Energie durch Sonne: Wie funktionieren Photovoltaikanlagen?

Die Sonne gibt eine beinahe konstante Strahlungsenergie ab, womit sie eine grenzenlose Energiequelle darstellt. Das Leistungspotential der Sonne ist so groß, dass sie permanent das 15.000-fache an Energie liefert, das die Menschheit verbraucht. Mit der Entwicklung moderner Photovoltaikanlagen wurde diese erneuerbare Energiequelle nutzbar gemacht. Gemeinsam mit der Windenergie bildet die Photovoltaik das Rückgrat der Energiewende. UKA bietet beide Leittechnologien und arbeitet mit am Erreichen der Klimaschutzziele.

Funktionsweise von Photovoltaik-Freiflächenanlagen

Zur Energiewandlung wird der photoelektrische Effekt von Solarzellen genutzt, die ihrerseits wiederum zu so genannten Solarmodulen verbunden werden. Die erzeugte Elektrizität kann direkt genutzt und in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

Komponenten der Solaranlagen

Die wesentlichen Bestandteile einer Solaranlage mit seinem Montagesystem sind Solargenerator (Solarmodule), Wechselrichter, Verkabelung, Zähler, Monitoring System (zur Ertragsüberwachung).

Faktoren für den Optimalbetrieb

Geographischer Lage: Für die Höhe der Stromerträge einer Photovoltaikanlage ist der regionale Standort entscheidend. Der Süden Deutschlands ist für die Energiegewinnung aus Photovoltaik-Anlagen besonders gut geeignet. Aufgrund starker Sonneneinstrahlung werden Spitzenwerte erreicht. Dank des stärkeren Windes und der dadurch effizienteren Kühlung der Solarmodule ist auch der Norden Deutschlands bestens für die Solarstromgewinnung nutzbar.

Sonnenscheindauer: Selbst im „strahlungsarmen“ Deutschland liegt die eingestrahlte Energiemenge der Sonne mit 900 bis 1.100 kWh pro Quadratmeter noch 200-fach über dem Primärenergieverbrauch der gesamten deutschen Bevölkerung.

Einstrahlungswinkel der Sonne auf die Module: In Mitteleuropa ist zur Erzielung des optimalen über das Jahr betrachteten Energieertrags eine Ausrichtung der Module nach Süden mit einem Anstellwinkel zur Horizontalen von circa 30 bis 35 Grad ideal. Ein etwas höherer Neigungswinkel sorgt dafür, dass dann sowohl zweimal am Tag - am Vormittag und am Nachmittag als auch zweimal im Jahr - im Mai und im Juli die Anlage optimal ausgerichtet ist.

Die Sonne liefert unerschöpfliche Mengen Energie. Dieses Potential zu nutzen und davon zu profitieren, ist dank modernsten Photovoltaikanlagen möglich. Sauberer, grüner Strom ist das Ergebnis und hilft, die Energiewende zu unterstützen.

Im Jahr 2018 deckten Photovoltaikanlagen (PV) mit einer Stromerzeugung von 46 TWh circa 8,7 Prozent des Netto-Stromverbrauchs in Deutschland, auf Basis der Verbrauchszahlen des Vorjahres. Alle Erneuerbaren Energien (EE) kamen zusammen auf circa 43 Prozent. Bezogen auf den Brutto-Stromverbrauch liegen die Anteile bei circa 7,7 Prozent für PV und circa 38 Prozent für alle EE. An sonnigen Werktagen kann PV-Strom zeitweise bis zu 45 Prozent, an Sonn- und Feiertagen bis zu 60 Prozent unseres momentanen Stromverbrauchs abdecken (Quelle: Frauenhofer ISE).

Flächenverbrauch

PV-Freiflächenanlagen werden häufig auf bereits vorbelastete Areale wie zum Beispiel Konversionsflächen (aus militärischer, wirtschaftlicher, verkehrlicher oder wohnlicher Nutzung), Flächen entlang von Autobahnen und Bahnlinien (im 100-Meter-Streifen), Flächen die als Gewerbe- oder Industriegebiet ausgewiesen sind oder versiegelte Flächen (ehemaligen Deponien, Parkplätze etc.) errichtet.

Werden Photovoltaikanlagen auf landwirtschaftlicher Fläche aufgestellt, was in Deutschland derzeit nicht gefördert wird, kann es zu einer Nutzungskonkurrenz kommen. Hierbei muss aber berücksichtigt werden, dass Solarparks verglichen mit der Bioenergie¬erzeugung auf gleicher Fläche einen um ein Vielfaches höheren Energieertrag aufweisen. So liefern Solarparks pro Flächeneinheit etwa 25 bis 65 Mal so viel Strom wie Energiepflanzen.

 

 

Wie entsteht ein Solarpark?

UKA plant und baut Solarparks in Deutschland, Europa und den USA. Doch welche Schritte sind bei der Projektentwicklung einer Photovoltaik-Freiflächenanlage notwendig?

Details zum Ablauf eines PV-Projektes