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Photovoltaik – Systeme und Anwendungen

Kraftwerk Sonne

Aus Licht wird Strom

Diese Information soll helfen, sich für eine Photovoltaikanlage

und damit für die Umwelt zu entscheiden. Denn eine Photo-

voltaikanlage erzeugt Strom ohne die Umwelt zu belasten,

Strom aus Sonnenenergie.

Der Betrieb von Solarstromanlagen ist durch die erhöhte Ein-

speisevergütung pro kWh Solarstrom wirtschaftlich attraktiv.

Die Bedingungen, sich für eine zukunftsfähige Stromerzeugung

mit Sonnenenergie zu engagieren, sind geschaffen.

Der Solarenergieförderverein Bayern e. V. (SeV) und der Bundes-

verband Solarwirtschaft e. V. (BSW) haben zur Erstellung dieser

Broschüre zusammengearbeitet, um gemeinsam zu motivieren,

die Kraft der Sonne zu nutzen.

INHALT 4 Immense Potenziale – Solarstrom in Deutschland

6 Aus Licht wird Strom – Prinzip und Komponenten

8 Sonne ernten – Der Solargenerator

10 Das eigene Kraftwerk auf dem Dach

12 Alles ist möglich – Montage

14 Der Weg zur eigenen PV-Anlage

16 Solarstrom: Für die Umwelt rechnet er sich. Und für Sie? – Förderung

18 Zukunft Gebäude- integration

20 Beispiel Großanlage: 1 MW Solardach München- Riem

22 Erfahrungen mit PV-Anlagen – Sonne in der Schule

Zukunftsbewusst gedacht – umweltbewusst gehandelt

Zur Geschichte der Photovoltaik

1839 Becquerel entdeckt den photoelektrischen Effekt –die Geschichte der Photo-voltaik beginnt

1876 Adams und Day weisen den photoelektrischen Effekt bei einem Selenkristall nach –erstmals wird Strom aus Licht erzeugt

1904 Hallwachs legt mit der Unter-suchung des Photoeffekts den Grundstein zur Entwick-lung der Photozelle, der Photoelektrizität sowie der Lichtquantenhypothese

1905 Einstein erklärt den photo-elektrischen Effekt

1918 Czochralski entwickelt ein Verfahren zur Herstellung monokristalliner Materialien

1921 Einstein erhält für seine Erklä-rung des photoelektrischen Effekts den Nobelpreis

1954 Chapin, Fuller und Pearson produzieren die ersten Silizi-umzellen (Wirkungsgrad 4 %)

1956 Beginn der terrestrischen Anwendungen für die Relais-station einer Telefonleitung in Georgia

1958 Der erste mit Solarzellen bestückte Satellit wird ins All geschickt

1976 Die ersten amorphen Silizium-solarzellen werden produziert

1977 Die weltweite Photovoltaik-Produktion überschreitet 500 kW

Titelbild: Solardach München-Riem, 1 MW-PV-Anlage auf den B-Hallen der Messe München (Foto: E.ON Bayern AG)

Diese Doppelseite:Einkristalline Si-Scheiben und Stab (Foto: PV Silicon AG)

Energie ist unverzichtbar Der Energiehunger der Weltbevölkerung ist immens und wächst

Jahr für Jahr. Eine moderne, funktionierende Gesellschaft ohne

ausreichende Energieversorgung ist nicht möglich. Doch die

Energieerzeugung birgt auch Gefahren für Mensch und Umwelt.

Fossile Energieträger wie Kohle, Mineralöl und Gas bestimmen

noch immer die Energieversorgung – weltweit. Sie erzeugen bei

ihrer Verbrennung Schadstoffe. Moderne Technik hilft zwar, diese

Emissionen zu minimieren, völlig verhindern kann sie diese jedoch

nicht. Alternativen sind daher mehr gefragt denn je, zumal die

fossilen Vorräte zur Neige gehen.

Die Sorge um die Umwelt spielt neben der Versorgungssicherheit

eine immer stärker werdende Rolle. Steigende Energiepreise und

die Zunahme von extremen Naturereignissen verdeutlichen die

Notwendigkeit, Alternativen zu entwickeln und auszubauen. Dies

gebietet die Verantwortung für die Umwelt und die nachfolgen-

den Generationen.

Erneuerbare Energien bilden einen wichtigen Baustein der zukünf-

tigen Energieversorgung. Die Erzeugung von Strom und Wärme

aus Biomasse, Wind, Wasser und der Kraft der Sonne gewinnt

immer mehr an Bedeutung. Die Sonne ist die Basis aller regene-

rativen Energien.

Kein Leben ohne Sonne

Die Lufthülle der Erde, die Meere und Landmassen saugen quasi

die Sonnenstrahlung auf und wandeln sie in Wärme um. Dadurch

wird die Erdoberfläche im Mittel auf etwa 15 °C erwärmt. Diese

Temperatur ist die Grundvoraussetzung für alles Leben.

Die Menschen, die Tiere und Pflanzen verdanken daher der Sonne

die Existenz. Selbst der natürliche Wasserkreislauf und das Ent-

stehen von Wind werden von dieser Sonneneinstrahlung aus-

gelöst und in Bewegung gehalten.

Bereits seit gut vier Milliarden Jahren versorgt die Sonne schon die

Erde mit Wärme und Licht. Und sie wird dies mit Sicherheit auch

die nächsten vier Milliarden Jahre tun.

3Solarenergieförderverein Bayern – Kraftwerk Sonne

1983 Das erste deutsche und zu-gleich größte europäische PV-Kraftwerk mit 300 kW Leistung geht auf der Insel Pellworm in Versuchsbetrieb

1991 Das Stromeinspeisungsgesetz tritt in Deutschland in Kraft. Die kWh Solarstrom wird mit mindestens 8,49 Cent vergütet, dies führt zu ersten standardisierten Anlagen im Hausbereich (1-5 kW). In Aachen wird die erste Photovoltaikfassade der Welt errichtet

1992 In Flanitzhütte im Bayeri-schen Wald wird von E.ON Bayern erstmals in Europa eine ständig bewohnte Ansiedlung auf eine autar-ke „Inselversorgung“ mit Photovoltaik umgestellt

1994 Im Rahmen von „Sonne in der Schule“ werden unter Federführung von E.ON Bayern sukzessive 544 bayerische Schulen mit Bau-sätzen zur Errichtung einer eigenen PV-Anlage zu Lehr-zwecken ausgestattet. In Unterföhring bei München startet E.ON Bayern „Bürger für Solarstrom“, die erste Bürgerbeteiligungsanlage.

1997 Auf der Messe München wird die mit 1 MW installier-ter Leistung weltgrößte PV-Aufdachanlage in Betrieb genommen. In Deutschland sind insgesamt 14 MW Pho-tovoltaik installiert.

1999 Die kumulierte weltweite PV-Leistung erreicht 1.000 MW

2000Das Erneuerbare-Energien-Gesetz tritt in Deutschland in Kraft.

2002Die kumulierte weltweite PV-Leistung erreicht 2.000 MW

2004Die kumulierte weltweite PV-Leistung erreicht 4.000 MW

Der Ertrag von PV-Anlagen, also der erzeugte Solarstrom, ist von der eingestrahlten Solar- energie abhängig, der Globalstrahlung. Der vieljährige Durchschnittswert in Deutschland liegt bei 1.037 kWh/m2. Der niedrigste Einstrahlungswert ergab sich 2004 mit 911 kWh/m2 im Bereich des Hochsauerlandes, der höchste mit 1.202 kWh/m2 nordnordöstlich von München.

Karte: Deutscher Wetterdienst, Klima- und Umweltberatung Hamburg

Immense Potenziale

Die Kraft der Sonne ist enorm. Sie strahlt im Jahr 15.000 mal mehr

Energie auf die Erde als von der gesamten Weltbevölkerung ver-

braucht wird. In Deutschland treffen jährlich im Schnitt ca. 1.000

Kilowattstunden (kWh) Solarenergie pro Quadratmeter auf. Dies

entspricht dem Energiegehalt von 100 Litern Heizöl.

