Photovoltaik: Stromerzeugung durch die Kraft der Sonne
Seit dem Inkrafttreten des EEG –Erneuerbare-Energien-Gesetz am 1. April 2000 (EEG 2000) hat die Photovoltaik zunehmend an Bedeutung gewonnen.
Photovoltaik auf Dächern, an Fassaden und in Freiflächenanlagen ist für uns heute schon ein fast alltägliches Bild geworden. Bei der Photovoltaik wird in Solarzellen das Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umgewandelt. Der dadurch gewonnene Gleichstrom wird über Wechselrichter in Wechselstrom überführt und steht dann als Verbrauchsstrom zur Verfügung. Photovoltaikanlagen können sowohl als Inselanlagen zum reinen Eigenverbrauch als auch als netzgekoppelte Anlagen, bei denen der Strom in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird, betrieben werden. Inselanlagen dienen vorrangig der Stromversorgung netzferner Gebäude; Anlagen mit Netzeinspeisung sind der Regelfall.
Die Leistung der einzelnen Solarmodule wird in WPeak, die Leistung einer Anlage in kWPeak angegeben. Peak steht für die Spitzenleistung, die Solarmodule unter Standard-Testbedingungen erzielen. Festgelegt sind diese mit 1.000 Watt Einstrahlungsleistung, die senkrecht auf 1 m2 Fläche treffen. Die Temperatur der Zelle beträgt hierbei gleichmäßig 250C und AM = 1,5. Letzeres heißt, dass der Sonnenstrahl auf seinem Weg das 1,5-fache der Atmosphärendicke (AM = Air Mass) der Erde durchdringt. Moderne Photovoltaikmodule haben heute einen Wirkungsgrad von 14 – 17 %. In Mittelhessen können Durchschnittserträge im Jahr von etwa 900 bis 950 kWh pro kWPeak erzielt werden.
Ende 2022 betrug die installierte Leistung der Photovoltaikanlagen in der Bundesrepublik Deutschland rund 66 Gigawatt.1
Der Ausbau der Photovoltaik hat insbesondere in den Jahren ab 2009 stark zugenommen. Diese Zunahme wurde begünstigt durch stark fallende Modulpreise, der im Verhältnis zur Investition günstigen Einspeisungsvergütungen und eine hohe Akzeptanz für diese Energieform (vgl. Abbildung).
Diese Entwicklung führt zu der Einschätzung, dass der Solarstrom heute fast überall die sogenannte Netzparität erreicht hat. Solarstrom lässt sich heute entsprechend zu Kosten erzeugen, die den herkömmlichen Stromtarifen für Verbraucher entsprechen.
Strom aus Windenergie und Photovoltaik hat den Nachteil, dass er nicht dauerhaft zur Verfügung steht und in seiner Erzeugung starken jahreszeitlichen Schwankungen unterliegt. Dabei wird oft darauf verwiesen, dass in Spitzenzeiten die Stromerzeugung aus Wind und aus Photovoltaik in der Addition nicht benötigten Überschussstrom verursacht. Andererseits zeigen Untersuchungen auf, dass sich unter Darstellung der Erzeugungsprofile Wind- und Sonnenstrom gegenseitig ergänzen, da klimabedingt in Deutschland hohe Sonneneinstrahlungswerte und hohe Windstärken negativ korrelieren. Dies spricht letztlich für einen ausgewogenen Mix von Stromerzeugungskapazitäten aus Wind- und Sonnenergie.
