Fotovoltaik / PV - eine Übersicht  

1. Was ist Fotovoltaik / Photovoltaik

Unter Fotovoltaik versteht man die direkte Gewinnung von Strom aus Tageslicht, ohne Umweg über mechanische Verfahren (z.B. Windräder) oder über thermische Anlagen (z.B. Kollektoren. Sonnenöfen)

1.2 Geschichte

Der photovoltaische Effekt wurde schon 1839 durch den französischen Physiker Alexandre-Edmond Becquerel entdeckt. Eine praktisch brauchbare Solarzelle zur direkten Umwandlung von Lichtstrahlen in Elektrizität wurde aber erst hundert Jahre später entwickelt. Am 25. April 1954 wurden die ersten Solarzellen der Öffentlichkeit vorgestellt. Eine Anwendung, die uns allen bekannt ist, ist der Belichtungsmesser im Fotoapparat. Die ersten kommerziellen Anwendungen der Fotovoltaik erfolgten in der Weltraumtechnik, zur Versorgung von Satelliten mit Strom.

Solarzellen haben mittlerweile eine sehr hohe Zuverlässigkeit erreicht und benötigen keine Wartung. Die Systeme zur fotovoltaischen Stromerzeugung sind technisch ausgereift und bereits in vielen Bereichen auf der Erde erfolgreich im Einsatz.

2.  Aufbau und Funktionsweise

2.1. Physikalisches Prinzip

Das Licht besteht im Prinzip aus unzähligen winzigen Energiepaketen, den Photonen. Im Innern von bestimmten Materialien (Halbleitern) wird dieses Licht aufgenommen (absorbiert) und es setzt darin Elektronen in Bewegung. Dadurch entstehen im Kristallgitter des Elementes Atome mit Elektronenüberschuss (minus geladen) und Atome mit Elektronenmangel (plus geladen). Das Entscheidende ist, dass diese unterschiedlichen Ladungsträger getrennt werden, dadurch entsteht eine Spannung, wie in einer Batterie zwischen dem Plus- und dem Minuspol.
Wenn nun diese beiden Pole durch einen Leiter verbunden werden fließt ein elektrischer Gleichstrom.

2.2 Solarzellentypen

Es gibt etwa 100 verschiedene Elemente, die für Solarzellen geeignet sind. Der weitaus überwiegende Teil besteht aus Silizium (Si). Fast 95% aller derzeit eingesetzten Solarzellen bestehen aus Silizium. Silizium wird aus Quarzsand gewonnen, der ähnlich unerschöpflich ist wie Sonnenlicht.

Es werden heute drei verschiedene Typen von  Si- Solarzellen kommerziell verwendet, wobei das Unterscheidungskriterium die Kristallstruktur ist. 
a/ monokristalline Solarzellen, b/ polykristalline Solarzellen, c/ amorphe Solarzellen.

3. Einstrahlung und Energieertrag.

Die Leistung einer einzelnen Solarzelle reicht kaum für mehr als einen Taschenrechner. Zur Stromerzeugung werden deshalb Solarzellen in Solarmodulen miteinander verschalten. Im Prinzip geschieht hier das gleiche, wie in der Taschenlampe, wo z.B. drei oder vier Zellen (Batterien) zusammengeschaltet werden

Die Leistung einer Solarzelle hängt ab

Eine 1 KWp große PV-Anlage mit einer Solarzellenfläche von ca. 8,5 m² liefert jährlich eine Energiemenge von ca. 900 bis 950 kWh. 

Die Nennleistung von Solarzellen und -modulen wird in Wattpeak (Wp) angegeben. Diese Nennleistung ist bei senkrechtem Strahlungseinfall von
1.000 W/m² Bestrahlungsstärke bei einer Zellentemperatur von 25°C definiert und nimmt mit steigender Temperatur ab.

4. Praktische Betriebsweise von PV-Anlagen

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten Fotovoltaikanlagen einzusetzen:  

• Direktbetrieb
• Inselbetrieb mit Hilfe von Batterien (Akku) z.B. im Lecknertal im Bregenzerwald
• Inselbetrieb mit Hilfe von Batterien und Wechselrichter, z.B. in Ferienhäusern
• Netzbetrieb in Koppelung mit dem öffentlichen Stromnetz, z.B. unser „SONNENSCHEIN“ Gemeinschafts- Sonnenkraftwerk auf dem Dach der Volksschule Nofels. 

Für die Ziele der Interessensgemeinschaft Sonnenenergienutzung Nofels kommt nur die Variante „Netzbetrieb in Koppelung mit dem öffentlichen Stromnetz“ in Frage. Netzgekoppelte PV Anlagen verzichten auf Batterien und verwenden das öffentliche Stromnetz als Energiespeicher. 
Dabei wird die bereits vorhandene Infrastruktur effektiv genutzt, ohne zusätzliche Verwendung von problematischen Materialien (wie z.B. Akkus).