Die Nutzung der Sonnenenergie zur Stromerzeugung hat in den

letzten Jahren erheblich zugenommen. Innerhalb von nur 5 Jahren

hat sich die gesamt installierte Photovoltaik-Leistung auf 858 MW

mehr als verzehnfacht. Im Jahr 2005 wurde die Schwelle von 1.000

MW überschritten. Über 150.000 Solarstromanlagen sind mittler-

weile in Deutschland installiert. Allein 2004 kamen 40.000 Anlagen

mit einer Leistung von 450 MW neu hinzu.

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Marktentwicklung Photovoltaik – Gesamt installierte PV-Leistung in Deutschland in MWp

Marktdaten 2004 858 MW gesamt installierte PV-Leistung 450 MW neu installierte PV-Leistung 40.000 installierte PV-Systeme 1,7 Mrd. ¤ Umsatz 20.000 Arbeitsplätze (Quelle: BSW)

858

Photovoltaikanlagen für Neu- und Altbauten sind in Deutschland

meist netzgekoppelte Anlagen, d. h. die Solaranlage liefert

Wechselstrom und ist mit dem Stromnetz verbunden. Der erzeug-

te Solarstrom wird, seit es die erhöhte Vergütung gibt, meist voll-

ständig ins öffentliche Netz eingespeist. Wer möchte, kann den

Strom jedoch auch ins eigene Hausnetz einspeisen und selbst

verbrauchen.

Die Solarmodule auf dem Dach erzeugen Gleichstrom, der in

einem Wechselrichter zu haushaltsüblichem Wechselstrom mit

230 Volt Spannung umgewandelt wird.

Solarzellen erzeugen über ihre Lebensdauer ein Vielfaches

der Energie, die zu ihrer Herstellung benötigt wird.

4 bis 7 Jahre benötigt eine Photovoltaikanlage zur

Erzeugung der Strommenge, die zu ihrer Herstellung auf-

gewendet wurde. Danach ist die Bilanz positiv, sie erzeugt

sauberen Strom ohne den Verbrauch von Ressourcen.

Es geht auch ohne Schadstoffausstoß

Strom erzeugen ohne im Betrieb die Umwelt zu belasten geht nur

mit Erneuerbaren Energien wie Wind, Wasser, Biomasse oder der

Sonne. Die solare Stromerzeugung – Photovoltaik genannt – ist

eine der elegantesten Arten.

Eine Anlage mit einer Fläche von 10 Quadratmetern liefert an

einem sonnigen Sommertag eine elektrische Energie von 6 Kilo-

wattstunden. Je nach Standort beträgt der Solarertrag dieser An-

lage im Jahr 700 bis 1.000 Kilowattstunden Strom. Die Umwelt wird

dadurch im Schnitt um 660 kg/kWh Kohlendioxid (CO2) entlastet.

Solarmodule bieten auch architektonische Gestaltungsmöglich-

keiten. So kann die Optik eines Hauses positiv verändert und ein

ästhetischer Akzent gesetzt werden.


Trotz dieser hohen Zuwachsraten hat die Photovoltaik heute einen

noch bescheidenen Anteil von unter 1 % an der Stromerzeugung

in Deutschland. Wenn sich das Wachstum der letzten zehn Jahre

fortsetzt, wird die Solarenergienutzung eine tragende Säule der

Energieerzeugung. Photovoltaik allein kann die Umwelt- und

Energieprobleme nicht kurzfristig lösen, mittelfristig wird sie jedoch

eine wichtige Rolle einnehmen, auch durch die Schaffung neuer

Arbeitsplätze. 2004 waren 20.000 Menschen in der Photovoltaik-

Branche beschäftigt, doppelt so viele wie 2002.

Eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage funktioniert im Prinzip

ganz einfach. Licht fällt auf die Solarzellen, die daraus Gleichstrom

machen. Die Solarzellen sind zu Solarmodulen verschaltet,

die Solarmodule zum Solargenerator. Der Gleichstrom wird im

Wechselrichter zu Wechselstrom umgewandelt und direkt ins

Stromnetz eingespeist.

Die Solarzelle 95 % aller Solarzellen werden aus Silizium hergestellt. Silizium ist

nichts anderes als Quarzsand, eines der häufigsten Elemente der

Erde, ähnlich unerschöpflich wie die Sonne.

Damit aus Sand eine Siliziumscheibe wird und aus dieser Strom

fließen kann, muss das Silizium hoch gereinigt und kristallisiert

werden. Dann wird es in Scheiben gesägt, gezielt verunreinigt und

mit Leiterbahnen zum Stromtransport versehen.

Nur so fließt auch Strom

Fällt Licht auf eine Siliziumscheibe, werden Elektronen freige-

setzt. Damit diese genutzt werden können, wird die Zelle auf der

Vorder- und der Rückseite mit unterschiedlichen Fremdatomen,

z. B. Bor und Phosphor, gezielt verunreinigt. Dadurch wandern die

Elektronen alle auf eine Seite und die positiven Ladungsträger auf

die andere. Es entsteht ein Plus- und ein Minuspol wie in einer

Batterie. Wird ein Verbraucher angeschlossen, fließt Strom.

Produktionsschritte eines Solarmoduls (Grafik: Shell Solar)

Besäumen des Einkristalls

Scheiben sägen

Phosphor-Diffusion

Solarzelle

Verketten

Rahmung

Solarmodul

Laminieren

Aus Licht wird Strom – Prinzip

und Komponenten

Rohsilizium

Solarzelle (Foto: Q-Cells)


Siebdruck der Leiterbahnen

Ziehen des Einkristalls aus derSiliziumschmelze

Dünnschichtsolarzellen: In den letzten Jahren werden verstärkt

Dünnschichtsolarmodule entwickelt, die eine kostengünstige

Option zur Nutzung der Sonnenenergie darstellen, da sie extrem

wenig Halbleitermaterial benötigen und in Zukunft in hochauto-

matisierten Produktionsanlagen in großen Mengen hergestellt

werden können.

Hierbei werden die photoaktiven Halbleiter als dünne Schichten auf

Glasscheiben aufgebracht, dort direkt zu Modulen verschaltet und

mit einer zweiten Glasplatte hermetisch versiegelt. Am weitesten

verbreitet sind die amorphen Siliziumzellen, die in Taschenrech-

nern und anderen Kleingeräten Anwendung finden. Ihr Wirkungs-

grad liegt bei 6-8 %. Mit neuen Materialien, wie beispielsweise

CdT (Cadmium-Tellurid) und CIS (Kupfer-Indium-Diselenid), wurden

Dünnschichtsolarmodule mit höherem Wirkungsgrad (8-10 %) ent-

wickelt.

Die genannten Wirkungsgrade werden unter Standard-Testbedin-

gungen bestimmt, d. h. bei einer Globalstrahlung von 1.000 W/m2

bei 25 °C Modultemperatur sowie einem Spektrum des Sonnen-

lichtes entsprechend Air Mass 1,5. Im praktischen Betrieb ändern

sie sich leicht, da beispielsweise der Wirkungsgrad der Solarzellen

bei steigender Temperatur etwas sinkt.

Rückseiten-kontakt

p-Halbleiterschicht

pn-Übergang

n-Halbleiterschicht

Antireflexschicht

VorderseitenkontaktgitterPhoton

+-

Aufbau einer Solarzelle

Selbst geringe Lichtstärken, wie sie bei bewölktem Himmel auftre-

ten, werden in der Solarzelle in Strom umgesetzt. Die Stromstärke

ist allerdings proportional zur Lichtstärke – je mehr Sonnenschein,

desto mehr Solarstrom. Die Spannung der Solarzelle bleibt dage-

gen fast unverändert.

