Mario Sedlak
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Solarzellen im Nationalpark Neusiedlersee-Seewinkel

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Solarzellen aus der Nähe

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Solarzellen mit Akku für einen Elektrozaun

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Auf einer Berghütte, wo es kein Stromnetz gibt, sind Solarzellen schon lange die günstigste Stromquelle.

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Dächer bieten nur begrenzt Platz für Solarzellen.

Solarzellen

Solarzellen wandeln Sonnenlicht direkt in Strom um, der über elektronische Bauteile in das allgemeine Stromnetz eingespeist werden kann.

Vorteile

Solarzellen sind in der Bevölkerung die beliebteste Form der Ökostrom-Erzeugung, denn die meist am Dach montierten Module verursachen weder Lärm noch Abgase, stellen keine große Unfallgefahr dar und stören auch nicht das Landschaftsbild, wie es Windkraftwerken vorgeworfen wird.

Weitere Vorteile:

  • Durch die verbrauchsnahe Erzeugung werden Netzverluste vermindert.
  • Den meisten Strom erzeugen Solarzellen im Durchschnitt zur Mittagszeit – zur selben Zeit, wo auch der Stromverbrauch ein Maximum erreicht.

Nachteile

  • hohe Kosten – zwar sinkend, aber noch immer ein Mehrfaches von konventionellen Kraftwerken
  • schwankende Stromerzeugung – Wird in Deutschland allmählich zum Problem: Die über 37 GW Solarzellen[1] erzeugen zwar im Durchschnitt erst 5% des gesamten Stroms, aber zu Spitzenzeiten (sonniger Sonntagmittag bei minimalem Stromverbrauch) bereits rund 50%. Vor allem in ländlichen Gebieten zeichnet sich hier eine Grenze bei der Aufnahmefähigkeit der vorhandenen Stromnetze ab.
  • Solarzellen brauchen bei gleicher Jahreserzeugung mehr Netz- und Speicherkapazitäten als Windkraftwerke (1000 statt 2000–4000 Volllaststunden). – Ist für eine Vollversorgung mit Ökostrom zu beachten.
  • recht energieintensiv in der Herstellung – Eine Solaranlage muss rund 3 Jahre arbeiten, um die Energie zurückzugewinnen (Tendenz aufgrund von effizienterer Fertigung sinkend).

Ertrag

In Mitteleuropa können Solarzellen ungefähr 1000 kWh/kW/Jahr erzeugen, wenn sie optimal nach Süden ausgerichtet und fix montiert sind. Eine Südabweichung um +/–45° vermindert den Energieertrag um 10%. Werden die Solarzellen mit einem Motor immer optimal zur Sonne gedreht, steigt der Ertrag um 20–30%.[2]

Bei senkrechter Montierung erzeugen Solarzellen im Durchschnitt

  • 620 kWh/kW/Jahr an einer südseitigen Fassade
  • 465 kWh/kW/Jahr an einer ost- oder westseitigen Fassade

In Portugal liefern Solarzellen durchschnittlich 1900 kWh/kW/Jahr.

Flächenbedarf

Für eine Spitzenleistung von 1 kW ist je nach Art und Wirkungsgrad der Solarzellen eine Fläche von 610 m2 nötig. Bei Aufständerung und Südausrichtung belegen die Solarzellen ca. das 2,5-Fache ihrer eigenen Fläche.[3] Inklusive Zufahrtswege und dgl. ergeben sich 30–40 m2/kW. Bewegliche Solarzellen benötigen mehr Fläche, damit sie sich nicht gegenseitig verschatten.[4]

Potenzial

Bei der Einschätzung der Zukunftsaussichten von Solarzellen kommen deren Liebhaber ins Schwärmen. Man kann leicht vorrechnen, dass Solarzellen unseren gesamten Energiebedarf decken könnten. Interessant finde ich jedoch, dass selbst bei der Nutzung aller südorientierten Dachflächen Österreichs nur 10 TWh/Jahr (nach anderer Schätzung über 20 TWh/Jahr) an Solarstrom gewonnen werden könnten – das ist gerade ein Sechstel (bzw. ein Drittel) unseres heutigen Stromverbrauchs. Und dabei wollen wir doch am liebsten auch alle unsere Autos mit der "Kraft der Sonne" antreiben, oder? In Deutschland wurden vergleichbare Werte (max. 25% des Stromverbrauchs) errechnet.

Also theoretisch haben Solarzellen ein hohes Potenzial, aber von dessen Ausschöpfung sind wir sehr weit entfernt und Grenzen sind erkennbar. Solarzellen auf dem freien Feld werden bereits kritisiert.

Alternativen

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Sonnenkollektoren

Die Sonnenenergie kann man nicht nur zur Gewinnung von Strom, sondern auch zur Gewinnung von Wärme verwenden. Montiert man Sonnenkollektoren anstatt von Solarzellen am Dach, erntet man ca. 3 Mal so viel Energie (ca. 400 kWh/m2/Jahr). Damit kann man Heizen und Warmwasser erzeugen.

Die Wärme der Sonnenstrahlen kann man auch wie in einem Wärmekraftwerk zur Stromproduktion verwenden. Solche Sonnenwärmekraftwerke haben einen höheren Wirkungsgrad als Solarzellen, sind jedoch nur in heißen, trockenen (Wüsten-)Gebieten einsetzbar, z. B. in Spanien und Afrika. Für Mitteleuropa sind Sonnenwärmekraftwerke nicht geeignet. Von den Kosten her sind sie inzwischen nicht mehr günstiger als Solarzellen. Dafür lässt sich die von ihnen erzeugte Wärme leicht speichern, um so auch in der Nacht Strom zu erzeugen bzw. sich dem schwankenden Bedarf anzupassen – was Solarzellen nicht können.

Weiter

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Weblinks

Literatur

Zeitschriften

Quellen

[1] Kraftwerksliste der Bundesnetzagentur (XLS)
[2] Photovoltaic Austria: PV-Auslegung, Abschnitte "Energieertrag in Abhängigkeit der Ausrichtung der PV-Anlage und der Dachneigung" und "Strahlungsgewinn durch Nachführung"
[3] Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme: Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland (PDF, 3 MB), 2013, S. 30
[4] Photon, 10/2009, S. 57f.