie hier: 

EEG2009_PV_-_Vergütung.pdf

198 K

 

Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die aktuelle Vergütung des Stroms (alle Angaben in Cent):

Anlagentyp

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Feldanlagen

43,42

40,60

37,96

35,49

31,94

28,75

An oder auf einem Gebäude

54,53

51,80

49,21

46,75

43,01

39,57

Fassadenanlagen (zusätzlich)

5,0

5,0

5,0

5,0

entfällt

entfällt

 

 

 

 

 

 

 

über 30 kWp

51,87

49,28

46,82

44,48

40,91

37,64

über 100 kWp (ab 2009 bis 1 MWp)

51,30

48,74

46,30

43,99

39,58

35,62

Als Beispiel:

Beispiel 1:
Sie haben 2008 eine Gebäudeanlage errichtet (46,75 Cent) und zwar in die Fassade integriert (+ 5,0 Cent). Sie erhalten eine Vergütung von 51,75 Cent / kWh.
Diese Vergütung erhalten Sie die nächsten 20 Jahre.

Beispiel 2:
Sie errichten 2009 eine Dachanlage mit 40 kWh.
Für ein Drittel der Anlage (=30kWh) erhalten Sie eine Vergütung von 43,01 Cent / kWh. Für das restliche Drittel (10kWh) erhalten Sie 40,91 Cent / kWh.

 

Die Einspeisevergütung des Inbetriebnahmejahres bleibt für Sie 20 Jahre gleich! [126]

7.4.2.5 Photovoltaikanlage auf dem Dach des Darmstadtiums

Wie in der Einleitung schon erwähnt, wurden die Dachflächen des Darmstadtiums mit 408 Solarmodulen ausgestattet. Diese Solarmodule erzeugen ungefähr 180 Watt Strom pro Modul, also ungefähr 70.000 Kilowattstunden pro Jahr. Diese Energie wird ins Netz der NATURpur-Mutter HEAG Südhessische Energie AG (HSE) eingespeist.

Auf der 564 Quadratmeter großen Fläche wurden nicht wie sonst Solarmodule verschraubt, sondern die Solarmodule wurden auf Aluminiumwannen montiert, die von Betonklötzen gesichert werden. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das Dach des Darmstadtiums wasserdicht bleibt, da in das Dach keine Löcher für die Solaranlage gebohrt werden mussten.

Dank dieser Anlage werden ungefähr 32,5 Tonnen des Treibhausgases Kohlendioxid pro Jahr vermieden.

Diese Photovoltaikanlage wurde von der NATURpur Energie AG installiert und kostete insgesamt um die 400.000 €. Sie ist damit die derzeit größte Photovoltaikanlage der Stadt Darmstadt.

 

Noch mal einen kurzen Überblick über die Anlage:

 

Photovoltaikanlage auf dem Wissenschafts- und Kongresszentrum Darmstadt (darmstadtium)

 

Anlagenleistung:                                            73,44 kWp

Anzahl Photovoltaikmodule:                         408

Fläche Photovoltaikmodule:                         564 m²

Inbetriebnahme:                                             05.10.2007

Stromproduktion:                                           ca. 65.000 kWh/a

CO2-Ersparnis:                                              ca. 32,5 Tonnen/a

Kosten:                                                             rd. 398 TEUR (brutto)

7.4.2.6 Das Solarmodul

Aus dem Datenblatt ergeben sich die Kenndaten des Moduls MF180TD4

 

  • bei Sonneneinstrahlung von 1000 W/ m2 (Sommer, keine Wolke, senkrechter Sonnenstand) ergibt sich eine:
  • Spannung von U = 24,2 V und ein
  • Strom von I = 7,45 A 
  • Leerlaufspannung U0 = 30,6 V
  • Kurzschlussstrom Ik = 8,13 A
  • Abmessungen: 1,658 m x 0,834 m x 0,046 (B/H/T)
  • Fläche des Moduls: A = 1,3827 m²

Datenblatt der Module MF170-185DT4 als pdf - Dat

PV_Module_MF_170_-_185.pdf

502 K

7.4.2.7 Schaltplan

Dach A:

Durch eine Reihenschaltung von jeweils18 Modulen pro Strang und 9 parallelen Strängen liefert die Photovoltaikanlage bei maximaler Sonneneinstrahlung für das Dach A ca. 29,2 kW Leistung.

Dabei fließt ein Strom Impp = 67,05 A bei einer Spannung von Umpp = 435,6 V.

