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Die sauberste Art Strom zu produzieren
Photovoltaikanlage auf dem PKG:
Für das Paul-Klee-Gymnasium Gersthofen haben wir eine Anlage auf 20 Jahre kalkuliert, wie es der Garantiezeit der meisten Photovoltaik-Paneele (Photovoltaikmodule) entspricht. Aufgrund von vielen variierenden Kostenfaktoren, wie dem Preis der Paneele, der Installation auf verschiedene Dachtypen und der Subventionierung des Stromeinspeisepreises, kann diese Kalkulation nur exemplarisch betrachtet werden. Hierbei haben wir uns um eine möglichst reale Annäherung an die vor Ort gegebenen Verhältnisse bemüht.
Bei der Kalkulation für das Sporthallendach des Paul-Klee-Gymnasiums wird von der gesamten Fläche von 1.812 m² ausgegangen. Die dafür benötigte Anzahl der Paneele beläuft sich auf 1.275 Stück, mit einer Leistung von jeweils 175 W. Eines dieser Module wurde mit allen Nebenkosten wie Installation, Kabel und Wechselrichter (Photovoltaik liefert Gleichstrom) auf einen Mittelwert von 855 € veranschlagt. Diese Anlage von insgesamt 212.004 kWh/Jahr hat eine Leistung von 223,1 kW oder 223,1 kWp. Die dadurch eingesparte CO2-Masse beläuft sich auf 125.082,36 kg. Die Installationskosten betragen ca. 1.091.056 €, das sind 4.890 €/kWp. Der staatlich garantierte Stromeinspeisepreis beträgt 0,5130 €/kWh. Die Paneele haben einen Leistungsgrad von 14,1%, und eine Ertragsminderung von ca. 0,5%/Jahr. Ein einzelnes Paneel wiegt 17 kg, die Anlage also 21.675 kg. Da es eine enorme Vielfalt an Produkten gibt, ist eine fachgerechte Beratung über den richtigen Paneeltyp zu empfehlen.
Allgemeines:
Photo (griechisch „phos“) bedeutet ‚Licht’. Voltaik ist als Teilwort abgeleitet vom Namen des italienischen Pioniers der Erforschung der Elektrizität, Alessandro Volta. Photovoltaik beschreibt also die Energietechnik, welche sich mit der Umwandlung von Sonnen- und Strahlungsenergie beschäftigt. Diese Umwandlung wurde bereits 1839 von dem französischen Physiker Becquerel entdeckt und von Albert Einstein wissenschaftlich analysiert, wofür er den Nobelpreis erhielt. 1954 nutzten die Amerikaner Chapin, Fuller und Pearson erstmals die Umwandlung von Sonnenstrahlen in elektrische Energie, da nun die erforderlichen Halbleiter (Stoff, dessen elektrischer Widerstand geringer als bei einem Isolator, aber größer als bei einem Leiter ist; z.B. Silizium) entwickelt waren.
Ein Deutscher verbraucht durchschnittlich 130 kWh Strom pro Tag. Um diesen Bedarf zu decken, werden nun immer stärker erneuerbare Energien wie Wind- und Wasserkraft, aber hauptsächlich Solarenergie genutzt. Diese wird in Deutschland am effektivsten im südlichen Raum eingesetzt. Hier ist mit Spitzenwerten von1.120 kWh/m² bis 1.160k kWh/m² zu rechnen. Insgesamt stünden in Deutschland, nach einer Studie des Bundesumweltministeriums, 1.650 km² Fläche für die Nutzung durch Photovoltaikanlagen zur Verfügung. Ökonomisch kommen davon jedoch nur 700 km² in Betracht. Dies entspräche einer Leistung von 90.000 MW oder 80.000.000 MWh. Das sind ca. 33% des heutigen Stromverbrauchs.
Finanzielles:
Der für 20 Jahre vom Staat garantierte Einspeisepreis zur Förderung der erneuerbaren Energien wird nach Größe der Anlage gestaffelt. Für Anlagen aus dem Jahr 2008 gelten folgende Preise:
| ≤ 3kWp | →54,53 ct |
| ≤ 30 kWp | →51,87 ct |
| ≤100 kWp | →51,30 ct |
(W peak bezeichnet die Ergebnisse unter Laborbedingungen, die jedoch in der Realität nicht erreicht werden)
Die Preise sinken jedes Jahr um mehre Cent. Daher ist es bei Planung einer Photovoltaikanlage dringend zu empfehlen, diese zeitnah umzusetzen. Günstige Kredite für die Investition in eine Photovoltaikanlage sind bei der KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau) zu beziehen. Der Zins beträgt hier ca. 5%. Zwei Möglichkeiten der Tilgung sind denkbar. Entweder die sofortige Tilgung des Darlehens mit dem sofortigen Rückfluss aller Einnahmen der Anlage, um die Zinsen und Zinseszinsen möglichst gering zu halten. Oder man kann über die Laufzeit eine lineare Tilgung vorsehen, um so monatlichen Gewinn aus der Anlage ziehen zu können. Die Amortisierung (Break-Even-Point) der Installation stellt sich etwa nach 15 Jahren ein. Die Anlage produziert demnach noch die restlichen 5 Jahre ihrer Laufzeit reinen Gewinn und stellt so eine Investition mit relativ hoher Rendite dar. Nicht zu vergessen sind der ökologische Effekt und das daraus erwachsende „reine Gewissen“. So werden durch 1 kWh Photovoltaik-Strom 98 kg CO2 eingespart.
Technisches:
Das Auftreffen von Sonneneinstrahlung (Photonen) auf übereinander liegende Halbleiterschichten bewirkt die Loslösung von Elektronen. Die nun freien positiven und negativen Ladungsträger werden durch ein elektrisches Feld voneinander getrennt. Dies ist das physikalische Grundprinzip das durch eine komplizierte technische Umsetzung genutzt wird. Ein durchschnittliches Modul erzeugt etwa 17 Volt Spannung. Dies kann im Verbund von sogenannten Strängen auf bis zu 600 V gesteigert werden. Es können drei verschiedene Photovoltaikzellen unterschieden werden:
| Amorphe Zelle | Polykristalline Zellen | Monokristalline Zellen |
|---|---|---|
| keine Kristallstruktur erkennbar | Kristalle erkennbar | ein Kristall pro Zelle |
| geringe Kosten | mittlere Kosten | höchste Kosten |
| geringer Wirkungsgrad | mittlerer Wirkungsgrad | größter Wirkungsgrad |
| in mobilen Geräten (Taschenrechner) |
Diagramm zur Veranschaulichung
Wikipedia
EnviComCenter
Stephan Lidel