4.1 Praktischer Betrieb im Detail

Der vom Solargenerator (Solarzelle– Modul) erzeugte Gleichstrom wird durch ein sogenanntes „Netzkoppelungsgerät“ (Wechselrichter) in netzkonformen Wechselstrom mit einer Nennspannung von 230V umgewandelt und direkt in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Hier versorgt er alle angeschlossenen elektrischen Verbraucher (Geräte, Lampen usw.). Bei nicht ausreichendem Solarstromangebot wird automatisch zusätzliche Energie aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen um den Betrieb der angeschlossenen Geräte sicherzustellen. Überschüssiger Solarstrom, den man nicht für den eigenen Verbrauch benötigt steht somit anderen Stromabnehmern zur Verfügung. Tagsüber besteht im öffentlichen Netz meist ein Spitzenbedarf, nachts ein Überangebot. Somit ist der Solarstrom nahezu ideal komplementär zur konventionellen Stromerzeugung

4.2  Einbaumöglichkeiten

Die Solarmodule werden vorwiegend auf Dächern und an Fassaden angebracht. Die Anbringung auf Grünflächen sollte möglichst vermieden werden, außer die Module können an einem nicht bewirtschafteten Steilhang angebracht werden.

5. Kostendeckende Einspeisevergütung

Die Nutzung der Sonnenenergie ist jetzt keine Frage mangelnder Technik mehr.  
Wer einer ausgereiften Technik zum wirtschaftlichen Durchbruch verhelfen will, muss sie in die Praxis einführen. 
Das gilt auch für die Fotovoltaik. Deutlich billiger wird es nur durch die Massenproduktion. Das setzt aber eine „Massennachfrage“ voraus. 
Denn in einer Marktwirtschaft wird nur produziert, was sich auch mit Gewinn verkaufen lässt.

Deshalb müssen so viele Privatanwender und Betriebsinhaber wie möglich motiviert werden, diese umweltfreundliche Form der Energieumwandlung 
in großen Umfang zu nutzen.

Wir Vorarlberger können uns freuen und stolz sein, denn seit 1. Jänner 2003 haben wir eine neue Einspeiseverordnung für alle erneuerbaren Energien. 
Bei der Fotovoltaik bekommen die Ökostromerzeuger in Österreich bis zu 8,25 ATS / 60 ¢ / kWh, mit Tarifgarantie für 13 Jahre. Somit rechnet sich die Anschaffung einer eigenen Fotovoltaikanlage in längstens 15 Jahren. Die getätigte Geldanlage ist eine sichere Investition in unsere Zukunft!

6. Die Motivation und Ideologie dahinter

Die Interessensgemeinschaft  Sonnenenergienutzung Nofels sieht ihre Aktivitäten und Zielsetzungen in einem größeren Zusammenhang, als nur in der Produktion von umweltfreundlich hergestellten Strom.

Wir sind der Ansicht, dass dezentrale Energieversorgung weniger krisenanfällig ist und auch demokratischer ist, somit eine Gegenbewegung zu den Monopolbestrebungen diverser Konzerne darstellt. (Denken Sie z.B. an die dzt. Diskussion um das Trinkwasser). Es ist somit auch ein Akt des Selbstschutzes.

Zum Zweiten ist unser Anliegen eine gerechtere Welt, mit gleichen Chancen und menschenwürdigen Lebensbedingungen für alle Menschen zu ermöglichen.

Neben der Schaffung von Arbeitsplätzen in überschaubaren Dimensionen (Klein- und Mittelbetriebe) in der Region, ist es uns ein wichtiges Anliegen, dass die Herstellung und der Vertrieb der PV Module transparent sind. So sollten  keine Module aus Ländern importiert werden, in denen Kinderarbeit oder andere Menschenrechtsverletzungen an der Tagesordnung sind, nur um ein paar Euro (€) zu sparen.

Von einer gerechteren Welt zu sprechen ist einfach, sie können aber auch tatsächlich etwas dazu beitragen.  

Hinweis:
Das Grundkonzept dieser Fotovoltaikinformation wurde von der Interessengemeinschaft Erneuerbare Energien Zwischenwasser zusammengestellt und uns dankenswerter Weise von Karl Heinzle karl.heinzle@gmx.at zur Verfügung gestellt.

Ein Großteil des Textes stammt aus dem Buch „Der Sanfte Weg“ Österreichs Aufbruch ins Solarzeitalter. Das Buch wurde vom EU Abgeordneten Dr. Hans Kronberger geschrieben und ist im URANUS Verlag erhältlich. Ich kann jedem an Erneuerbaren Energien Interessierten empfehlen dieses Buch zu erwerben.