  • 18 Module in Reihe je Strang (= 18 x 24,2 V) = 435,6 V
  • Imax = 9 Stränge x 7,45 A = 67,05 A
  • 9 Stränge (à 18 Module) = 162 Module
  • Pmax = 9 x 435,6 V x 7,45 A =  29,2 kW
  • Pmax = 162 × 180W = 29,1 kW

Dach D links:

Durch eine Reihenschaltung von jeweils 20 Modulen pro Strang und 2 parallelen Strängen liefert die Photovoltaikanlage bei maximaler Sonneneinstrahlung für das Dach D links ca. 21,6 kW Leistung.

Dabei fließt ein Strom Impp = 44,7 A bei einer Spannung von Umpp = 484 V.

  • 20 Module in Reihe je Strang (= 20 x 24,2 V) = 484 V
  • Imax = 6 Stränge x 7,45 A = 44,7 A
  • 6 Stränge (à 20 Module) = 120 Module
  • Pmax = 6 x 484 V x 7,45 A = 21,6 kW
  • Pmax = 120 × 180W = 21,6 kW

Dach D rechts:

Durch eine Reihenschaltung von jeweils 21 Modulen pro Strang und 2 parallelen Strängen liefert die Photovoltaikanlage bei maximaler Sonneneinstrahlung für das Dach D rechts ca. 22,7 kW Leistung.

Dabei fließt ein Strom Impp = 44,7 A bei einer Spannung von Umpp = 508,2 V.

  • 21 Module in Reihe je Strang (= 21 x 24,2 V) = 508,2 V
  • Imax = 6 Stränge x 7,45 A = 44,7 A
  • 6 Stränge (à 21 Module) = 126 Module
  • Pmax = 6 x 508,2 V x 7,45 A = 22,7 kW
  • Pmax = 126 × 180W = 22,6 kW

Auf einer Fläche von 564 m² werden so jedes Jahr ca. 73440 kW/h Energie produziert.

Seit Inbetriebnahme der Anlage sind in den 2 Jahren etwa 146880 kW/h Energie produziert worden und rund 66 Tonnen des Treibhausgases Kohlendioxid vermieden worden.

Weiteres können Sie aus dem Schaltplan entnehmen.

Schaltplan.pdf

35 K

7.4.2.8 Wechselrichter

Die in der Photovoltaikanlage des Darmstadtiums verwendeten Wechselrichter (Powador 25000xi und 30000xi) stammen von der Firma Kaco Gerätetechnik GmbH.

PV-Anlagen erzeugen Gleichstrom, der über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden muss, um in das Netz eingespeist werden zu können. Die Wechselrichter haben einen großen Leistungsbereich, mit einem verhältnismäßigen hohen Wirkungsgrad von 95,5%.

Jeder der drei DC – Eingänge ist mit einem unabhängigen MPP – Tracker verbunden, der für Anpassungswirkungsgrade von 99% sorgt: maximale Stromausbeute.

 

Pro Phase speist ein Leistungsteil den Photovoltaikstrom mit höchster Effizienz ins Netz ein.

Auf keinen Fall darf die Maximalspannung am Gleichstromeingang (DC) überschritten werden. Auch die Stringspannung (Leerlaufspannung) darf nicht über die Umgebungstemperatur von -10°C bis +60°C steigen. Aber jeder Wechselrichter hat eine Temperaturüberwachung. Solange die Temperatur > 75°C ist gibt es eine temperaturabhängige Leistungsanpassung. Sollte die Temperatur >80°C werden, trennt sie sich automatische vom Netz ab und schaltet sich später wieder ein. Jeder WR hat einen Spannungsbereich, in dem er den Gleichstrom der Module in Wechselstrom umwandeln kann. Auch unter ungünstigen Bedingungen wie z.B. Verschattung, durch Schnee oder großer Hitze, sollten die Strings innerhalb dieses Spannungsbereiches liegen. Ein WR hat immer einen Spannungsbereich, in dem er besonders gute Wirkungsgrade hat. Bei trafolosen WR sind diese Spannungen hoch (300 bis 800V),

Was für die Spannung gilt, gilt natürlich auch für den Strom. Die Eingänge des WR dürfen nicht überlastet werden. Fließt ein zu hoher Strom, weil zu viele Module angeschlossen sind, regelt der WR die Leistung zurück. Dabei entstehen Verluste die man durch die richtige Verschaltung der Module vermeiden sollte.

Ein wichtigster Faktor bei Wechseltrichter ist der Wirkungsgrad. Er gibt an wie viel Prozent der von den Solarmodulen gelieferten Solarenergie in Wechselstrom umwandelt. Und welcher Teil im Wechselrichter verloren geht.