Eine Siliziumzelle erzeugt eine Spannung von etwa 0,6 Volt. Die

Stromstärke hängt von der Größe der Zelle ab. Die typischen

Solarzellen mit einer Größe von 15 cm x 15 cm erzeugen etwa

5,5 Ampere Strom. Eine einzelne Zelle hat bei voller Bestrahlung

eine Leistung von etwa 3,4 Watt. In einer 1 kWp-Anlage sind somit

etwa 300 Solarzellen verschaltet.

Folgende Modultechnologien werden derzeit bevorzugt genutzt:

Monokristalline Solarzellen: Siliziumsolarzellen werden üblicher-

weise aus Säulen oder Blöcken in 0,25 mm dicke Scheiben gesägt.

Eine Säule, die aus einem einzigen Kristall besteht, wird aus

flüssigem Silizium gezogen. Die daraus gefertigten Solarzellen

nennt man monokristallin. Ihr Wirkungsgrad zur Umwandlung von

Sonnenenergie in Strom erreicht 14-16 %.

Polykristalline Solarzellen: Wird das flüssige Silizium in Blöcke

gegossen, ergibt sich bei der Erstarrung die typische Eisblumen-

struktur aus einer Vielzahl von einzelnen Kristallen. Die daraus

hergestellten Zellen werden als polykristallin bezeichnet. Ihr

Wirkungsgrad beträgt 13-15 %.

Solarmodule (Foto: Sunways)


Das Solarmodul

Die einzelnen Solarzellen werden verschaltet und in Solarmodulen

wetterfest eingepackt. Nach vorne werden sie üblicherweise von

einer Glasscheibe abgedeckt, hinten schützt eine Folie. Für den

Einsatz in Fassaden gibt es Module, bei denen die Zellen zwischen

zwei Glasscheiben liegen. Zwischen den Zellen kann man hin-

durchschauen.

Die Module werden in Größen von einigen Watt bis zu 300 Watt

Leistung angeboten. Gängig sind Module mit einer Leistung

zwischen 100 und 150 Watt. Alle Module der führenden Hersteller

werden nach internationalen Standards gefertigt und ständig kon-

trolliert, damit höchste Qualität garantiert ist. Solarmodule sind

mit etwa 10-15 kg/m2 echte Leichtgewichte. Sie werden in Größen

bis zu 3 m2 angeboten. Auch Solardachziegel sind auf dem Markt

erhältlich. Sie werden anstelle normaler Dachziegel montiert.

Die Systemtechnik

Photovoltaikanlagen sind zu unterscheiden in netzgekoppelte

Anlagen und Inselsysteme. Bei netzgekoppelten Anlagen erzeugt

der Solargenerator mit Hilfe des Sonnenlichts Gleichstrom.

Wechselrichter wandeln diesen um in Wechselstrom, der in das

lokale Nieder- oder Mittelspannungsnetz eingespeist wird. Dieses

bildet quasi den Energiespeicher, da Einspeisung und Verbrauch

im eigenen Haus meistens nicht synchron sind. In Gegenden ohne

Netzanbindung werden Inselsysteme mit einem Energiespeicher

in Form einer Batterie eingesetzt.

Solarfassade der TÜ-Arena, Tübingen (Foto: SunTechnics)


Netzgekoppelte Photovoltaik-Anlage

Transparente Solarmodule (Foto: SMA Technologie AG)

Wechselrichter (Foto: SMA Technologie AG)

Der Wechselrichter

Wechselrichter wandeln den solar erzeugten Gleichstrom in haus-

haltsüblichen Wechselstrom von 230 Volt um und machen es mög-

lich, dass der Solarstrom von allen Hausgeräten verwendet und in

das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann. Der Wechsel-

richter sollte nicht zu weit entfernt von den Solarmodulen instal-

liert werden, da in Gleichstromleitungen höhere Verluste auftreten

als in Wechselstromleitungen.

Der Einspeisezähler

Wieviel Solarstrom ins öffentliche Netz eingespeist wurde, misst

der Einspeisezähler. Dieser Strom wird vom Stromversorger ver-

gütet.

Die Lebensdauer

Bei den Modulen ist von einer Lebensdauer von mindestens 25 Jah-

ren auszugehen, man erhält für sie meist eine Leistungsgarantie

von 80 % für die Dauer von 20-25 Jahren. Für Wechselrichter sind

heute 5-10 Jahre Garantie üblich. Es ist davon auszugehen, dass sie

einmal während der Lebensdauer der PV-Anlage ersetzt werden.

Der Erntefaktor

Ein Energiesystem ist nur nachhaltig, wenn es in seiner Lebens-

dauer mehr Energie produziert, als seine Herstellung, der Betrieb

und die Entsorgung benötigen. Das Verhältnis zwischen der produ-

zierten Energie und der von Herstellung bis Entsorgung benötigten

Energie wird als Erntefaktor bezeichnet. Unter den Solarmodulen

weisen Dünnschichtmodule den höchsten Erntefaktor von etwa 11

für amorphes Silizium und 20 für CIS beim Einsatz in Deutschland

auf. Monokristallines Silizium erreicht in Deutschland 5,5 und poly-

kristallines Silizium den Wert 8.


Wechselrichter (Foto: Fronius International GmbH)

Das eigene Kraftwerk

auf dem Dach

Technisch ausgereift

Photovoltaik (PV) ist eine ausgereifte Technik, die es heute schon

jedem erlaubt, auf dem Dach oder an der Fassade des eigenen

Hauses zuverlässig Strom zu produzieren. In Zukunft werden zwar

noch weitere Steigerungen des Wirkungsgrades der Solarzellen

erwartet, doch erfahrungsgemäß erfolgen diese nur in kleinen

Schritten.

Netzanschluss, warum?

Mit einer Solarstromanlage könnte man problemlos eine autarke

Stromversorgung aufbauen und sich unabhängig vom Stromnetz

machen. Die Anlage müsste dann allerdings so groß gewählt sein,

dass auch im Winter noch genügend Strom erzeugt wird, und es

müsste ein großer Stromspeicher, z. B. eine Batterie installiert

sein. Aufgrund der höheren Kosten und des stark ausgebauten

Stromnetzes haben die meisten Anlagen einen Netzanschluss.

So werden hierzulande so genannte Inselsysteme nur bei z. B.

Berghütten eingesetzt, die keine Anbindung an das öffentliche

Stromnetz haben.

Unter den derzeitigen politischen Rahmenbedingungen mit der

erhöhten Vergütung des eingespeisten Stromes, ist die netzgekop-

pelte PV-Anlage die sinnvollste Lösung. Das Netz ist dabei gewis-

sermaßen der Speicher der erzeugten Energie. Der produzierte

Solarstrom wird ins Netz eingespeist, ein Zähler erfasst die Menge,

die dann vergütet wird. Der eigene Strombedarf wird weiterhin

aus dem Netz bezogen. Durch die Differenz aus der Einspeise-

vergütung und den Kosten für den benötigten Strom amortisiert

sich die Investition in die PV-Anlage nach ca. 12-16 Jahren.

Nicht festgelegt ist bislang, wie hoch die Vergütung nach Ablauf der

20 Jahre sein wird, wenn also die garantierte Einspeisevergütung

wegfällt. Die PV-Anlage wird auch darüber hinaus noch funktions-

fähig sein. Hier wäre dann denkbar – sollten keine so günstigen

Konditionen zur Abnahme des erzeugten Stromes bestehen – die-

sen tatsächlich selbst zu verwenden. Dies ließe sich ohne größe-

ren technischen Aufwand bewerkstelligen und die Stromrechnung

entsprechend reduzieren.

