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Photovoltaik: Ein Überblick
Die Bedeutung von Photovoltaik-Systemen für die Stromversorgung in Deutschland steigt seit den 1990er Jahren stetig. Im Jahr 2022 wurden etwa 11 % des gesamten deutschen Brutto-Strombedarfs durch Photovoltaik bereitgestellt. Bis Ende März 2023 waren landesweit ca. 2,6 Millionen Photovoltaik-Systeme mit einer Gesamtnennleistung von nahezu 50 GW in Betrieb. Im Mai 2023 erreichte die Gesamtleistung aller an das Netz angeschlossenen Photovoltaikanlagen in Deutschland schon circa 71 Gigawattpeak. Damit wird die Photovoltaik, nach der Windkraft, zur zweitstärksten Energiequelle in Deutschland.Fazit
Die Nutzung von Solarenergie, sei es durch Photovoltaik oder Solarthermie, bietet viele Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die Emissionsfreiheit und langfristige Kosteneinsparungen. Trotz einiger Nachteile und anfänglicher Kosten kann die Investition in Solarenergie langfristig zu Unabhängigkeit von steigenden Energiepreisen führen.
Obwohl Wärmepumpen Strom benötigen, um Energie aus ihrer Umgebung zu extrahieren, sind sie dennoch effizient. Von der gesamten benötigten Heizenergie bezieht die Wärmepumpe lediglich rund 25 % aus Strom, wobei 75 % direkt aus der Umwelt stammen, die im Grunde kostenfrei ist. Dies bedeutet, dass aus einer Kilowattstunde Strom 3-4 Kilowattstunden Wärme gewonnen werden können.
In puncto Effizienz und Umweltfreundlichkeit bieten Wärmepumpen einen Vorteil gegenüber traditionellen Heizsystemen wie Öl- oder Gasheizungen.
Entwicklungsdynamik der Photovoltaik
Der Terminus „Photovoltaik“ leitet sich aus dem griechischen Wort „Phos“ für Licht und dem Namen des Physikers Alessandro Volta ab. Photovoltaikanlagen konvertieren Licht direkt in elektrischen Strom durch den sogenannten photovoltaischen Effekt, der die Erzeugung von Ladungsträgern in einem Festkörper durch Lichtbeschuss beschreibt. Die Nutzung von Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung verhindert den Ausstoß von Kohlendioxid und verringert die Abhängigkeit von rohstoffexportierenden Ländern. Wirtschaftliche Anreize wie das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und die Preisentwicklung fossiler Brennstoffe wie Öl und Gas haben die Akzeptanz und Entwicklung der Photovoltaik positiv beeinflusst. Die EU-weite Kapazität zur Stromerzeugung mittels Photovoltaik lag im Jahr 2021 bei 162 Gigawatt. Deutschland war mit 59 Gigawatt bzw. einem Anteil von 37 % führend, gefolgt von Italien mit 23 Gigawatt, den Niederlanden und Frankreich mit je 15 Gigawatt sowie Spanien mit 14 Gigawatt.Fazit
Die Nutzung von Solarenergie, sei es durch Photovoltaik oder Solarthermie, bietet viele Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die Emissionsfreiheit und langfristige Kosteneinsparungen. Trotz einiger Nachteile und anfänglicher Kosten kann die Investition in Solarenergie langfristig zu Unabhängigkeit von steigenden Energiepreisen führen.
Im Segment der Photovoltaikanlagen unter 10 kWp wurden im Jahr 2020 151.700 PV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von 1.131 MW installiert – eine fast doppelte Leistungssteigerung im Vergleich zu 2019. Im vorangegangenen Jahr waren es 77.100 Anlagen mit 570 MW, während das Rekordjahr 2011 120.000 Solarstromanlagen mit 700 MW verzeichnete.
Das Segment der gewerblichen Photovoltaikanlagen von 10 bis 750 kWp verzeichnete aufgrund reduzierter Marktprämien im Jahr 2020 ein Wachstum von 2.887 MW gegenüber 2019.
Im Leistungssegment über 750 kWp stieg die neu installierte Solarstromleistung um 61 Prozent bzw. 867 MW an, die fast ausschließlich auf ebenerdig errichteten Solarparks basierte.