Diese Verluste können entstehen, wenn ein Wechselrichter zusätzliche Fähigkeiten, wie intelligentes Netzmanagement, Regelung der Einspeiseleistung, Blindleistungslieferung und natürlich Aufzeichnung und Weitergabe seiner eigenen Betriebsdaten, benötigt er dafür Energie und sind ein Teil der Verluste. [128]

 

Einen großen Überblick über die Wechselrichter:

  • Hoher Wirkungsgrad bis 96,5 %
  • Ein unabhängiger MPP - Tracker pro DC-Eingang
  • Trafolos
  • 3-Phasen-Überwachung
  • 7 Jahre Garantie
  • Vor-Ort-Service

Broschüre der Wechselrichter als pdf - Datei

Broschüre-_Wechselrichter.pdf

2.8 M

7.4.3 Überblick anhand eines Bildes

Auf dem folgenden Bild ist noch mal eine Übersicht über die einzelnen Themengebiete zu sehen, die zuvor ausführlich erklärt wurden. Daran kann man sich noch einen Überblick verschaffen, wie die einzelnen Komponenten zusammenhängen.

8. Wirtschaftliche Entwicklung der Photovoltaik

Umsatz- und Gewinnentwicklung ausgewählter Unternehmen der Photovoltaikbranche 2010/2011

Umsatz- und Gewinnentwicklung ausgewählter Unternehmen der Photovoltaikbranche jeweils in den ersten drei Quartalen der Jahre 2010 und 2011

 

In der vergangenen Woche gab das amerikanische Unternehmen First Solar bekannt, sein Werk in Frankfurt an der Oder zu schließen. Die Entscheidung, so erklärte Bundesumweltminister Norbert Röttgen, ist ein schwerer Schlag für die 1.200 Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer in einer Region, die große Hoffnungen in die Photovoltaikindustrie gesetzt hat. Vorausgegangen waren in den vergangenen Wochen und Monaten vermehrt Meldungen über die äußerst angespannte Lage auf dem Photovoltaik-Weltmarkt. Gleichzeitig kündigte First Solar an, auch einen Teil seiner Produktionsstätte in Malaysia still zu legen. Dort sind 650 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern betroffen. Was ist der Hintergrund dieser globalen Entwicklungen?

Tiefrote Zahlen trotz Rekord-Zubaus in Deutschland. Warum?

Vorwürfe und Erklärungsversuche, dass die am 29. März im Deutschen Bundestag (die Entscheidung des Bundesrates steht noch aus) verabschiedete Vergütungsanpassung für die Stromerzeugung aus Photovoltaikanlagen Ursache für die schwierige Branchensituation sei, gehen an der Realität vorbei und blenden die dramatische Entwicklung auf dem Weltmarkt für Photovoltaikmodule aus. Die tiefroten Zahlen vieler Hersteller sind entstanden, obwohl in 2010 und 2011 in Deutschland jeweils Photovoltaik-Module mit einer installierten Leistung von 7.500 MW ans Netz angeschlossen wurden. Zur Verdeutlichung: Im Jahr 2010 entsprach dies einem deutschen Anteil an den weltweit installierten Modulen von über 40 Prozent. Diese Entwicklung setzt sich fort: Schon jetzt ist absehbar, dass der Zubau in Deutschland auch in diesem Jahr den Zielkorridor von 2.500 bis 3.500 MW übertreffen wird. Darauf deutet der Zubau im 1. Quartal 2012 hin, der nach ersten Auswertungen deutlich über den Zahlen für das Vergleichsquartal des Vorjahres liegt.

Wie konnte es zu dieser Entwicklung kommen?

Eine der wesentlichen Ursachen ist der rapide und ungebremste Preisverfall für Photovoltaikmodule aufgrund massiver weltweiter Überkapazitäten. Bereits im Jahr 2010 stand einem Weltmarktvolumen für Photovoltaikmodule von 19.000 MW eine Produktionskapazität von 40.000 MW gegenüber. 2011 verschärfte sich die Situation dramatisch: Einem Weltmarktvolumen von 27.000 MW stand eine weltweite Produktionskapazität von 60.000 bis 70.000 MW gegenüber.

Selbst bei einem erneuten Rekord-Zaubau von 7.500 MW in Deutschland könnte der Produktionsüberhang nicht abgebaut werden, da die weltweite Produktionskapazität nahezu das zehnfache beträgt. Dieser ruinöse Wettbewerb der Hersteller kennt fast ausschließlich Verlierer.

