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Photovoltaik interaktiv

Das Potenzial des Sonnenstroms

Heißes Wasser und ein mollig-warmes Eigenheim durch die Kraft der Sonne: Mit der virtuellen Solaranlage lässt sich eine Photovoltaik-Anlage auf einem deutschen Hausdach installieren! Gewählt werden kann zwischen verschiedene Städten, dem Neigungswinkel des Hausdachs, der Ausrichtung der Solarzellen, der Verschattungsart und dem Solarzellentyp. An welchem Standort lohnt sich eine Solaranlage? Nach wie vielen Jahren hat die Anlage die Kosten wieder eingespielt? In der Solardach-Simulation lassen sich verschiedene Konstellationen erproben.

Simulation starten

In diesem Beispiel wurden folgende Parameter gewählt: Karlsruhe als Standort, 45° als Neigungswinkel des Hausdaches, eine Ausrichtung des Hausdachs nach Südost, eine Verschattung durch Kiefern und polykristalline Solarzellen. In der Auswertung wird die Effizienz des Solardachs errechnet und mithilfe eines Balkendiagramms visualisiert.

Funktionsweise des interaktiven Solardachs

Detailaufnahme des virtuellen Solardachs: Neigung des Hausdachs

Das Bildschirmfoto zeigt den Schritt der Simulation, bei dem der Neigungswinkel des Hausdaches eingestellt werden kann. Der hier gewählte Winkel beträgt 45°.

Die Solaranlage-Simulation umfasst mehrere Arbeitsschritte: die Standortwahl, die Neigung und die Ausrichtung des Hausdachs, die Verschattung sowie die Wahl der Solaranlage.

1. Standortwahl Die Solaranlage kann in einer Stadt in Deutschland installiert werden. Zur Wahl stehen: Hamburg, Bremen, Berlin, Dortmund, Köln, Frankfurt, Würzburg, Nürnberg, Karlsruhe, Stuttgart, Freiburg sowie München. Bei der Auswahl muss bedacht werden, dass der Ertrag in erster Linie von der Sonneneinstrahlung abhängt.

2. Neigung des Hausdachs Hausdächer sind unterschiedlich stark geneigt. Möglich sind in der Simulation Winkel von 0°, 30°, 45° und 60°. Welcher Neigungswinkel ist der günstigste?

3. Ausrichtung des Hausdachs Mithilfe eines Kompasses lässt sich das Hausdach ausrichten. Zur Wahl stehen folgende Himmelsrichtungen: Nord, Nord-Ost, Ost, Süd-Ost, Süd, Süd-West, West und Nord-West. Die gewählte Ausrichtung entscheidet darüber, wie lange und mit welcher Intensität die Sonne auf die Anlage scheint.

4. Verschattung Ein gewisser Grad an Verschattung ist einer Großstadt nur selten zu vermeiden. Oft werfen große Bäume oder Teile von Gebäuden wie z.B. Kirchtürme Schatten auf die umliegenden Dächer. In der Simulation kann man sich für eine der folgenden Möglichkeiten entscheiden: keine Verschattung, Verschattung durch Gebäude, Kiefern, Eichen / Kastanien sowie Birken.

5. Wahl der Solaranlage Als letzter Schritt muss man sich für eine Solaranlage entscheiden: monokristalline, polykristalline oder amorphe Solarzellen stehen dabei zur Wahl. Fährt man mit der Maus über diese verschiedenen Arten von Solaranlagen, kann man sich einen Informationstext durchlesen.

Wurden diese fünf Faktoren eingestellt, wird Effizienz der virtuellen Solaranlage berechnet. Hierbei werden einzelne Aspekte wie der Wirkungsgrad der Solaranlage, der Preis der Anlage, die Jahresleistung der Solaranlage, die Einspeisevergütung sowie die Amortisationsdauer in Form eines Balkendiagramms ausgegeben.

Weiterführende Informationen zu Solaranlagen: Verschiedene Arten von Solarzellen

Detailaufnahme der Solarsimulation: Kompass

Mithilfe des Kompasses lässt sich die Ausrichtung der Solaranlage einstellen. Der hier gewählte Fall – die Solarzellen wurden an der Nordseite des Hauses montiert – ist ungünstig. Der Ertrag der Solaranlage würde sich um rund die Hälfte reduzieren.

Der bei Weitem größte Teil der Solarzellen auf dem Weltmarkt enthält Silizium als Grundmaterial. Es haben sich insgesamt drei Varianten etabliert.

In Solarzellen aus monokristallinem Silizium zieht sich die regelmäßige Kristallstruktur einheitlich durch die gesamte Zelle. Die elektrischen Verluste sind in diesem Typ am geringsten. Der Wirkungsgrad liegt etwa bei 25 Prozent. Da sie sehr teuer sind, werden sie vor allem dort eingesetzt, wo eine möglichst hohe Leistung erzielt werden soll. Einkristalline Zellen decken etwa 40 Prozent des Jahresbedarfs an Solarzellen ab.

Deutlich einfacher und kostengünstiger sind Solarzellen aus polykristallinem Silizium herzustellen. Geschmolzenes Silizium wird einfach als großer Block kontrolliert abgekühlt. Dadurch entsteht keine einheitliche Struktur, sondern ein Mosaik vieler Kristallite, also vieler kleiner Einkristalle von einigen Millimetern Größe. Die Grenzen zwischen diesen Minikristallen sind in der Solarzelle aber Quellen von unerwünschten Verlusten. Der beste Wirkungsgrad der polykristallinen Zellen liegt deshalb nur etwa bei 17 Prozent. Wegen der einfachen Herstellung hat dieser Typ dennoch rund 40 Prozent des Marktes erobert.

Detailaufnahme des interaktiven Solardachs: Verschattung

In der Simulation wird eine mögliche Verschattung berücksichtigt. Gewählt werden kann zwischen verschiedenen Baumarten und (wie hier im Bild) der Verschattung durch Nachbargebäude.

In der dritten Variante der Siliziumsolarzelle fehlt die typische Kristallstruktur völlig – sie besteht aus amorphem Silizium. Bei der Herstellung ordnen sich die Atome völlig unregelmäßig in einer Struktur an, wie sie zum Beispiel auch in normalem Glas zu finden ist. Die elektrischen Eigenschaften dieses Materials unterscheiden sich von kristallinem Silizium: Die  Bandlücke ist deutlich größer. Dafür absorbiert das amorphe Silizium das Licht schon auf wesentlich kürzerer Strecke – der Bau extrem dünner Zellen wird so möglich. Hauptproblem ist die Alterung der Zelle; mit der Zeit lässt die Effizienz nach. Der Wirkungsgrad liegt heute bei etwa 13 Prozent. Zellen aus amorphem Silizium konnten sich vor allem im Consumerbereich (Taschenrechner, Uhren u.ä.) durchsetzen und decken heute etwa 15 Prozent der gesamten Jahresproduktion an Solarzellen ab.

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