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Solarenergie: Die Kraft der Sonne nutzen

Photovoltaik: Strom aus Sonnenstrahlen

Karlsruher Sonnensegel

Photovoltaik bezeichnet die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom. Dies geschieht mit Hilfe von Solarzellen, die in der Regel aus Silizium hergestellt werden. Man unterscheidet monokristallines Silizium (höchster Wirkungsgrad), polykristallines Silizium und amorphes Silizium (niedrigster Wirkungsgrad). Die Stromausbeute einer Photovoltaikanlage ist außerdem abhängig von den Wetterverhältnissen (Bewölkung, Dunst), der Beschattung sowie dem Neigungswinkel und der Ausrichtung der Anlage. Der beste Wirkungsgrad wird bei senkrechter Sonneneinstrahlung erreicht. Eine fest installierte Anlage sollte möglichst nach Süden mit einem Neigungswinkel von 30° ausgerichtet sein. Bewegliche Anlagen wie die „Karlsruher Sonnensegel“ sind in der Lage, ihre Ausrichtung dem Sonnenverlauf anzupassen und dadurch höhere Erträge zu erzielen.

Wie der Sonnenstrom zur Steckdose gelangt

Netzgekoppelte Photovoltaik-Anlagen sind über einen Wechselrichter an das öffentliche Stromversorgungsnetz angeschlossen. Der Wechselrichter wandelt den in Solarzellen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um und speist ihn ins öffentliche Netz ein. Die Nennleistung von Photovoltaik-Anlagen wird in Watt peak (Wp) angegeben. Eine netzgekoppelte Anlage mit einer Nennleistung von einem Kilowatt peak ist etwa 10 Quadratmeter groß. Die erzeugte Strommenge reicht für einen Drei- oder Vier-Personen-Haushalt.

Netzunabhängige Photovoltaik-Anlagen arbeiten im so genannten „Inselbetrieb“, also ohne Verbindung zum öffentlichen Stromversorgungsnetz. Zur Überbrückung von sonnenarmen Zeiten und für die Nacht sind deshalb aufladbare Akkus zur Speicherung des Stroms notwendig. Über die Größe des Solargenerators entscheiden das Verbraucherverhalten und die Speicherkapazität der Batterien. Netzunabhängige Anlagen sind nur sinnvoll, wenn ein Anschluss an das öffentliche Stromnetz nicht möglich oder ein Anschluss sehr viel teurer als eine Photovoltaik-Anlage ist.

Heizen und Duschen mit Sonnenenergie

Thermische Solaranlagen nutzen die Energie der Sonne zur Warmwasserbereitung und Unterstützung der Heizungsanlage. Dabei erwärmt die Sonne die Flüssigkeit in einem Kollektor. Über einen Wärmetauscher gelangt die aufgenommene Wärme schließlich in den Wasserspeicher. Bei unzureichender Sonneneinstrahlung unterstützt ein Heizkessel die Erwärmung des Brauchwassers.

Kombinierte Solaranlagen zur Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung sind eine sehr effektive Lösung. Im Frühjahr und im Herbst können diese Anlagen einen merklichen Beitrag zur Raumheizung leisten und Heizkosten sparen. In der Praxis haben sich für Ein-und Zweifamilienhäuser Kombianlagen mit einer Kollektorfläche zwischen 8 und 15 qm und einem kombinierten Speicher für die Brauchwassererwärmung und Heizwasserbevorratung mit 500 bis 1.000 Liter bewährt.