Als Nennleistung von Photovoltaik und Solaranlagen wird häufig der Wert W p (Watt peak ) beziehungsweise kW p angegeben. „peak“ und bezieht sich auf Leistungen bei Testbedingungen, welche dem Alltagsbetrieb in der Regel nicht entsprechen. Es handelt sich dabei auch nicht um die Leistung der Zelle oder des Moduls bei höchster Sonneneinstrahlung.
Die Förderung von Solaranlagen unter Testbedingungen dient zur Normierung und zum Vergleich Unterschiedlicher Solarzellen / Solarmodulen. Die elektrischen Werte der Bauteile unter diesen Solarförderungs-Bedingungen werden in den Datenblättern angegeben. Gemessen wird bei 25 °C Modultemperatur, 1.000 W/m² Bestrahlungsstärke und einem Air Mass von 1,5. Dies sind die STC-Bedingungen (Standard-Test-Conditions), welche als internationaler Standard festgesetzt sind. Falls diese Bedingungen beim Testen nicht eingehalten werden können, so muss aus den gegebenen Testbedingungen die Nennleistung rechnerisch ermittelt werden. Die Bestrahlungsstärke von 1.000 W/m² kommt in Mitteleuropa über ein Jahr gesehen nicht recht selten vor (in Südeuropa häufiger). Im normalen Betrieb haben Photovoltaik Module bzw. die Solarzellen bei dieser Einstrahlung eine wesentlich höhere Betriebs-Temperatur als die im Test vorgesehenen 25 °C und damit auch einen deutlich geringeren Wirkungsgrad (Förderung).
Die zu erwartende durchschnittliche Förderung an elektrischer Energie einer jeweils neu errichteten netzgekoppelten Solaranlage in Deutschland steigt durch Verbesserung der Technik stark an. Derzeit liegt die Solarförderung bei sinnvoller Auslegung der Solaranlage bei Werten um 1000-1100 kWh pro kW p und Jahr.
Das entspricht einer Solarförderung von 102 bis 114 oder einer Ausnutzung der Arbeitsfähigkeit der Solarzelle von 10,2 % bis 11,4 %.
Dies ergibt einen tatsächliche Energieförderung von ca 90-120 kWh pro Quadratmeter und Jahr (entspricht einer mittleren Leistungsabgabe von 10,3 bis 13,7 W/(m² a)).
Ein Forschungsprojekt der EU beschäftigt sich mit der tatsächlichen Leistung von Photovoltaik je nach Region. Hierzu gibt es eine Internetseite, auf der Sie sich die tatsächliche Leistung von Photovoltaik für die meisten grossen Städte in Europa und Afrika schätzen lassen kann (unter Angabe des Watt peak).
Wirkungsgrad von Solaranlagen
Die mit Solarzellen in der Photovoltaikanlage erzielten Wirkungsgrade reichen von knapp 6 % (für Cadmium-Tellurid-Solarmodule) bis hin zu über 35 % (Konzentrator-Mehrschicht-Laborexemplar), oder sogar 40 % (Dünnschichtmodul auf CIS-basis). Die Wirkungsgrade marktüblicher Solarmodule liegen zwischen 6 % (Dünnschichtmodule auf Siliziumbasis) und 17,7 % (monokristalline Module).Förderung.
Der Systemwirkungsgrad im Jahresverlauf ergibt sich dann aus der Multiplikation mit der Performance Ratio (PR). In diese fließen die Verluste des Wechselrichters ebenso mit ein wie Abschattungen und Verluste durch hohe Temperaturen. Die PR liegt im Bereich von 0,7 bis 0,85.
Obwohl die insgesamt zur Verfügung stehende Sonneneinstrahlung recht hoch erscheint, ist die Photovoltaikanlage aufgrund des bisher niedrigen Wirkungsgrades sehr flächenintensiv. So fördert eine Windkraftanlage mit 5 MW Leistung etwa genauso viel Energie wie eine 500 m × 500 m große Solaranlage. Trotzdem ist auch heute schon die Leistungsdichte der Photovoltaik höher, da Windkraftanlagen dieser Größe in mehr als 500 Meter Abstand voneinander aufgestellt werden müssen.
Von Kritikern der Solarstromtechnologie und Photovoltaikanlagen wird der im Vergleich mit einer konventionellen Umwandlung fossiler Energieträger vergleichsweise geringe Wirkungsgrad als Argument gegen die generelle Tauglichkeit der Photovoltaik angeführt. Jedoch sind bei der Betrachtung des Wirkungsgrades dieses Systems Kosten für die Aufwendung der Primärenergie zu berücksichtigen. (ebenso die Übertragungs- und Umwandlungsverluste / Kosten) Anders als bei klassischen Energieförderern steht hier die Sonneneinstrahlung als Primärenergieträger kostenlos zur Verfügung und somit hat ein geringer Wirkungsgrad (außer im Bezug auf den Flächenverbrauch) keine Auswirkung auf die Umweltbelastung. Gerade die kostengünstigen, polykristallinen Module mit vergleichsweise geringem Wirkungsgrad können z. B. auf Industrie-Flachdächern ohne Landschaftsverbrauch vergleichsweise einfach mit integrierten Dachabdeckungssystemen verlegt werden, und somit (anders als bei aufgeständerten Anlagen mit hochwertigen monokristallinen Systemen) kein Landschaftsverbrauch entsteht. Desweiteren ist der Energieaufwand zur Herstellung hochwertiger Photovoltaikmodule höher als bei Dünnschichttechnologien mit geringerem Wirkungsgrad.
