img_rightStandorte für Solaranlagen:

Solarstromanlagen können überall in der Schweiz gebaut werden. Bei optimalen Bedingungen  beträgt die Einstrahlung zwischen 1‘000 und 1‘500 Kilowattstunden (kWh) pro Quadratmeter und Jahr. Solarmodule sollten möglichst direkt bestrahlt werden. Heute stehen diverse Möglichkeiten, sie als Teil der Architektur am Gebäude anzubringen, offen. Dabei sind die Ausrichtung nach Südost bis Südwest und eine Dachneigung zwischen 20º bis 60º von Vorteil.


Integriert oder aufgebaut

Solarmodule können entweder ins Dach integriert werden und dabei die Dachhaut ersetzen oder sie werden auf das bestehende Dach aufgebaut. Bei der Integration ist auf eine gute Hinterlüftung zu achten, da hohe Zelltemperaturen zu erheblichen Ertragsverlusten führen können.

Mögliche Ausrichtungen:

1. auf dem Flach- oder Steildach
2. als Sonnenschutz
3. an der Fassade
4. Aufbau auf dem Dach
5. Einbau ins Dach


Betriebsarten

Netzverbund

Bei Bauten, die an die öffentliche Stromversorgung angeschlossen sind, werden Solarstromanlagen in der Regel im Netzverbund betrieben.

Merkmale eines Netzverbundes:

  • Es ist nur ein Stromnetz im Gebäude nötig. Es können die normalen Wechselstrom-Geräte eingesetzt werden.
  • Überschüsse von Solarstrom können ins Netz eingespeist und dadurch andernorts genutzt werden. Der Elektrizitätsversorger muss den Strom abnehmen.
  • Die Stromversorgung ist jederzeit sichergestellt.

1. PV Generator (Module)
2. Generatoranschlusskasten mit Trennstelle
und Überspannungsschutz
3. Gleichspannungsleitung (DC)
4. DC-Schalter
5. Wechselrichter
6. Wechselspannungsleitung (AC)
7. Einspeisetableau mit Energiezähler
und Hauptsicherung


Inselanlage

Die Stromversorgung von netzfernen Objekten wie Berghütten, Ferienhäusern, Notrufsäulen und Parkscheinautomaten erfolgt durch autonome Solaranlagen mit Elektrizitätsspeichern (Batterien).

Merkmale von Inselanlagen:

  • Kostengünstige Alternative zur Erschliessung abgelegener Verbraucher mit Netzstrom.
  • Der Betrieb basiert in der Regel auf Gleichstrom mit Spannung von 12 oder 24 Volt.
  • Es müssen meist spezielle Geräte und Leuchten verwendet werden, sofern kein Wechselrichter eingesetzt wird.


Wie funktioniert eine Solarzelle?

Solarzellen bestehen aus Halbleitern, wie sie bei der Herstellung von Computer-Chips verwendet werden. Diese Halbleiter erzeugen bei Lichteinfall Elektrizität. Der Strom wird durch metallische Kontakte gesammelt. Der erzeugte Gleichstrom kann mit Hilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt und so direkt ins öffentliche Elektrizitätsnetz eingespeist werden. Als Halbleiter wird in den meisten Fällen Silizium verwendet, das nach Sauerstoff zweithäufigste Element der Erdkruste.


Zelltypen

Die Entwicklung brachte eine grosse Vielfalt an Solarzellen-Technologien hervor. Sie werden unterschieden nach kristallinen Solarzellen und Dünnschicht-Solarzellen.


Kristalline Solarzellen

Zur Herstellung von monokristallinen Siliziumzellen benötigt man hochreines Halbleitermaterial. Aus einer Siliziumschmelze werden einkristalline Stäbe gezogen und anschliessend in dünne Scheiben gesägt. Dieses Herstellungsverfahren garantiert relativ hohe Wirkungsgrade. Kostengünstiger ist die Herstellung von polykristallinen Zellen. Dabei wird flüssiges Silizium in Blöcke gegossen, die anschliessend in Scheiben gesägt werden. Bei der Erstarrung des Materials bilden sich unterschiedlich grosse Kristallstrukturen aus, an deren Grenzen Defekte auftreten. Diese Kristalldefekte haben einen etwas geringeren Wirkungsgrad der Solarzelle zur Folge.


Dünnschichtzellen

Wird auf Glas oder anderem Substratmaterial eine Silizium- oder andere Halbleiterschicht abgeschieden, spricht man von Dünnschichtzellen. Die Schichtdicken betragen weniger als 1 µm (Dicke eines menschlichen Haares: 50-100 µm), so dass die Produktionskosten allein wegen der geringeren Materialkosten niedriger sind. Die Wirkungsgrade von Dünnschicht-Zellen liegen allerdings noch unter jenen der kristallinen Zellen.

Neben Silizium kommen bei Dünnschichtzellen weitere Materialien zum Einsatz. Dazu gehören Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Diselenid (CIS). Insbesondere CdTe-Zellen haben bereits eine sehr grosse Verbreitung dank tieferer Kosten und obwohl der Wirkungsgrad wesentlich tiefer ist als bei kristallinen Zellen.

Photovoltaik auf Basis von organischen Kunststoffen ist eine weitere Technik, die jedoch noch nicht kommerziell verfügbar ist. Dazu gehören unter anderem die Grätzel-Zellen, bei denen Farbstoffmoleküle zur Lichtsammlung eingesetzt werden.


Solarmodule

Um für die Umwandlung geeignete Spannungen zu erzielen, müssen die Solarzellen in Serie geschalten werden. Zuerst im Modul, danach mehrere Module zum String. Diese Solarmodule – auch Solarpanels genannt – werden, geschützt vor Umwelteinflüssen in einer Verpackung aus Glas und Kunststoff, als Bauteile für Solaranlagen eingesetzt.

Der Modulwirkungsgrad hängt von der verwendeten Zelltechnologie ab. Er ist nicht zu verwechseln mit dem Gesamtwirkungsgrad einer Photovoltaik-Anlage, der etwas tiefer liegt. Die in der folgenden Tabelle angegebenen Wirkungsgrade gelten für kommerziell erhältliche Module; im Labor können z.T. deutlich höhere Werte erzielt werden.

 

Modulwirkungsgrad bei Standard-Testbedingungen (kommerziell erhältliche Module). Quelle: Häberlin 2010
Material Modulwirkungsgrad
Monokristallines Silizium 11 bis 19.5 Prozent
Polykristallines Silizium 10 bis 16 Prozent
Amorphes Silizium 3 bis 7.5 Prozent
Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) 7.5 bis 11.5 Prozent

Die Leistung der Module wird meist in Watt peak (Wp) angegeben. Dies bezeichnet die Nennleistung bei Standard-Testbedingungen.

Eine optimal positionierte Photovoltaik-Anlage im Schweizer Mittelland liefert jährlich rund 1000 Kilowattstunden (kWh) pro 1000 Wp. Die Stromproduktion liegt bei den gleichen äusseren Bedingungen für 1 Quadratmeter Photovoltaik-Module bei jährlich 140 bis 170 kWh (kristalline Module) respektive 70-90 kWh (Dünnfilmmodule).

Die von uns verwendeten Module sind zertifiziert und nach international anerkannten Normen geprüft.