Wirtschaftlichkeit und Zukunft

Die durchschnittliche Nennleistung eines 1 m2 großen kristallinen Solarpaneels liegt in unseren Breiten bei 100 W. Damit können pro Jahr rund 70 kWh elektrische Energie gewonnen werden. Um den Strombedarf eines Durchschnittshaushaltes von 4 000 kWh/Jahr mittels Photovoltaik erzeugen zu können, muss eine Anlage von mindestens 6 kW Leistung installiert werden, also etwa 60 Quadratmeter Solarpaneele.

Die Sonneneinstrahlung ist jedoch nicht an allen Orten gleich groß. Sie ist von den geographischen Gegebenheiten und den Höhenlagen abhängig. So kann beispielsweise an nebelfreien Standorten in mehr als 1'000 m Seehöhe auch im Winter ein großer Energieertrag erzielt werden

Will man eine Photovoltaikanlage errichten, muss man also wissen, wie viel Sonnenenergie man am vorgesehenen Standort zur Verfügung hat. In unseren Breiten lässt sich der maximale Stromertrag dann erzielen, wenn die Solarmodule nach Süden ausgerichtet sind und der Neigungswinkel zur Horizontalen etwa 30° beträgt.

In der Praxis sind aber nicht alle Dächer und Fassaden nach Süden orientiert und haben auch nicht den optimalen Neigungswinkel.

Außerdem stellt sich die Frage nach der Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage. Mit einer Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 1 Kilowatt können pro Jahr rund 1'000 kWh Strom erzeugt werden und die entsprechende Summe an Geld bei den Stromkosten eingespart werden. Unter Berücksichtigung aller Kosten kommt die Kilowattstunde aus einer Photovoltaikanlage damit rund sechs- bis siebenmal teurer als die Kilowattstunde aus der "Steckdose".

Mit größeren Stückzahlen werden in Zukunft die Anlagekosten und somit die Kilowattstunde Solarenergie billiger werden. Generell kann man sagen, dass der Einsatz stromsparender Geräte sich auf jeden Fall besser rechnet als die Eigenproduktion von Strom aus Photovoltaikanlagen.

Allerdings sind heute netzunabhängige Anlagen, etwa auf Berghütten, schon im Bereich der Wirtschaftlichkeit. Denn dort fallen hohe Kosten für die Stromzuleitung aus dem öffentlichen Netz an, falls dies überhaupt möglich ist, oder es müssen umweltbelastende Dieselaggregate zur Stromerzeugung verwendet werden.

Sehr oft wird auch die Frage gestellt, ob man nicht mehr Energie in die Produktion der Solarmodule hineinsteckt, als dann während der Lebensdauer der Module gewonnen werden kann. Wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass sich Solarkraftwerke aus monokristallinen Modulen in 85 Monaten energetisch amortisieren. Bei günstigen Produktionsbedingungen wären auch 50 Monate erreichbar, bei amorphen Zellen sogar nur mehr 30 Monate.

Der Planer von thermischen und photovoltaischen Solaranlagen muss wissen, wie viel Sonnenenergie am vorgesehenen Anlagenstandort zur Verfügung steht. Globalstrahlungsmessungen werden von den Wetterstationen immer in der horizontalen Ebene durchgeführt. Es handelt sich hier um die Mittelwerte von langjährigen Messperioden. Die tatsächlich gemessenen Werte einzelner Monate können um bis zu ± 50 % vom langjährigen Mittel abweichen. Die nebelfreien Zonen über 1'000 m sind im Winter eindeutig bevorzugt.

Zwischen der Höhenlage eines Standortes und der Globalstrahlungssumme besteht also ein eindeutiger Zusammenhang. Für das "Lastmanagement" bei der Stromaufbringung wirkt sich die relativ hohe Energielieferung der alpinen Photovoltaikanlagen in den Wintermonaten günstig aus. In den nebelfreien Standorten in mehr als 1'000 m Seehöhe kann auch im Winter ein größerer Energieertrag erzielt werden.

Der Neigungswinkel von Paneelen darf von 8° bis 53° variiert werden. Der maximale Ertrag wird erreicht, wenn die Module nach Süden ausgerichtet sind. Die Orientierung darf zwischen Südost und Südwest verändert werden, ohne dass der Stromertrag um mehr als 5 % absinkt (Neigungswinkel 30°).

Alle Winkelabweichungen führen zu Ertragsreduzierungen, die sich aber nicht gravierend auswirken. Bei Standorten mit häufigem Morgennebel oder Horizontüberhöhung im Osten kann eine Verdrehung der Solarmodule nach Westen sinnvoll sein. Je flacher die Module montiert werden, umso länger dauert es, bis der Schnee abrutscht. Das Winteroptimum liegt bei Neigungswinkeln zwischen 50° und 70°.

Eine monatliche Verstellung des Neigungswinkels bringt etwa 6 % Mehrertrag, verursacht aber einen Zeitaufwand. Einachsige und zweiachsige Nachführsysteme können die Stromlieferung um 25 bis 30 % erhöhen. Der Zusatzaufwand an Elektronik und Mechanik verursacht jedoch weitere Kosten.

Eine physikalische Tatsache ist z. B., dass Solarmodule nur den direkten Anteil der solaren Strahlungsenergie in elektrische Energie umwandeln können, d.h., wenn es etwa drei Tage lang regnet - was ja bei uns gar nicht so seIten ist -, können sie keinen Strom erzeugen.
Hinzu kommt, dass die tatsächlich verfügbare Dauerleistung eines Solarzellenkraftwerks - im Gegensatz zu einem konventionellen Kraftwerk - nicht der installierten Spitzenleistung entspricht. Diese wird ja nur unter optimalen örtlichen Bedingungen erreicht und liegt wesentlich über der tatsächlichen Leistung.

Ob die Photovoltaik in Zukunft wirtschaftlich eingesetzt werden kann, wird davon abhängen, wie stark die erzielbaren Wirkungsgrade verbessert werden können und wie stark die Produktionskosten sinken werden.

Wir stehen erst am Beginn einer Entwicklung, an deren Ende wahrscheinlich das "solare" Zeitalter wartet. Ein derartiger Umbau unseres Energiesystems kann freilich nicht innerhalb von wenigen Jahren passieren, sondern wird Jahrzehnte beanspruchen.