Grünes Gewissen und finanzieller Profit: Photovoltaik und konservative Geldanlage im Direktvergleich

Textprobe: Kapitel 2, Projektierung der Photovoltaikanlage: 2.1, Das Strahlungsangebot als Einflussgröße der Energiegewinnung: Bedingt durch die Schrägstellung der Erdachse sowie der Erdrevolution ist die Erde unterschiedlicher Strahlungsintensität ausgesetzt (Prof. Dr. Schneider, 2011). Als Folge davon ist die Erde in Klimazonen unterteilt, in denen die Strahlung je nach Jahres- und Tageszeit variiert. Idealerweise sollten zur Ermittlung der jährlichen Sonneneinstrahlung detaillierte Strahlungsdaten für den Anlagenstandort oder der näheren Umgebung erstellt werden. Da dies jedoch sehr zeitaufwendig und kostspielig ist, wird in der Praxis auf sogenannte Strahlungskarten des Deutschen Wetterdienstes (DWD) zurückgegriffen. Mithilfe dieser Karten kann das Potenzial der Sonnenenergie und die damit verbundenen Jahres-Energieerträge von PV-Anlagen für den jeweiligen Standort abgeschätzt werden. In Bezug auf diese Strahlungskarte wird für den Anlagenstandort eine jährliche Energieeinstrahlung von 1020 kWh/m² angenommen. 2.2, Neigung und Ausrichtung der Anlage: Sowohl die Neigung als auch die Südausrichtung der Solarzellen nehmen Einfluss auf die empfangene Sonnenenergie. Bedingt durch die Oberflächenreflektion wird eine nach Süden ausgerichtete PV-Anlage je nach Neigungswinkel der Module eine unterschiedlich hohe Energieausbeute erwirtschaften. Daher sollten die Sonnenstrahlen möglichst senkrecht auf die Flächen der Solarzellen auftreffen. Aufgrund des sehr hohen technischen Aufwands für eine automatische Winkelverstellung ist dies bei Aufdachanlagen nicht wirtschaftlich umsetzbar. Zur besseren Veranschaulichung geeigneter Neigungswinkel wird ein Sonnenstanddiagramms herangezogen. Die nachfolgende Abbildung zeigt den Jahresverlauf der Sonnenbahn für das Bundesland Bayern. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass in der Sommerjahreshälfte ein Vielfaches an Sonnenenergie anfällt, ergibt sich im Jahresmittel ein optimaler Neigungswinkel von 20 bis 40 Grad für den wirtschaftlichen Betrieb einer Photovoltaikanlage (ISFH, 2011). Ferner ist die Abweichung von der geographischen Südausrichtung für den Ertrag der Sonnenenergie mitverantwortlich. 2.4 Auswahlkriterien der PV-Komponenten: Sonnenstrahlen sind verantwortlich für den photoelektrischen Effekt in einer Solarzelle. Diese Strahlen bestehen aus vielen einzelnen Teilchen (Photonen), die Energie transportieren. Die verschiedenen Photonen der Sonnenstrahlung haben unterschiedliche Intensitätsgrade wie beispielsweise UV- oder Infrarotstrahlung. Der größte Teil des von der Sonne als Strahlung kommenden Energiestroms wird im sichtbaren Bereich transportiert. Solarzellen bestehen aus Halbleitermaterialien (meist Silizium), die mit Hilfe von Elektronen das Sonnenlicht absorbieren. Hierbei wird die Energie der Photonen auf die Elektronen des Absorbers übertragen. In der Solarzelle bewegen sich diese, bedingt durch die Halbleitereigenschaft der Zelle, in eine Vorzugsrichtung und erzeugen so in einem geschlossenen Kreislauf elektrische Energie in Form von Gleichstrom. Dieser wird über sogenannte Wechselrichter aufbereitet, so dass er in das umliegende Stromnetz eingespeist werden kann (Europa-Verlag, 2004, S. 182ff.). Der genaue funktionelle Aufbau der verschiedenen Typen und Anlagen würde an dieser Stelle den Rahmen der Projektarbeit überschreiten. Solarzellen lassen sich aufgrund ihrer verschiedenen Ausgangsmaterialien in drei Gruppen einteilen: Kristallines Silizium, monokristalline Zellen, polykristalline Zellen, Dünnschichtzellen (amorphes Silizium) und Farbstoffzellen. Farbstoffzellen kommen für den Gebrauch in einer Photovoltaikanlage nicht in Frage, da sich diese noch in der Erprobungsphase befinden. Monokristalline und polykristalline Zellen unterscheiden sich in ihrer Leistungsfähigkeit nur unwesentlich (Röhrl, 2011). Welcher Typ, monokristallin oder dünnschicht, für das Projekt am besten geeignet ist, hängt unter anderem von der Größe der Module und deren Leistungsfähigkeit ab. Als Wirkungsgrad wird das Verhältnis aus empfangener Strahlungsenergie (=100 %) und erzeugter elektrischer Energie bezeichnet (Europa-Verlag, 2004, S. 183). Dabei geben die Hersteller die Nennleistung der Module bei exakt definierten Testbedingungen mit einer Einstrahlung von 1000 W/m² an. Auf weitere Komponenten wie Wechselrichter, Netzanschlusskomponenten, Daten-Logger, Verkabelung, Montagesysteme soll in dieser Arbeit nicht weiter eingegangen werden. Darüber hinaus ist diesen Gegebenheiten auch nur ein geringfügiger Teil für den wirtschaftlichen Erfolg einer PV-Anlage zuzuschreiben. Ein Fachbetrieb für Photovoltaikanlagen ist stets darauf bedacht, die am besten geeigneten Zusatzkomponenten für eine Anlage anzubieten und zu verbauen (Röhrl, 2011).