Lektion 2 von 7

Solar-PV

Photovoltaik entwickelte sich innerhalb von etwa zwei Jahrzehnten von einer Nischentechnologie zur günstigsten Quelle neuer Stromerzeugung in weiten Teilen der Welt — und das, obwohl sie auf einem grundlegend anderen Prinzip beruht als jede andere zuvor auf dieser Plattform behandelte Erzeugungstechnologie: keine Verbrennung, keine Turbine, überhaupt keine beweglichen Teile.

Der photovoltaische Effekt, kurz erklärt

Eine Solarzelle ist ein Halbleiter (fast immer Silizium), der so konstruiert ist, dass auftreffende Photonen Elektronen herauslösen und sie in eine einheitliche Richtung drücken, wodurch direkt aus Licht eine Gleichspannung und ein Gleichstrom entstehen — ohne mechanischen Zwischenschritt. Deshalb ist Solar eine der wenigen Erzeugungstechnologien wirklich ohne bewegliche Teile, was auch ein Hauptgrund für ihren sehr geringen Wartungsbedarf im Vergleich zu fast allem anderen in diesem Lehrplan ist.

Von einer einzelnen Zelle zum Kraftwerk

Zelle

Die grundlegende Halbleitereinheit, die in der Größenordnung von einem halben Volt liefert.

Modul (Panel)

Viele in Reihe und parallel verschaltete, zusammen verpackte Zellen — das physische Panel, das man von einem Dach kennt.

Strang / Anlage

Mehrere zusammengeschaltete Module, um die für eine gegebene Installation benötigte Spannung und Leistung zu erreichen, von einem einzelnen Dach bis zu einem Solarpark im Versorgungsmaßstab, der Hunderte Hektar bedeckt.

Weil die Ausgangsleistung Gleichstrom ist und das Netz mit Wechselstrom läuft, braucht jede Solaranlage — vom einzelnen Dach bis zum Solarpark im Versorgungsmaßstab — einen Wechselrichter, um sich mit dem Netz zu verbinden. Das ist wichtig genug, um als Nächstes eine eigene Lektion in diesem Track zu bekommen.

Was den Ertrag tatsächlich bestimmt

Der Solarertrag hängt vor allem von der Einstrahlung (wie viel Sonnenlicht auf das Panel trifft), dem Winkel zwischen Panel und Sonne, der Temperatur (kontraintuitiv verlieren Paneele mit steigender Temperatur etwas an Wirkungsgrad) und einfacher Geometrie ab — der Ertrag folgt einer vorhersehbaren Tages- und Jahreskurve, steigt ab Sonnenaufgang, erreicht gegen Mittag ihren Höhepunkt und fällt jede Nacht auf null, unvorhersehbar moduliert durch Bewölkung.

Solarparks im Versorgungsmaßstab versus dezentrale Dachanlagen

Solarparks im Versorgungsmaßstab verbinden sich direkt mit dem Übertragungs- oder Unterübertragungsnetz, verhalten sich (aus Sicht der Netzplanung) etwas wie ein konventionelles, aber variables Kraftwerk, und sind für einen Operator relativ einfach zu überwachen und bei Bedarf abzuregeln. Dachanlagen sind der gegenteilige Fall: Tausende kleine, unabhängig betriebene Anlagen, angeschlossen auf Verteilnetzebene, einzeln unsichtbar für Übertragungsnetzbetreiber — genau die im Smart-Grids-Track behandelte Sichtbarkeitsherausforderung dezentraler Ressourcen.