Da der elektrische Strom, der aus Photovoltaik als Gleichstrom mit niedriger Spannung gefördert wird, [obwohl die meisten Energieverbraucher auf Wechselstrom ( 230 V, 50 Hz)] angewiesen sind, entstehen geringe Verluste (meist 3 bis 7 %) bei Umwandlung und Übertragung in einem Energieversorgungssystem.
Glücklicherweise wird bei einem Einsatz in Deutschland, die Energie zur Herstellung einer Photovoltaikanlage, in zwei bis sieben Jahren wieder hergestellt (laut Kostenmodel).
Die Energieförderung von Solaranlagen ist somit wirtschaftlich tragbar und bezogen auf den kosten - nutzen Faktor äußerst interessant (siehe auch die Staatlichen Zuschüsse des EEG).
Das erreichbare Potential für Solaranlagen ist Trotz der scheinbar ungünstigen Bedingungen in Deutschland sehr hoch. Theoretisch genügen etwa 2 Prozent der Gesamtfläche des Landes, um die heutige Jahressumme an gleicher elektrische Energie zu erzeugen, die Deutschland pro Jahr benötigt (gesamt). Der Einwand von Photovoltaik- und Solaranlagen Gegnern, welche behaupten das die Fläche in Mitteleuropa für einen wesentlichen Anteil von Photovoltaik zur Energieversorgung nicht ausreichen, ist somit nicht haltbar. Die nötige Fläche könnte ohne Neuversiegelung über die Nutzung bisher bebauter Flächen (vor allem Dächer) erreicht werden. Die Photovoltaik und Solartechnik in Deutschland kann daher langfristig auch einen erheblichen Beitrag zum Umweltschutz und zur Ressourcenschonung liefern. Die Zahl von 2 Prozent ergibt sich bei einer Leistung von 1 kW p pro 10 m² Fläche, einem jährlichen Energieertrag von ca. 750 kWh pro kW p , einem Strombedarf von ca. 550 Milliarden kWh (entspricht in etwa der Größenordnung für das Jahr 2004/2005) und der Gesamtfläche Deutschlands (ca. 350.000 km²).
Förderungspotential in Europa.
Zunächst erscheint ein solcher Ausbau unter den gegenwärtigen wirtschaftlichen Bedingungen utopisch. Während Strom aus konventionellen Energiequellen etwa. 7 Cent pro kWh kostet, wird Solarstrom gemäß dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz mit (je nach Art und Größe der Anlage) 38 bis 51 Cent pro Kilowattstunde (2007) vergütet. Angesichts weltweit steigender Energiekosten und der Jahresweisen Absenkung der Einspeisevergütung für Solarstrom wird es langfristig zu einer Angleichung der Kosten der Stromerzeugung kommen.
Im Jahr 2005 wurden laut einer Erhebung der Fachzeitschrift „Photon“ 0,26 Prozent der deutschen Stromerzeugung aus Solarenanlagen gewonnen. Für das Jahr 2010 gehen verschiedene Prognosen von 0,45 bis 1,0 Prozent aus (Quelle: Verband der Netzbetreiber/Bundesverband Erneuerbare Energien). Im Jahre 2020 werden laut einer Studie des Bundesumweltministeriums 1,5 Prozent des Stromverbrauchs in Deutschland aus Photovoltaikanlagen gewonnen werden.
Bei der deutschen Stromerzeugung spielt trotz des theoretisch hohen Potentials, der Solarstrom momentan nur eine relativ kleine Rolle. Aus diesem Grund ist für die Energiegewinnung durch Solar-Energie ein Ergänzung der Windkraft zu einem regenerativen Energiemix sehr sinnvoll. Denn während die Erträge aus Wind- und Wasserkraft im Sommer vergleichsweise niedrig sind, arbeitet die Solaranlage aufgrund der ca 11.000 h Sonnenscheindauer mit Gewinn.
Strahlungsatlas.
Bei den Angaben des Flächenbedarfs im obigen Text wurde eine eventuell notwendige Zwischenspeicherung der Energie noch nicht berücksichtigt. Geht man davon aus, dass 25 Prozent der Energie sofort verbraucht und 75 Prozent gespeichert werden, wären zusätzliche Investitionen erforderlich, weil die heutigen Energieversorgungsnetze noch nicht auf einen so hohen Beitrag der erneuerbaren Energien eingestellt sind. Ein Anteil der Photovoltaik von bis zu 25 Prozent am Gesamtstrombedarf erscheint aus heutiger Sicht energiepolitisch und volkswirtschaftlich sehr sinnvoll und erstrebenswert. So könnte überschüssiger Strom durch Akkumulatoren und Wechselrichter, welche in Fahrzeugen (z.B KFZ) eingebaut werden, unter Umständen die Reduktion oder sogar den Verzicht auf konventionelle Antriebstechnik und dem dadurch bedingten Verlust von großen Teilen des Wirkungsgrads, entgegensteuern. Überschüsse aus erneuerbaren Energien können z.B. mittels HGU (Hydrogen gas generating unit) und Brennstoffzelle, bedarfsgerecht in Wärme und Strom gewandelt werden. Diese Überlegungen können langfristig dazu führen, dass Solarstrom immer mehr Bedeutung gewinnt.
Es errechnet sich hieraus ein Sehr interessanter kosten - nutzen Faktor (siehe auch EEG Zuschüsse)
Photovoltaikanlagen und Solaranlagen: Ein Thema für Heute und Morgen !!!
