Ein kurzer Abriss zur Geschichte der PV

Im Jahr 1839 stieß Alexandre Edmond Becquerel im Zuge seiner Experimente zufällig auf den photoelektrischen Effekt. 1907 lieferte Albert Einstein dazu eine erste theoretische Erklärung, und durch die laufende Weiterentwicklung der Halbleitertechnologien durch Jan Czochralski zu Beginn des 1900 Jahrhunderts, gewann die Technologie rund um 1950 richtig an Bedeutung. Bis heute hat sich weiterhin viel in der Entwicklung getan, die Grundlagenforschung hat vieles zur Steigerung der Effizienz beigetragen und die Vielfalt der Halbleiter-Einsatzbereiche ist enorm. Im März 1958 wurde in den USA die Photovoltaik erstmalig zur Stromversorgung eingesetzt und die Geschichte nahm ihren Lauf.

Die Ableitung des Begriffes „Photovoltaik“

Das Prinzip einer Photovoltaikanlage ist in kurzen Worten einfach erklärt. Das Wort Photovoltaik setzt sich aus dem VOLT und die griechischen Wörter für Licht „phos“ bzw. Genitiv „photos“ zusammen. Das Wort VOLTA entstammt dem gleichnamigen Begründer der Elektrizitätslehre und als Erfinder der Batterie geltenden Alessandro Volta. Das „V“ steht für das Einheitszeichen VOLT = elektrische Spannung.

Die Grundfunktion kurzgefasst

Das Grundprinzip liegt in der Einstrahlung von Sonnenlicht auf die Solarzellen. Viele Solarzellen zusammengeschalten ergeben dann ein sogenanntes PV-Modul. Durch die Sonneneinstrahlung werden Elektronen in den Solarzellen angeregt, sich zu bewegen. Dabei entsteht elektrischer Gleichstrom. Dieser ist jedoch in dieser Form für den üblichen Haushaltstrom so nicht nutzbar.

Das klassische Stromnetz auf Haushaltsebene ist ein Wechselstrom mit 230 Volt Spannung und einer Netzfrequenz von 50 Herz. Dies bedeutet also, man muss den durch die PV-Module erzeugten Gleichstrom in den erwähnten Wechselstrom umwandeln. Diese Umwandlung des Stromes übernimmt der sogenannte Wechselrichter.

Der Wechselrichter hat neben der Stromwandlung aber noch weitere Funktionen. Er regelt auch das Einspeisen in das öffentliche Stromnetz und dient als Überwacher weiterer wichtiger Parameter. Kommt es beispielsweise zu Störungen im Stromnetz, kann der Wechselrichter die PV-Anlage von diesem trennen und die hausinternen Komponenten vor Fehlfunktionen schützen.

Ebenso übernimmt der Wechselrichter auch die Ansteuerung, Überwachung sowie das Laden bzw. Entladen eines Batteriespeichers.

Neben weiteren Umbauten am Stromverteiler, damit das Einspeisen korrekt gemessen werden kann und auch die PV-Anlage für den Ernstfall korrekt abgesichert ist, wäre die PV-Anlage somit schon funktionsfähig.

Weil jeder Sonnenstrahl zählt!

Natürlich kann man einfach die PV-Module am Dach, dem Balkon, dem Stall oder auf dem Carport befestigen und los geht’s. Grundlegend ja, aber man sollte bei der Planung einer PV-Anlage durchaus die vorhandenen Möglichkeiten mitberücksichtigen. In den meisten Fällen sind die räumlichen Möglichkeiten und das Platzangebot sehr beschränkt. Hier gilt es gut zu planen.

Ein wesentlicher Punkt bei der Planung ist die Ausrichtung der PV-Module. Nur weil die Sonnen im Süden am hellsten strahlt bedeutet dies nicht, dass alles nach Süden ausgerichtet die beste Entscheidung ist. In der Regel und sofern es die vor örtlichen Gegebenheiten ermöglichen, sollte man eine Verteilung der PV-Module nach dem Sonnenverlauf planen.