Das eigene Kraftwerk auf dem Dach (Foto: IBC SOLAR AG)

Ausgereifte Technik für zuverlässige Stromproduktion(Foto: MHH Solartechnik)

Solarstrom und Architektur – vorbildliche Synthese (Foto: Architekten Tina Volz)


Solardach (Foto: Diergardt)

Südliche Ausrichtung als Voraussetzung (Foto: Biohaus)

Grundvoraussetzungen

Zunehmend kommen bei Freiflächen nachgeführte PV-Anlagen

auf den Markt, die einachsig nachgeführt einen Mehrertrag von

bis zu 20 % bringen, zweiachsig bis zu 27 %.

Damit sie möglichst viel Strom liefert, benötigt die Photovoltaik-

anlage ausreichend Licht. Daher dürfen Nachbargebäude, Schorn-

steine oder Bäume die Anlage nicht beschatten. Aufgrund der

Verschaltung der Module kann die Abschattung eines kleinen Teils

eines Moduls die Leistung der ganzen PV-Anlage deutlich redu-

zieren. Deshalb sind auch kleine Schatten, z. B. durch Zweige, zu

vermeiden.

Bei einem Gebäude mit Flachdachaufständerung ist zu berück-

sichtigen, dass hintereinander aufgestellte Solarmodulreihen

ebenfalls Schatten werfen. Ausreichend Abstand zwischen den

einzelnen Modulen verhindert dies.

Der Ertrag einer Solarstromanlage hängt davon ab, wie die

Solarmodule zur Sonne ausgerichtet sind. Übers Jahr ist der

Stromertrag am höchsten, wenn sie nach Süden orientiert in

einem Winkel von etwa 30° zur Horizontalen aufgestellt werden.

Doch auch bei einer Abweichung von der optimalen Ausrichtung

vermindert sich die Stromausbeute nur geringfügig. Ist das Dach

nach Süd-West oder Süd-Ost orientiert, reduziert sich der Ertrag

nur um etwa 5 %. Das gleiche gilt auch für den Neigungswinkel.

Bei den typischen Dachneigungen von 45° bis 60° reduziert sich

der Ertrag nur um maximal 10 %. Selbst bei senkrechter Montage

in der Fassade, werden bei südlicher Ausrichtung noch 70 % des

optimalen Ertrags erreicht.

SSW45°

SO45°

W90°

O90°

70 %

70 %68 %

62 %

60 %

100 %96 %95 %

85 %83 %

Kenngrößen (Stand Feb. '06)

Preis: Pro Kilowatt installierter Anlage ist mit einem Preis

von rd. 6.000 Euro zu kalkulieren.

Fläche: Pro Kilowatt installierter Anlage ist bei kristallinen

Modulen mit einer Fläche von ca. 8 m2 zu rechnen.

Ertrag: Pro Kilowatt installierter Anlage ist mit einem

jährlichen Ertrag von ca. 850 kWh zu rechnen.

Vergütung: Die Einspeisevergütung wird 20 Jahre plus das

Jahr der Inbetriebnahme bezahlt. Für eine Aufdach-PV-

Anlage bis 30 kW installierter Leistung, die 2006 in Betrieb

genommen wird, beträgt die Vergütung 51,80 Cent/kWh.


Der solare Ertrag ist von Ausrichtung und Neigung abhängig.

Verschiedene Möglichkeiten, Solarmodule zu installieren:

Aufdachmontage, Dachintegration, Flachdach-Aufständerung,

Flachdach-Integration, Verschattung, Solarfassade,

(Quelle: BP Solar)

Montagemöglichkeiten

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine Photovoltaikanlage am

Gebäude zu installieren:

Geneigte Dächer

Ist das Dach des Hauses geneigt, kann zwischen der Aufdach-

und der Indachmontage der Solarmodule gewählt werden. Am

gebräuchlichsten ist die Aufdachmontage. Die Module werden

oberhalb der Dachhaut montiert. Dazu werden die Solarmodule

mit Metallkonstruktionen verschraubt, die an Dachhaken befes-

tigt sind. Der Vorteil der Aufdachmontage liegt darin, dass die

Dachhaut unverändert bleibt und weiterhin die Abdichtung über-

nimmt.

Die eleganteste Lösung ist die Indachmontage, denn die Solar-

module werden in der Ebene der Dachhaut montiert und ersetzen

so Ziegel oder Dachplatten. Sie übernehmen damit die abdichten-

de Funktion der Dachpfannen, weshalb die Installation aufwändi-

ger ist.

Flachdach

Hier werden die Solarmodule entweder schräg im optimalen

Winkel auf einer Halterung montiert oder flach als flexible

Bahnen dachintegriert verlegt. Die Aufständerung ermöglicht eine

optimale Ausrichtung nach Süden und ist besonders einfach zu

installieren. Die dachintegrierte PV-Anlage, ideal für leichte Dach-

konstruktionen, dient gleichzeitig auch zur Abdichtung.

Fassade

Ein noch wenig erschlossenenes Potenzial stellen Fassadenflächen

dar. Gerade bei Sanierungsarbeiten oder im Neubau größerer Ge-

bäude bietet sich der Einsatz der Photovoltaik an. Im EEG ist

für Fassadenanlagen wegen des standortbedingten geringeren

Ertrages ein Vergütungs-Bonus von zusätzlich 5 Cent/kWh festge-

schrieben.


Dachintegrierte 15 kW PV-Anlage (Foto: Solar World)

Aufdach-PV-Anlage (Foto: Energiebau)

Kultur- und Bürgerhaus Denzlingen: PV als Dachfolie, sogar bei den Investitionen günstiger als

das ursprünglich vorgesehene Metalldach (Fotos: Bürgermeisteramt Denzlingen)Vielfach prämierte PV-Fassade eines Gebäudesanierungsprojektes in Freiburg

(Foto: rolf + hotz architekten)

Die Kräfte des Windes sollten nicht unterschätzt werden. Deshalb

verankern Solarfachfirmen die Photovoltaikanlage im Schrägdach

fest auf den Sparren. Beim Flachdach treten deutlich größere

Kräfte auf, weshalb eine aufgeständerte Anlage ausreichend

befestigt werden muss und der Fachbetrieb im Zweifel einen

Statiker zuzieht.


Aufdach-Photovoltaikanlage (Foto: Energiebau)

PV-Anlage mit 1,2 kWp

(Foto: Heizmann-System-Elektronik)

Doppelhaushälfte mit PV- und Solarthermie-Anlage (Foto: Eugen Kuntze)

Anlagengröße

Theoretisch gibt es keine Grenze dafür, wie groß eine Photovoltaik-

anlage sein sollte. Für einen kleinen Solar-Taschenrechner genügen

winzige Solarzellen. Eine Großanlage wie die 1 Megawatt-Anlage

auf der Messe München hingegen arbeitet mit mehreren hundert-

tausend Solarzellen. Im privaten Anwendungsbereich besitzen

Photovoltaikanlagen in der Regel Leistungen zwischen drei und

fünf Kilowatt.

Je mehr Sonne, desto mehr Solarstrom. Die momentane

Leistung eines Photovoltaik-Moduls ist proportional zur Stärke

der Sonneneinstrahlung. Angegeben ist daher immer die

Spitzenleistung in Kilowatt peak (kWp), die das Modul bei einer

Bestrahlungsstärke von 1.000 Watt pro Quadratmeter und einer

Temperatur von 25 °C erreicht.

Die Größe einer Photovoltaikanlage richtet sich nach der

Strommenge, die solar erzeugt werden soll, der vorhandenen

(Dach-)Fläche zur Aufstellung der Module oder den finanziellen

Möglichkeiten des Bauherren. Zuerst ist festzulegen, welcher

Anteil des Strombedarfs rechnerisch solar gedeckt werden soll.

Eine 3 kW-Anlage erzeugt im Jahr etwa 2.500 kWh Strom. Ein Drei-

Personen-Haushalt mit einem Strombedarf von 2.500 kWh deckt –

über das Jahr gesehen – mit dem Solarstrom einer 3 kW-Anlage

seinen Strombedarf. Im Sommer wird natürlich mehr ins Netz

eingespeist als verbraucht und im Winter mehr aus dem Netz

bezogen.