Quelle: BMU, 25.04.2012

Entwicklung der Photovoltaik - Deutschland und weltweit - Stand 2009

9. Quellen

[1] Bildquelle: www.bpb.de/wissen/QDNZZC,,0,Verbrauch_von_Prim%E4renergie.html (stand November 2007)

[2] Siehe: www.bpb.de/wissen/QDNZZC,,0,Verbrauch_von_Prim%E4renergie.html (stand November 2007)

[3] Bildquelle: en.wikipedia.org/wiki/World_energy_resources_and_consumption (stand November 2007)

[4] Bildquelle: kobra.bibliothek.uni-kassel.de (stand November 2007)

[5] Sinngemäß nach: Sandner S.15

[6] Sinngemäß nach: Sandner S.16

[7] Sinngemäß nach: Sandner S.17

[8] Bildquelle: Multimedia Enzyklopädie 2003

[9] Sinngemäß nach: Sandner S.22

[10] Bildquelle: de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle (stand September 2007)

[11] Siehe: Sandner S. 23f

[12] Sinngemäß nach: Wagemann & Eschrich S.7

[13] Bildquelle: Wagemann & Eschrich S.8

[14] Sinngemäß nach: Wagemann & Eschrich S.10

[15] Bildquelle: Wagemann & Eschrich S.12

[16] Sinngemäß nach: Wagemann & Eschrich S.12f

[17] Sinngemäß nach: Sandner S. 24

[18] Siehe: de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle (stand September 2007)

[19] Sinngemäß nach: Wagemann & Eschrich S.63

[20] Siehe: de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle (stand September 2007)

[21] Sinngemäß nach: Sandner S.26f

[22] Bildquellen: de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle (stand September 2007)

[23] Bildquelle: Wagemann & Eschrich S.91

[24] Sinngemäß nach: Wagemann & Eschrich S.91

[25] Sinngemäß nach: Wagemann & Eschrich S.78f

[26] Bildquelle: Wagemann & Eschrich S.79

[27] Sinngemäß nach: Sandner S.26f

[28] Mehr dazu: Wagemann & Eschrich S.86

[29] Sinngemäß nach: Wagemann & Eschrich S.140

[30] Bildquelle: de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle (stand September 2007)

[31] Sinngemäß nach: Sandner S.28f

[32] Bildquelle: Wagemann & Eschrich S.162

[33] Sinngemäß nach: www.tu-chemnitz.de/etit/microtec/lehre/schuelerarbeit_solarneu/ (stand November 2007)

[34] Bildquelle: de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle (stand September 2007)

[35] Sinngemäß nach: Sandner S.30

[36] Bildquelle: www.solarintegration.de (stand November 2007)

[37] Sinngemäß nach: www.solarserver.de/solarmagazin/artikelmaerz2005.html (stand September 2007)

[38] Bildquelle: www.solarserver.de/solarmagazin/artikelmaerz2005.html (stand September 2007)

[39] Sinngemäß nach: www.solarserver.de/solarmagazin/artikelmaerz2005.html (stand September 2007)

[40] Sinngemäß nach: Sandner S.30f

[41] Tabelle basiert auf Daten von: de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle (stand September 2007)

[42] Bildquelle: Wagemann & Eschrich S.16

[43] Bildquelle: www.viessmann.at/web/austria/at_publish.nsf/AttachmentsByTitle/fr-photovoltaik.pdf/$FILE/fr-photovoltaik.pdf  S.4 (stand September 2007)

[44] Sinngemäß nach: Sandner S.147ff

[45] Sinngemäß nach: www.viessmann.at/web/austria/at_publish.nsf/AttachmentsByTitle/fr-photovoltaik.pdf/$FILE/fr-photovoltaik.pdf  S.10 (stand September 2007)

[46] Bildquelle: www.viessmann.at/web/austria/at_publish.nsf/AttachmentsByTitle/fr-photovoltaik.pdf/$FILE/fr-photovoltaik.pdf  S.10 (stand September 2007)

[47] Sinngemäß nach: Sandner S.153f

[48] Bildquelle: www.korona-solar.de/photo.htm (stand Oktober 2007)

[49] Sinngemäß nach: Sandner S.68-73

[50] Bildquelle: www.havelland-solar.de/seiten/photovoltaik.htm (stand Oktober 2007)

[51] Bildquelle: www.korona-solar.de/photo.htm (stand Oktober 2007)

[52] Sinngemäß nach: Sandner S.74-77

[53] Bildquelle: www.solarserver.de/lexikon/solardachziegel.html (stand Oktober 2007)

[54] Bildquelle: www.korona-solar.de/photo.htm (stand Oktober 2007)

[55] Sinngemäß nach: Sandner S.77-82

[56] Bildquelle: www.korona-solar.de/photo.htm (stand Oktober 2007)

[57] Sinngemäß nach: Sandner S.83-86

[58] Quelle für den Teil Trackersystem leider nicht mehr bekannt oder auffindbar. Da der Teil aber zu wichtig ist um einfach weggelassen zu werden, habe ich mich entschlossen ihn trotzdem zu verwenden.