Wenn man die Möglichkeit hat, dann sollte man bereits die Morgensonne mitberücksichtigen und die Module nach Osten richten. Danach weitere Module die nach Süden zeigen und für den späteren Nachmittag nach Süd-West bzw. Westen. Damit optimiert man den maximalen Ertrag der Anlage. Man produziert somit zu Mittag weniger, dafür aber bereits am Morgen und am Vormittag mehr (Ostausrichtung) und am späteren Nachmittag mehr (Westausrichtung). So produziert man den ganzen Tag über gleichmäßiger verteilt Strom und der Peak zur Mittagszeit fällt weniger steil aus.

Die Ausrichtung der PV-Module sollte auch entsprechend dem familiären Tagesablauf angepasst werden. Wenn alle Bewohner das Haus um sechs Uhr morgens verlassen, muss man nicht zwangsläufig PV-Module nach Osten ausrichten. Wenn mittags gekocht wird und die Kinder von der Schule nach Hause kommen, deren Hausaufgaben erledigen und danach an der Konsole Spiele spielen, der Vater arbeitet im Homeoffice, dann ist eine Süd- und Süd West Ausrichtung die richtigere Wahl. Für den späteren Nachmittag und den Abend machen einige PV-Paneele in Richtung Westen immer Sinn, sofern es keinen großen Schattenwurf dabei gibt.

Ja, der Schattenwurf ist auch ein sehr großes Thema bei der Planung einer PV-Anlage. Wenn einzelne PV-Module über den Tagesverlauf durch punktuellen Schattenwurf zum Beispiel Strommasten, Bäume oder andere Hindernisse unterliegen, dann sollte man Leistungsoptimierer einbauen. Ohne diese, würden jene PV-Module, die durch den Schatten gerade weniger produzieren können als die restlichen, die anderen in deren Produktionsleistung beschränken. Durch Leistungsoptimierer wird es erst möglich, die PV-Anlage perfekt zu optimieren, um so die maximale Leistungserzeugung über den Tagesverlauf sowie unter Berücksichtigung aller Schattenwürfe oder weiteren Hindernissen zu ermöglichen.

Aus gut noch besser machen!

Eine PV-Anlage per se sollte aber letztendlich mehr sein als nur Stromproduzent für Haushalt oder Überschusseinspeisung. Eine PV-Anlage ist immer so effizient wie man sich diese seinem Lebensumfeld anpasst. Wenn du nun eine PV-Anlage erwirbst und den Strom, den du gerade eben nicht selbst benötigst, in einen Batteriespeicher ladest, dann speist du zwar weniger ins öffentliche Stromnetz ein, aber du hast deinen selbstproduzierten Strom für die Nacht zur Verfügung. Du kannst also deinen Fernseher, deinen Laptop oder auch den E-Herd zum Kochen am Abend daraus betreiben. Du kannst also den für die Randzeiten des Tages benötigten Strom auch selbst produzieren und speichern und jederzeit wieder abrufen. Damit sparst du dir Geld für Strom, den du ansonsten vom Netzlieferant wieder kaufen müsstest. Und dann wäre da noch das Thema mit der E-Mobilität. Deine Ladestation für zu Hause. Aber dies ist das Thema eines eigenen Blogbeitrags. Check it out.

Resümee

Ja es gibt vieles zu berücksichtigen, wenn man sich für eine PV-Anlage zur Selbstversorgung bzw. zur Überschusseinspeisung entscheidet. Eine gute Planung und Auslegung, entsprechend den gegebenen Möglichkeiten erhöht die Effizienz, maximiert den Ertrag der gesamten Anlage und setzt einen entscheidenden Schritt in Richtung Energieautarkie. Wir von der Conversio Energie GmbH, haben mehr als 2.500 PV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von über 110.000 KW Leistung geplant und gebaut. Das untermauert unsere Kompetenz und unser Wissen rund um die Thematik PV-Anlagen und Erneuerbare Energiesysteme. Überzeuge dich gerne selbst und melde dich bei uns.