Stromsparende Geräte im Haushalt erhöhen den Solaranteil ohne

dass die Anlage vergrößert werden muss.

Dauerhafte Einnahmen

Über einen Einspeisezähler kann das Energieversorgungsunter-

nehmen (EVU) ablesen, wieviel Solarstrom in das öffentliche Netz

eingespeist wurde.


Die Bundesregierung hat die Netzbetreiber im Erneuerbare-

Energien-Gesetz (EEG) verpflichtet, den eingespeisten Solarstrom

20 Jahre lang (+ das Jahr der Inbetriebnahme) mit einem erhöhten

Satz pro kWh zu vergüten. Dieser Vergütungssatz reduziert sich

Jahr für Jahr um 5 % bis 6,5 % für Anlagen, die in Zukunft realisiert

werden – jede Anlage erhält allerdings den Vergütungssatz aus

dem Jahr der Inbetriebnahme über 20 Jahre.

Montage

Um eine Photovoltaikanlage mit ein bis drei Kilowatt auf dem

Dach zu installieren, benötigen Fachfirmen in der Regel zwei Tage.

So schnell wird kein anderes Kraftwerk gebaut.

Nachdem die Techniker das Dach vorbereitet haben, werden die

Module montiert, verkabelt und an den Wechselrichter angeschlos-

sen. Dieser kann direkt unter dem Dach montiert werden oder

z. B. neben dem Zählerkasten im Keller. Über den Wechselrichter

wird das Solar-Kraftwerk mit dem Hausnetz verbunden. Ist der

Einspeisezähler montiert, kann das Kraftwerk in Betrieb gehen.

Dass alle Normen und Vorschriften eingehalten werden, darum

kümmert sich der Installateur. Er meldet die Photovoltaikanlage

auch beim zuständigen Energieversorgungsunternehmen an.

Betriebskosten? Keine!

Nachdem die Photovoltaikanlage auf dem Dach installiert und an

das Hausnetz angeschlossen ist, beginnen die sonnigen Zeiten. Die

Anlage ist im Prinzip wartungsfrei. Es empfiehlt sich regelmäßige

Kontrollen und Begehungen vorzunehmen, um etwaige Fehler

frühzeitig zu erkennen (etwa Überprüfung Verschattungsfreiheit,

Marderverbiss bei Kabeln). Üblicherweise reicht die Selbst-

reinigung der Module durch Regen, wer das Maximum aus seiner

PV-Anlage herausholen will, kann durch Reinigen der Module hier

erfolgreich sein. Überwachungssysteme, die die Betriebsdaten

auswerten, verschaffen stets den Überblick über Erträge und Ver-

fügbarkeiten.

Der Einbau einer Solaranlage muss üblicherweise nicht

genehmigt werden. Um jedoch eventuellen regionalen

Sonderbestimmungen vorzubeugen, wird die örtliche

Baubehörde durch den Solarfachbetrieb formlos über die

Anlagenplanung informiert.

Das Haus ist denkmalgeschützt? In diesem Fall ist

unbedingt eine Genehmigung zu beantragen. Die

Regelungen hierzu sind je nach Bundesland verschieden.

Entsprechende Informationen erteilen die Stadtbauämter.


Wegweiser zur eigenen Photovoltaikanlage

1. Beratung mit Besichtigung vor Ort und Angebots-

erstellung durch Solarfirma oder Handwerk. Um kompe-

tente Unternehmen in der Region zu finden, empfiehlt sich

der Blick ins Internet und/oder die Kontaktaufnahme mit

Anlagenbetreibern in der Nachbarschaft.

2. Finanzierungsberatung durch die Hausbank.

3. Bei Inanspruchnahme von KfW-Mitteln: Einreichung des

Kreditantrags bei der Hausbank. Auftragserteilung und

Bau dürfen nicht vor Antragstellung, können jedoch auf

eigenes Risiko vor Bewilligung erfolgen.

4. Ggf. Bewilligung des KfW-Kredits

5. Beantragen des Netzanschlusses beim örtlichen Netz-

betreiber (erledigt i. d. R. der Installateur).

6. Bau und Inbetriebnahme der Anlage.

7. Ggf. Abfordern des KfW-Kredits und Bezahlung der Anlage.

8. Abschluss eines Stromlieferungsvertrages EEG mit dem

örtlichen Netzbetreiber.

Solarstrom: Für die Umwelt rechnet er

sich. Und für Sie?

Solarsiedlung Gelsenkirchen (Foto: Scheuten Solar)

Die Erzeugung von Strom mit Photovoltaik ist heute noch teurer

als aus Kohle oder Gas. Da die Bundesregierung aus Umwelt- und

Klimaschutzgründen, aber auch aus industriepolitischen Über-

legungen möchte, dass heute schon möglichst viel Solarstrom

erzeugt und genutzt wird, bestimmte sie, dass die Einspeisung von

Solarstrom mit einem erhöhten Satz vergütet wird. Wer mit einer

Photovoltaik-Anlage Strom erzeugt, erhält die Investitionskosten

mit der Vergütung über die Lebensdauer wieder zurück. Um

die Vorfinanzierung zu erleichtern, gibt es z. B. Kredite der KfW.

Der Rest, der selbst finanziert werden muss, hängt von den

Finanzierungsbedingungen und den Betriebskosten ab, die im

Allgemeinen sehr gering sind. Dies macht die Anlagen attraktiv.

Hinzu kommen weitere Vorteile: Photovoltaik-Anlagen sind

umweltfreundlich, ungefährlich, nachhaltig, lautlos. Eine 1 kW-

Anlage mit 8 m2 Modulfläche erspart der Umwelt jährlich etwa

700 kg Kohlendioxid (CO2). Je mehr Bürger sich für Solarstrom

entscheiden, umso größer ist der Umweltvorteil.

Bis Ende 2005 wurden bereits 150.000 PV-Anlagen in Deutschland

installiert. Oft werden mit einer Photovoltaik-Anlage auch bewusst

ästhetische Akzente am Gebäude gesetzt. Die Anlage symbolisiert

Modernität und verantwortungsvolles Handeln. Für viele Haus-

besitzer ein wichtiger Aspekt.

Wie sich die Anlage rechnet, hängt natürlich von vielen Faktoren

ab. Dies sind unter anderem Größe und Art der Photovoltaikanlage

sowie Aufwand für Montage und Verkabelung. Die Art der

Finanzierung spielt ebenso eine Rolle. Im Schnitt liegen die gesam-

ten Kosten für eine fertig installierte Standard-Photovoltaikanlage

bei etwa 6.000 EUR pro kW Leistung (Stand Feb. '06).


Solarstrom-Förderung (Stand: 02/06)

VergütungssätzePV-Anlagen, die im Jahr 2006 in Betrieb genommen werden, erhalten gleichbleibend für 20 Jahre plus das Jahr der Inbetriebnahme folgende Einspeisevergütung pro erzeugter Kilowattstunde Strom:

40,60 Cent/kWh Mindestvergütung (Freiflächenanlagen)51,80 Cent/kWh PV-Anlagen bis 30 Kilowatt installierter Leistung an oder auf Gebäuden49,28 Cent/kWh PV-Anlagen-Leistungsanteil ab 30 bis 100 kW an oder auf Gebäuden48,74 Cent/kWh PV-Anlagen-Leistungsanteil über 100 kW an oder auf Gebäuden56,80 Cent/kWh PV-Fassadenanlagen bis 30 Kilowatt installierter Leistung

Die Vergütungssätze sind degressiv, d. h. jedes Jahr verringert sich der Satz, gilt aber jeweils immer für 20 Jahre.