Funktionsweise einer Photovoltaikanlage
Eine Photovoltaikanlage (PV-Anlage) nutzt Photonen im Sonnenlicht, um daraus Strom zu erzeugen. Die Anlage besteht aus verschiedenen Komponenten, die jeweils eine spezifische Rolle in der Stromerzeugung spielen. Der Artikel bietet einen detaillierten Einblick in die Funktionsweise einer PV-Anlage und die Aufgaben ihrer einzelnen Komponenten.Solarzellen
Solarzellen sind das Herzstück einer PV-Anlage und bestehen aus Silizium, einem Halbleitermaterial mit photovoltaischen Eigenschaften. Wenn Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft, regen die Photonen des Lichts die Elektronen in den Zellen zur Bewegung an. Die Solarzelle muss zwei unterschiedlich dotierte Schichten haben, um Strom zu erzeugen. Die n-dotierte Schicht enthält Silizium und Phosphor, während die p-dotierte Schicht Bor enthält. Die Wanderung der Elektronen zwischen diesen Schichten erzeugt elektrische Pole und somit eine elektrische Spannung.Solarmodule
Solarmodule bestehen aus in Reihen geschalteten Solarzellen, um eine höhere Spannung und damit eine höhere PV-Leistung zu erreichen. Die meisten Module haben eine Nennleistung von etwa 300 bis 400 Wattpeak (Wp) und einen Wirkungsgrad zwischen 15 und 22 Prozent.Solarkabel
Solarkabel verbinden die einzelnen Module einer Solaranlage. Sie sind wetterfest und UV-beständig. Die Module können in Reihe oder parallel geschaltet werden, was verschiedene Auswirkungen auf Spannung, Stromstärke und Leistung hat.Wechselrichter
Der Wechselrichter wandelt den von den Solarzellen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um, der im Haushalt oder im öffentlichen Netz verwendet werden kann. Moderne Wechselrichter erzeugen eine sinusförmige Welle, die für empfindliche elektronische Geräte geeignet ist.PV-Speicher
Wird der erzeugte Strom nicht sofort verbraucht, kann er entweder ins öffentliche Netz eingespeist oder in einem Stromspeicher gelagert werden. Stromspeicher können entweder Gleichstrom direkt speichern (DC-seitige Speicher) oder mit integriertem Wechselrichter ausgestattet sein (AC-seitige Speicher).Fazit
Die Nutzung von Solarenergie, sei es durch Photovoltaik oder Solarthermie, bietet viele Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die Emissionsfreiheit und langfristige Kosteneinsparungen. Trotz einiger Nachteile und anfänglicher Kosten kann die Investition in Solarenergie langfristig zu Unabhängigkeit von steigenden Energiepreisen führen.Vor- und Nachteile einer Solaranlage
Solarenergie, gewonnen durch Solaranlagen, kann in Strom (Photovoltaik) oder Wärme (Solarthermie) umgewandelt werden. Dieser Artikel beleuchtet die Vor- und Nachteile beider Arten.Vorteile von Solaranlagen und Sonnenenergie zur Stromerzeugung
- Grüne und zuverlässige Energiequelle: Solarenergie ist emissionsfrei und umweltfreundlich. Sie bietet eine zuverlässige Energieproduktion für 25 bis 40 Jahre und Unabhängigkeit von steigenden Energiepreisen.
- Senkung der Stromkosten: Trotz der anfänglichen Anschaffungskosten einer PV-Anlage, resultiert die langfristige Nutzung in einer deutlichen Senkung der Stromkosten.
- Garantierte Stromproduktion: Die Lebensdauer einer guten Photovoltaikanlage beträgt mindestens 25 Jahre, oft sogar länger.
- Kostenloses Laden von E-Autos: Durch die Kombination einer PV-Anlage mit einer Wallbox kann ein E-Auto kostenlos geladen werden, was die Rentabilität der Solaranlage erhöht.
Nachteile von Solaranlagen und Sonnenenergie zur Stromerzeugung
- Hoher Anschaffungspreis: Die Kosten für eine Solaranlage liegen zwischen 7.000 € und 20.000 €, was eine Amortisationszeit von 10 bis 15 Jahren bedeutet.
- Abhängigkeit vom Wetter: Die Stromproduktion ist wetterabhängig und kann bei schlechtem Wetter deutlich geringer ausfallen.
- Steuerlicher und bürokratischer Aufwand: Eine eigene Solaranlage erfordert Anmeldungen bei verschiedenen Behörden und kann steuerliche Pflichten nach sich ziehen.
- Umweltfreundlichkeit von Modulen aus Asien: Solarmodule aus China haben aufgrund langer Transportwege und Produktionsweisen einen höheren CO₂-Fußabdruck.
Solarthermie: Vor- und Nachteile von Sonnenenergie zur Wärmeerzeugung
- Kostenlose Energieerzeugung: Eine Solarthermieanlage erzeugt für 20 bis 30 Jahre kostenlos Wärme.
- Speicherung überschüssiger Energie: Überschüssige Energie kann in einem Pufferspeicher gelagert und später genutzt werden.
- CO₂-freie und klimafreundliche Energiequelle: Solarthermieanlagen arbeiten emissionsfrei und klimaneutral.
- Direkte Zuschüsse für Solarthermieanlagen: Es gibt Förderungen in Form von Direktzahlungen vom BAFA.
Nachteile von Solarthermie
- Hohe Anschaffungskosten: Die Kosten für eine Solarthermieanlage können hoch sein, werden aber durch Förderungen reduziert.
- Ungenutzte Wärme im Sommer: Im Sommer kann es zu einem Überschuss an Wärme kommen, der ungenutzt bleibt.
- Abhängigkeit vom Wetter: Die Leistung der Solarthermie ist wetterabhängig, insbesondere im Winter.
- Erzeugt nur Wärme: Solarthermieanlagen sind weniger flexibel als Photovoltaikanlagen, da sie nur Wärme erzeugen.
Fazit
Die Nutzung von Solarenergie, sei es durch Photovoltaik oder Solarthermie, bietet viele Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die Emissionsfreiheit und langfristige Kosteneinsparungen. Trotz einiger Nachteile und anfänglicher Kosten kann die Investition in Solarenergie langfristig zu Unabhängigkeit von steigenden Energiepreisen führen.Angebote für Photovoltaikanlagen
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