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Die Geschichte der Photovoltaik
Der Begriff Photovoltaik setzt sich aus dem altgriechischen Wort für “Licht” und der Einheit “Volt” für die elektrische Spannung zusammen. Unter Photovoltaik ist in der Praxis die unmittelbare Umwandlung der Solarenergie in elektrische Energie zu verstehen. Ihren Ausgang nahm die heutige Zukunftsbranche Photovoltaik bereits in den 50er Jahren, als sie sich als ideale Energiequelle für die Raumfahrt erwies. Mit fortschreitender Entwicklung und Miniaturisierung der Solartechnik begann ihr Siegeszug in den folgenden Jahren auch außerhalb der Raumfahrt.

Wie funktionieren Solarzellen eigentlich?
Eine Solarzelle ist der kleinste Bestandteil einer Anlage zur Erzeugung von Solarstrom. Die Solarzelle selbst ist allerdings bereits eine durchaus komplexe Konstruktion. Das technische Schlüsselelement in Solarzellen sind chemisch dotierte Halbleiter. Durch die Dotierung, dass heißt die Einbringung von Fremdmaterial in äußerst geringen Mengen in den Halbleiter verändern sich dessen Eigenschaften in positiver Art und Weise, beispielsweise durch eine stabilere Kristallstruktur oder eine erhöhte Leitfähigkeit. Halbleiter sind dabei, wie die Bezeichnung bereits andeutet, feste Körper die in Abhängigkeit von der Temperatur entweder Leiter oder Nichtleiter für elektrischen Strom sind. Mit steigender Temperatur steigt auch die elektrische Leitfähigkeit des Halbleitermaterials, für die steigende Temperatur in einer Photovoltaikanlage sorgt in der Praxis natürlich die einstrahlende Sonnenenergie. In der Folge gewinnt der Halbleiter, in der Photovoltaik in den meisten Fällen Silizium, seine elektrische Leitfähigkeit.

Welche aktuellen technischen Neuerungen gibt es zur Zeit in der Photovoltaik?
Da die Photovoltaik momentan noch sehr abhängig vom Schlüsselwerkstoff Silizium ist, werden große Forschungsanstrengungen in die Suche nach alternativen Werkstoffen investiert. Besonders die deutsche Photovoltaik- und Solar-Branche hat sich hier über die Jahre zu einem kräftigen Innovations-Motor entwickelt. Mittlerweile sind zahlreiche deutsche Unternehmen, kleine Mittelständler aber auch finanzstarke Aktiengesellschaften, im Weltmarkt für Solartechnik-Produkte führend tätig. Auch die Dünnschicht-Solartechnik und die organische Photovoltaik stehen im Fokus der Entwicklungen, da sie sowohl eine wesentlich Material sparendere Produktionsweise erlauben und auch alternative Werkstoffe wie elektrisch leitfähige Polymerfolien ins Spiel bringen.

Aus welchen Komponenten besteht eine Photovoltaikanlage?

Eine Photovoltaikanlage, kurz PV-Anlage, ist ein autonomes Kleinkraftwerk, das im Wesentlichen aus zwei Hauptkomponenten besteht: Einem Solargenerator, der aus Solarmodulen besteht und einem Wechselrichter für die Einspeisung des Stromes in das öffentliche Stromnetz. Die entscheidende Komponente ist natürlich das Solarmodul, das wiederum aus zahlreichen einzelnen Solarzellen besteht. Für eine effektive Stromerzeugung aus der aufgefangenen Sonnenenergie werden stets zahlreiche Solarzellen hintereinander in Reihe geschaltet. In der Praxis werden dabei jeweils entgegengesetzt geladenen Pole der Zellen miteinander verbunden, um auf diese Weise die Höhe der elektrischen Spannung zu erhöhen. Um eine effektive Größe der Photovoltaikanlage zu erreichen, wird wiederum nicht nur ein einziges Solarmodul verbaut, sondern in der Regel gleich eine größere Zahl. Mehrere Module, wiederum in Reihe geschaltet, ergeben einen regelrechten Solargenerator. Bevor der so erzeugte Strom allerdings, gewinnbringend für den Erzeuger, in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann, muss er allerdings noch an den dort herrschenden Strom-Standard angeglichen werden. In Solarzellen wird nämlich konstruktionsbedingt Gleichstrom erzeugt, dieser eignet sich allerdings nicht dafür, über längere Strecken verlustfrei transportiert zu werden. Wechselstrom, wie er im Stromnetz und in Überlandleitungen verwendet wird, ist hier wesentlich geeigneter. Um den in der Photovoltaikanlage erzeugten Strom in Wechselstrom zu wandeln ist eine weitere Komponente nötig, der so genannte Wechselrichter oder Inverter.

Erfolgsmodell Einspeisevergütung – dank des Erneuerbare-Energien-Gesetzes ( EEG )
Mittlerweile wird die Photovoltaik auch im gar nicht so sonnenreichen Deutschland intensiv genutzt: Sie kommt auf großen Dachflächen von öffentlichen und privaten Gebäuden und in Gestalt von eigenständigen Solarkraftwerken auf Freiflächen zum Einsatz. Gefördert wird diese umweltfreundliche Art der Stromerzeugung seit Anfang des neuen Jahrtausends durch das wegweisende “Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien”, kurz Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), das den Strom von privaten Photovoltaikanlagen bei der Einspeisung ins öffentliche Stromnetz mit einer attraktiven Einspeisevergütung belohnt.

Die Photovoltaikanlage im Eigenheim – Kosten und Nutzen
Entscheidend für die Gesamtkosten einer Photovoltaikanlage für das Eigenheim ist der Preis für die Solarmodule, da diese circa 75% der Kosten ausmachen. Die weiteren Kosten entfallen auf den Wechselrichter, die Verkabelung und den professionellen Aufbau der Anlage. Momentan liegen die Kosten für eine Komplettanlage mit relevanter Kapazität der Stromerzeugung bei circa 20.000 €. Für eine solche Anlage wird ungefähr 30 qm Dachfläche benötigt. Das EEG garantiert dem Betreiber der Anlage eine äußerst attraktive Einspeisevergütung von beinahe 50 Cent pro Kilowattstunde, und dies über einen Zeitraum von mindestens 20 Jahren.

Die Solaranlage im Eigenheim – Ab wann rechnet sich die Investition?

Generell ist mit einer Amortisationszeit für private Photovoltaikanlagen zwischen 11 und 18 Jahren zu rechnen. Eine genauere Einschätzung lässt sich nur geben, wenn weitere Rahmendaten der Anlage bekannt sind. Entscheidend ist hier, ob der Anlagenbau finanziert oder mit eigenem Kapital realisiert wurde. Die zweite entscheidende Kenngröße ist der Aufstellungsort der Anlage, im sonnenärmeren Norden Deutschlands muss hier natürlich von anderen Kennzahlen als in Süddeutschland ausgegangen werden. Auch die Positionierung der Anlage im Verhältnis zur Sonne ist entscheidend für die Menge des erzeugten Stromes und der Amortisationsrechnung.