Freiflächenanlagen Anlagen auf Dachflächen FassadenanlagenJahr der bis 30 kW 30-100 kW über 100 kW bis 30 kWInbetriebnahme ct/kWh ct/kWh ct/kWh ct/kWh ct/kWh2005 43,42 54,53 51,87 51,30 59,532006 40,60 51,80 49,28 48,74 56,802007 37,96 49,21 46,82 46,30 54,212008 35,49 46,75 44,48 43,99 51,752009 33,18 44,41 42,26 41,79 49,41

... Degression 6,5 % Degression 5 % jeweils zum 1.1. des neuen Jahres; Vergütungszeitraum jeweils 20 Jahre

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) regelt seit dem 1. April 2000

die Vergütung für Strom aus erneuerbaren Energien und ist derzeit

in seiner novellierten Fassung vom 1. August 2004 gültig. Es ver-

pflichtet die Netzbetreiber, alle Anlagen zur Stromerzeugung aus

erneuerbaren Energien ans Stromnetz anzuschließen und gemäß

EEG zu vergüten.

Die Vergütungshöhe von Solarstrom ist differenziert nach Anlagen-

größe und dem Aufstellungsort der Anlage.


Finanzierung von PV-Anlagen

Zinsgünstige Darlehen für Solarstromanlagen werden angeboten im

• KfW-Programm „Solarstrom erzeugen“ für Kreditvolumen bis 50.000 ¤

• KfW Umweltprogramm und ERP-Umwelt- und Energiesparprogramm

für gewerbliche Anlagen mit Kreditvolumen über 50.000 ¤

Info:

KfW, Palmengarten 5-9, 60325 Frankfurt

Info-Telefon: 0180 133 55 77, www.kfw.de

Teilweise bieten auch Banken oder Bausparkassen Sonder-

konditionen zur Finanzierung von Solarstromanlagen an.


Zukunft Gebäude-integration

Die gestalterische, konstruktive und energietechnische Einbindung

der PV-Techniken in die Gebäudehülle steckt zwar noch am Anfang

ihrer Entwicklung, sie ist aber bereits zu einer neuen Bauaufgabe

geworden. Dabei kommt es darauf an, sich von den üblichen Gestal-

tungsvorstellungen und Planungsabläufen loszulösen.

Die weltweit ersten gebäudeintegrierten PV-Systeme wurden An-

fang der 80er Jahre in den USA errichtet. Anfang der 90er Jahre setz-

te dann auch in Europa eine intensive Auseinandersetzung mit der

PV und ihren Einsatzmöglichkeiten am Bau ein. Anfänglich ergaben

sich – wie bei vielen Neuentwicklungen – ästhetisch wenig über-

zeugende Konstruktionen, welche die baukonstruktive und optische

Harmonie gewohnter Dach- und Wandkonstruktionen störten und

deshalb bei vielen Beteiligten am Bau zunächst zur Skepsis führ-

ten.

Als gelungene Integration der PV im Gebäude ist ein System dann

zu bezeichnen, wenn es sowohl gestalterisch und bautechnisch als

auch vom Energiekonzept her sinnvoll in ein Gebäude eingefügt

worden ist. Es gibt inzwischen bereits eine Vielzahl solcher teilwei-

se faszinierender Lösungen.

Im Prinzip kann man die Gebäudeintegrierte Photovoltaik (GIPV)

in vier Lösungsansätze einteilen. Sie existieren nebeneinander und

haben fließende Grenzen:

• Bei der Addition der PV wird der PV-Generator als zusätzliches

Element außen an der Gebäudehülle befestigt.

• Gestalterisch sehr viel interessanter, langfristig kostengünstiger

und ressourcenschonender ist es jedoch, wenn die PV-Module als

Ersatz konventioneller Dachdeckungsmaterialien oder anderer

Baukomponenten des Gebäudes verwendet werden.

• Bei der PV in Kombination mit konventionellen Baumaterialien wer-

den die PV-Module in Form und Größe an modifizierte konventio-

nelle Baumaterialien, wie Dachziegel und Fassadenelemente, ange-

passt, um sich zu einem einheitlichen Bauteil zusammenzufügen.

• Andere Entwicklungen passen durch Addition von, z. B. einer Rah-

menkonstruktion, größere PV-Module so an, dass sie im Verbund

mit konventionellen Materialien etwa als Wandverkleidungen ein-

setzbar sind.

Gebäudeintegrierte Photovoltaik an einem Ferienhaus (Foto: Dorfmüller)


Bei der PV-Integration in vorgefertigte Bauteile wird dem Trend ent-

sprochen, dass es im Bauwesen zunehmend zur Verwendung vor-

gefertigter Bauteile und Komponenten kommt, die an der Baustelle

nur noch zusammenmontiert werden. Es laufen Entwicklungen, wie

PV-Systeme in großformatige vorgefertigte Bauteile fabrikseitig in-

tegriert und unbeschadet zur Baustelle transportiert und eingebaut

werden können. Vorteil modularer Bausysteme ist die Möglichkeit

der Massenproduktion und eine damit verbundene Kostenredukti-

on, Nachteil kann eine gewisse Einschränkung der Designmöglich-

keiten durch diese modulare Bauweise sein.

Insbesondere für den Sektor der repräsentativen Verwaltungs- und

Hochhausbauten ist die PV als Teil individueller und multifunktio-

naler Gesamtlösungen interessant. Bei diesen Gebäuden muss die

Hülle sehr komplexe und vielfältige Anforderungen erfüllen. Dabei

rückt die Entwicklung und Verwendung multifunktionaler Fassaden-

bauteile mehr und mehr in den Mittelpunkt konstruktiver Überle-

gungen. Die solare Stromerzeugung ist in diesem Konglomerat von

Anforderungen nur eine von vielen Funktionen, die von den Kompo-

nenten der Gebäudehülle übernommen werden sollen.

Hilfreich ist es daher, wenn PV-Module multifunktionale Eigenschaf-

ten haben, z. B. indem sie neben der solaren Stromerzeugung gleich-

zeitig auch als Sonnenschutzelemente dienen oder als Reflektor zur

Tageslichtmodulation eingesetzt werden können.

Nachfolgende Einsatzfelder der PV am Gebäude sind für die Zukunft

interessant: Schrägdächer, Flachdächer, Oberlichter, Außenwände,

Glasfassaden und Structural Glacing, Sonnenschutz.

Mit einer gelungenen Integration von PV in die Gebäudehülle er-

setzen die Module konventionelle Bauteile und übernehmen damit

neben der Stromerzeugung deren Aufgaben, wie Witterungsschutz,

Sonnenschutz, Schallschutz, Wärmedämmung, Sichtschutz, elektro-

magnetische Abschirmung, ästhetische Qualität.

Durch das inzwischen erreichte technische und gestalterische Ni-

veau ist die Realisierung einer GIPV-Anlage mit keinem einschrän-

kenden Charakter mehr verbunden, sondern bereichert das Spek-

trum der Fassaden- und Dachgestaltung in hohem Maße. Es steht

gleichzeitig zu erwarten, dass die GIPV auch angesichts der zuneh-

menden Wünsche der Bauherren nach umweltschonenden Lösun-

gen in Zukunft die Architektur deutlicher beeinflussen wird.

Die PV kann einen entscheidenden Beitrag dazu leisten, das Gebäu-

de von einem Energieverbraucher zu einem Energieproduzenten zu

verändern. Das technische Know how und die Systemkomponenten

sind bereits heute ausreichend, um PV architektonisch, gestalte-

risch gelungen und energietechnisch sinnvoll in die Gebäudehülle

zu integrieren.

Photovoltaik als Ersatz konventioneller Materialien (Foto: Feinhals)

Gewinner des SeV-Wettbewerbs „Gebäudeintegrierte Photovoltaik 2002“ (Foto: Universitätsbauamt Erlangen)

Beispiel Groß-anlage:

1 MW Solardach München-Riem

Die von E.ON Energie und Shell Solar auf den Dächern der Messe

München errichtete – damals weltgrößte – Photovoltaik-Aufdach-

anlage hat sich mit sehr guten Betriebsergebnissen bewährt.