[59] Bildquelle: www.hmsolar.de/inhalt/infos_inhalt.php (stand November 2007)

[60] de.wikipedia.org/wiki/Photovoltaikanlage (stand November 2007)

[61] Sinngemäß nach: Sandner S.60-62

[62] Siehe auch: Projektbericht Photovoltaikanlage der HEMS von Jens Möller und Maximilian Kerk (23.11.2003)

[63] Sinngemäß nach: Sandner S.57

[64] Bildquelle: systemtec.itool4.net/frontend/index.php (stand November 2007)

[65] Sinngemäß nach: Sandner S.58f

[66] Bildquelle: www.schreiber-haustechnik.de/solarstrom.htm (stand November 2007)

[67] Sinngemäß nach: Sandner S.105

[68] Bildquelle: www.viessmann.at/web/austria/at_publish.nsf/AttachmentsByTitle/fr-photovoltaik.pdf/$FILE/fr-photovoltaik.pdf  S.17 (stand September 2007)

[69] Sinngemäß nach: Sandner S.106

[70] Bildquelle: www.viessmann.at/web/austria/at_publish.nsf/AttachmentsByTitle/fr-photovoltaik.pdf/$FILE/fr-photovoltaik.pdf  S.12 (stand September 2007)

[71] Sinngemäß nach: Sandner S.110ff

[72] Sinngemäß nach: www.viessmann.at/web/austria/at_publish.nsf/AttachmentsByTitle/fr-photovoltaik.pdf/$FILE/fr-photovoltaik.pdf  S.12 (stand September 2007)

[73] Sinngemäß nach: Sandner S.155f

[74] Sinngemäß nach: Sandner S.200ff

[75] Sinngemäß nach: Sandner S.203f

[76] Bildquelle: Sandner S.204

[77] Sinngemäß nach: Sandner S.157

[78] Sinngemäß nach: Sandner S.173f

[79] Sinngemäß nach: Sandner S.174f

[80] Sinngemäß nach: Sandner S.175f

[81] Bildquelle: www.hmi.de/bereiche/SE/SE1/projekte/duennschicht/index.html (stand November 2007)

[82] Sinngemäß nach: www.hmi.de/pr/druckschriften/solar_energie_flyer.pdf S. 5 (stand November 2007)

[83] Bildquelle: www.hmi.de/bereiche/SE/SE1/projekte/duennschicht/index.html (stand November 2007)

[84] Sinngemäß nach: www.hmi.de/bereiche/SE/SE1/projekte/hetero/index.html (stand November 2007)

[117] Bildquelle: www.darmstadtium.de/index.cfm/content/derArchitekt/pa_li_id/1303.cfm

[118] Bildquelle: www.darmstadtium.de/index.cfm/content/derArchitekt/pa_li_id/1303.cfm

[120] Bildquelle: www.darmstadtium.de/index.cfm/content/das%20element%20darmstadtium/pa_li_id/321.cfm

[121] Bildquelle: de.wikipedia.org/wiki/Darmstadtium_(Kongresszentrum))

[122] Bildquelle: http://sonnendeal.de/html/solaranlage.html

[123] Bildquelle: sonnendeal.de/html/solaranlage.

[124] Sinngemäß nach: http://www.energiesparhaus-ratgeber.de/solarstrom-photovoltaik/aufbau-bestandteile-einer-photovoltaik-anlage-wie-ist-eine-photovoltaikanlage-aufgebaut.php

[125] Sinngemäß nach: http://solaranlagen.org/solarstrom-photovoltaik/kosten-ertraege

[126] Sinngemäß nach: http://www.solaranlagen-portal.de/photovoltaik-solaranlagen/foerderung-kosten/kosten/verguetung-solaranlage.htm

[127] Sinngemäß nach: http://www.solarserver.de/wissen/photovoltaik.html

[128] Sinngemäß nach: http://www.kaco-newenergy.de/de/site//produkte/photovoltaik/netzgebunden/zentralwechselrichter_powador_25000xi-33000xi_park/page/produkte/index_cat04.xml