Mit der Errichtung der Solaranlage mit einer Nennleistung von

1.016 Kilowatt und einer Gesamtinvestition von rund 7 Millionen

Euro wurde im August 1997 begonnen, die Inbetriebnahme erfolgte

bereits am 19. November 1997.

Innovative Techniken

Beim Messe-Solardach kam eine Reihe von neuen Techniken im

Bereich der Photovoltaik zum Einsatz. Eine der Hauptzielsetzungen

war die Minimierung der Kosten für die Realisierung und den Be-

trieb einer großen Solarstrom-Anlage. Um Effektivität und Verfüg-

barkeit zu steigern, wurde erstmals eine große PV-Anlage mit einer

zentralen Wechselrichtereinheit betrieben.

Verbesserte Montage

Die Module wurden von Shell Solar für PV-Großanlagen neu

entwickelt. Es sind Laminatmodule, die mit Klammern auf den

Leichtbaugestellen befestigt sind. Die Größe des Moduls mit einem

Gewicht von weniger als 11 Kilogramm richtet sich dabei nach dem

Ein-Mann-Handling, d. h., dass Modul und Gestell allein von einer

Person montiert werden können. Auf den Einsatz von zeit- und kos-

tenaufwändigen Kranarbeiten konnte deshalb direkt auf dem Dach

verzichtet werden. Die hohe spezifische Leistung des Moduls und

seine kompakte Bauweise führten zu günstigen Montagekosten.

Die auf der Rückseite der Module vormontierten Anschlussdosen

mit berührungssicheren Steckern ermöglichten eine Montage bei

Tag ohne die zeitaufwändige Abdeckung der Modulflächen mit

lichtundurchlässigen Folien. Neben der dadurch erreichten Zeit-


Kennziffern seit Inbetriebnahme (gerundet) Einheit

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005Globalstrahlung kWh/m2 1.024 1.231 1.286 1.206 1.300 1.417 1.271 1.296 Netzeinspeisung MWh 839 989 1.006 947 1.043 1.131 1.043 968Spezifischer Ertrag kWh/kW

p 826 973 990 932 1.026 1.113 1.026 952

ersparnis war die Installation ohne Werkzeug möglich. Auch kann

bei Beschädigung eines Moduls ein schneller und gefahrloser Aus-

tausch ohne Werkzeug erfolgen.

Die Gewichtsoptimierung bei den Montagegestellen von ca.

38 g/Wp wurde durch die Verwendung von asymmetrischen

Aluminiumprofilen realisiert. Die Gestelle wurden soweit möglich

in der Werkstatt vormontiert und mit speziellen Klemmen auf

das Dach aufgeklemmt, ohne dass das Dach für die Befestigung

durchdrungen werden musste. All dies vereinfachte die Montage

erheblich. Sollte die Anlage eines Tages entfernt werden müssen,

ist keine Erneuerung der Dachhaut erforderlich.

Längere Service-Intervalle

Durch die Verlängerung der Service-Intervalle der

Wechselrichter mit dem Master-Slave-Konzept (MS)

um etwa 60 % konnten die laufenden Betriebskosten

deutlich verringert werden. Der MS-Betrieb ermög-

licht es, die Wechselrichterleistung dynamisch dem

wechselnden Strahlungsangebot anzupassen. Dies

erhöht den Wirkungsgrad im Teillastbereich erheblich.

Weiterhin wird über den MS-Betrieb die technische

Lebensdauer der Geräte verlängert. Eine Fernüber-

wachung sorgt für eine weitere Minimierung des, bei

einer Anlage dieser Dimension, nötigen Wartungs-

aufwandes. Die Anlagensteuerung ist über eine

Schnittstelle mit dem Leitrechner verbunden, der die

Mittelwerte für die letzten 20.000 Stunden auf Fest-

platte archiviert.

Messe-Millionär

In acht Betriebsjahren hat das Solardach über 7,8

Mio. Kilowattstunden Strom erzeugt. Auf das Jahr

2003 entfiel mit 1,131 Mio. Kilowattstunden das bis-

her beste Betriebsergebnis. Der spezifische Ertrag

ergab 1.113 kWh/kWp. Die wichtigste Größe zur

Beurteilung des Betriebsverhaltens einer PV-Anlage

ist die Performance Ratio (PR). Sie erlaubt eine vom

Standort unabhängige Beurteilung und kennzeichnet

die Ausnutzung der betreffenden Anlage im Vergleich

zu einer verlustfrei unter nominellen Betriebsbedingungen arbei-

tenden Anlage. Gute Werte liegen im Bereich von 72 - 77 %. Das

Solardach München-Riem erreichte im Jahr 2004 einen Spitzenwert

von 80,6 %. Ein Großteil der Stromerlöse aus der Anlage fließt

dem Solarenergieförderverein Bayern zu, dem das Eigentum

von E.ON Energie und Siemens an der Anlage übertragen wurde.

Mit dem Geld leistet der von E.ON Bayern betreute gemein-

nützige Verein einen laufenden Beitrag zur Fortentwicklung und

Markteinführung erneuerbarer Energien.

2002 ging auf den A-Hallen der Messe eine weitere PV-Anlage mit

1.056 kWp in Betrieb. Das SonnenDach Messe München wurde von

Phönix SonnenStrom errichtet und vom SeV finanziell unterstützt.


Kenndaten Solardach München-Riem

Installierte Leistung 1.016 Kilowatt (1,016 MW)Inbetriebnahme 19. November 1997Anzahl der Module 7.812 Stück (656.208 Zellen)Modulfläche 7.916 m2

solar genutzte Dachfläche 38.100 m2 Ausrichtung der Module südorientiert, 28 Grad WinkelWechselrichter 3 Stück mit je 330 kVAEinspeisung 20 kV-Netz der MesseVolllaststunden rd. 1.000 Stunden/JahrEnergieertrag rd. 1 Mio kWh (ca. 4 % des Messebedarfs)CO2-Vermeidung ca. 1.000 Tonnen/Jahr

Monatliche Netzeinspeisungen des Solardaches München-Riem in MWh (Balken) und Globalstrahlung in kWh/m2 (Linie) im Jahr 2004

20

40

60

80

100

120

140

160

Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep


Sonne in der Schule – Erfahrungen

Vor über 10 Jahren erhielten die ersten bayerischen Schulen

unter Federführung von E.ON Bayern 1 kW-Photovoltaikanlagen

im Rahmen des Programms „Sonne in der Schule“. Etwas später

folgte „SONNEonline“. Beide Programme werden jetzt gemeinsam

unter dem Namen „Sonne in der Schule“ geführt. Es umfasst 544

Photovoltaikanlagen an Schulen in Bayern und 450 Anlagen an

Schulen in Hessen, Niedersachsen, Nordrhein-Westfalen, Sachsen-

Anhalt, Brandenburg, Mecklenburg-Vorpommern, Schleswig-

Holstein und Bremen. Somit sind jetzt nahezu 1.000 Schulen im

Programm „Sonne in der Schule“ zusammen gefasst.

Der SeV betreut das Programm und wertet die jährlichen

Betriebsdaten der PV-Anlagen aus. Der spezifische Ertrag der

Anlagen im Gesamtgebiet vom Norden bis in den Süden lag im

Jahr 2004 bei durschnittlich 779 kWh/kWp bei einer durchschnitt-

lichen Globalstrahlung von 1.057 kWh/m2. Wegen der höheren

Globalstrahlung lag er im „Spitzenjahr“ 2003 bei 892 kWh/kWp.

Hierunter ist die in das lokale Niederspannungsnetz eingespeiste

elektrische Energie zu verstehen.

Die meisten Anlagen lagen 2004 im Bereich 800 - 850 kWh/kWp,

gegenüber im Vorjahr 900 - 950 kWh/kWp. Gründe, dass Anlagen im

Bereich 0 - 500 kWh/kWp liegen, sind nach der Erfahrung oft Ver-

schattungen und Defekte der Wechselrichter. Anlagen mit hohen

Erträgen über 900 kWh/kWp sind intensiv betreut. Ihr Standort weist

gute Globalstrahlungswerte auf und die Module sind gut hinterlüf-

tet. Letzteres ist wichtig, denn photovoltaische Solargeneratoren

zeigen mit steigender Temperatur schlechtere Erträge.

Als Hauptfehlerquellen bei PV-Anlagen aus dem Programm, die

keine oder nur sehr niedrige Erträge liefern, konnten ausgemacht

werden: Defekte Wechselrichter, Abschattung, Korrosion in Modul-

anschlussdosen, Marderverbiss der Modulverkabelung, nicht fach-

gerechte Verlegung der Solarkabel. Die meisten Fehlerquellen

hätten durch eine regelmäßige Überprüfung der Anlage frühzeitig

behoben werden können.

Anlage Ehor

Emod

SG

WR

Sys

PR Ertrag kWh/m2 kWh/m2 % % % % kWh/KW

p

Hannover 782 980 10,1 91,9 9,3 71,9 761Kassel 918 1.148 9,6 88,5 8,5 71,5 820Beelitz 799 954 9,3 88,5 8,2 63,6 607Kulmbach k. Mess. 1.127 10,2 87,5 8,9 69,2 942München k. Mess. 1.176 10,5 87,8 9,2 71,1 920

Abkürzungen: Ehor

= Einstrahlung horizontal Sys

= Systemwirkungsgrad E

mod = Einstrahlung in Modulebene PR = Performance Ratio

SG

= Wirkungsgrad Solargenerator

WR = Wirkungsgrad Wechselrichter

1-kW-PV-Anlagen „Sonne in der Schule“ (Fotos: IBB Solar)

Intensiv vermessene Anlagen aus „Sonne in der Schule“Einflussgrößen für den Ertrag der PV-Anlage

Einige PV-Anlagen aus „Sonne in der Schule“ werden im Auf-trag des SeV vom Fraunhofer Institut Solare Energiesysteme intensiv vermessen, d. h. alle Daten werden täglich ermittelt und monatlich ausgewertet.

• Broschüre

„Strom aus Sonnenenergie –

Vertrags, Steuer-, Förderfragen“

• Broschüre

„Genehmigung von Photovoltaik-

Anlagen –

Ein Leitfaden zum Baurecht“

• Broschüre

„Solarstrom aus der Gebäude-

hülle – Ein Zukunftsthema für

Bauherren, Architekten und

Planer“

Die Broschüren können als

Einzelexemplar kostenlos über

den Solarenergieförderverein

Bayern bezogen werden. Größere

Stückzahlen können gegen eine

Schutzgebühr zzgl. Versand-

kosten erworben werden.

• Betreuung des rd. 1.000 Schulen

in ganz Deutschland umfassen-

den Programms „Sonne in der

Schule“

• Finanzielle Unterstützung der 2. Photovoltaikanlage „Sonnen

Dach Messe München“

• Durchführung von Wettbewerben zur PV-Gebäudeintegration

• Studie „Photovoltaik und Architektur – PV-Einsatz im Gebäude-

bestand“

• PV-Anlage für eine Krankenstation in Nepal

• Unterstützung der Aktion „Solarberatungs-Checks“

• Workshop „Langzeiterfahrungen mit netzgekoppelten PV-

Anlagen“

• Workshop „Wechselrichter für die Photovoltaik“

• Workshop „Kostenreduzierung bei der Montage von Photo-

voltaikanlagen“

• Workshop „PV – Technik und Architektur“

• Untersuchung zur „Degradation von PV-Modulen“

• Förderung der Programme „Fit for Biogas“ und „BioGuard“

• Unterstützung von Messwertübertragungs- und -verarbeitungs-

systemen

• Förderung von innovativen PV- und Solarkollektoranlagen

(u. a. Rauschbergbahn, Krankenhaus Donaustauf, Europaschule

Cottbus)

• Projekt „Solare Bauleitplanung“: Erarbeiten von Planungs-

unterlagen für Kommunen

• Untersuchung „Solar angetriebener Stirlingmotor“

• Untersuchung zur Reduktion des Eigenstromverbrauchs von

Biogasanlagen

Auf der Homepage des Solarenergieförderverein Bayern

http://www.sev-bayern.de

können weitere Informationen über die Förderaktivitäten

eingesehen werden.

Projekte des SeV –Beispiele

Genehmigung von Photovoltaik-Anlagen

Ein Leitfaden zum Baurecht

München

Frankfurt

Berlin

Hamburg

Impressum

HerausgeberSolarenergieförderverein Bayern e. V.

Büro

Elisabethstr. 34

80796 München

Tel.: 089/27813428

Fax: 089/2710156

E-mail: [email protected]

Internet: www.sev-bayern.de

Bundesverband Solarwirtschaft e. V.

(BSW)

Energieforum

Stralauer Platz 34

10243 Berlin

Tel.: 030/2977788-0

Fax: 030/2977788-99


Internet: www.bsw.de

RedaktionProf. Dr.-Ing. Gerd Becker

Dipl.-Soz. Stefan Küßner

Joachim Ogorek, M. A.

Dipl.-Phys. Gerhard Stryi-Hipp

Dipl.-Ing., Dipl. Wirtsch.-Ing. Walter Weber

Gesamtkonzeption, ProduktionFP-Werbung F. Flade GmbH & Co. KG

Realisation: Fabian Flade, M. A.


CopyrightDas Werk ist urheberrechtlich geschützt.

Jede Verwertung außerhalb der Grenzen

des Urheberrechts ist ohne Zustimmung

des Herausgebers unzulässig.

© 2006

Trotz sorgfältiger Prüfung kann keine

Garantie hinsichtlich der Richtigkeit

und Genauigkeit der Angaben gegeben

werden.

1. Aufl. 02/06

Gedruckt auf chlorfrei gebleichtem

Papier

Am 19. November 1997 wurde auf der Messe München

die damals weltweit größte Photovoltaik-Aufdachanlage

in Betrieb genommen. Mit einer Spitzenleistung von 1.016

Kilowatt speist das Solardach München-Riem jährlich bis zu

1 Mio. Kilowattstunden in das Netz ein, die nach dem EEG

vergütet werden.

Die Gesamtinvestition von rd. 7 Mio. EUR wurde zur Hälfte

von E.ON Energie (damals Bayernwerk) getragen. Je 10 %

kamen von Siemens, den Stadtwerken München und vom

Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung

und Technologie. Das Bayerische Wirtschaftsministerium

förderte 20 % des Projektes.

Die Anlage wird von den Stadtwerken München für die

Solardach München-Riem GmbH (SMRG) betrieben.

Ein Großteil der Stromerlöse aus der Anlage (Betriebs- und

sonstige Anlagekosten werden von der SMRG einbehalten)

fließt dem Solarenergieförderverein Bayern e. V. zu, dem

das Eigentum von E.ON Energie und Siemens an der Anlage

übertragen wurde.

Mit dem Geld leistet der von E.ON Bayern betreute gemein-

nützige Verein einen laufenden Beitrag zur Fortentwicklung

und Markteinführung erneuerbarer Energien.

BezugsmöglichkeitDie Broschüre kann als Einzelexemplar kostenlos beim

Solarenergieförderverein Bayern e. V. bezogen werden (am

einfachsten im Internet unter www.sev-bayern.de); mehrere

Exemplare gegen eine Schutzgebühr zzgl. Versandkosten.

Aus Licht wird Strom - Homepage IBB Haustechnik · Sonne in der Schule Zukunftsbewusst gedacht –...

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