Wissenswertes zum Thema Solarzellen

Ein halber Quadratmeter Solarzellen (ca. 50x100cm) kostete 1988 etwa 800DM. Heute (2010) sind die Preise immer noch bei etwa 400 Euro. So ein halber Quadratmeter Solarzellen lieferte 1988 etwa 2 Ampere bei 12 Volt, also 24 Watt peak. Da die Sonne im Sommer mit etwa 1 kW pro Quadratmeter scheint, ergibt sich der Wirkungsgrad zu 24W/500W = 4,8%.

Das ergibt pro Tag bei einem durchschnittlich geschätzten Wetter von 3 Stunden zu 100% Licht und 10 Stunden zu 30% Licht 0,144 kWh Energieerzeugung pro Tag.
das sind pro Monat 4,32 kWh
oder pro Jahr 52,56 kWh,
oder bei 25 Jahren 1314 kWh.

Was kostet Strom?
Ich nehme mal meinen Tarif von Vattenfall für das Jahr 2009:
Der Grundpreis für einen Zähler beträgt 59,49 Euro netto oder 70,79 Euro brutto (incl. 19% MwSt) pro Jahr.

Der Preis der kWh beträgt netto 13,848 Cent plus 2,050 Cent Stromsteuer plus 19% MwSt. ergibt das brutto 18,919 Cent.

Kombiniert man kWh- und Zählerpreis (Grundgebühr) ergibt das bei einem Jahresverbrauch von 1000kWh (Single) 26 Cent pro kWh und für eine Familie mit 4000kWh Verbrauch 20,7 Cent pro kWh.

Mit einer Solarzelle für 400 Euro kann man also Strom im Wert von 248,60 Euro sparen. In der Regel wird der Verbrauch an Strom in einem Haushalt größer sein als als die erzeugte Energie. Das heißt, Sie bekommen gar nicht die Förderung von 42 Cent pro kWh Solarstrom, wenn Sie für die Solarzellen nicht einen extra Zähler haben. Dieser zweite Zähler kostet Sie aber in 25 Jahren 1769,75 Euro. Wenn Sie 10 Quadratmeter Solarzellen haben, bekommen Sie in 25 Jahren dann bei 42 Cent pro kWh 11.037,60 Euro. Die 20 Solarpanels kosten Sie aber 8.000 Euro in der Anschaffung. Dazu kommen die Kosten für die Spannungswandler-Elektronik, die die 12V (oder mehr) in die 230V Wechselspannung des Stromnetzes umwandelt. Ein Selbstbau dieses Spannungswandlers ist nicht trivial, da die Phasen von Netz und Spannungswandler vor dem Zusammenschalten synchronisiert werden müssen (Sonst fliegt die Sicherung raus oder die Elektronik geht kaputt).

Ebenso nicht trivial ist der Bau einer mechanischen Nachführsteuerung, die die Solarzellen zur Sonne hin ausrichtet. Hierfür fallen zusätzliche Kosten an, die in obiger Rechnung noch nicht berücksichtigt sind. Benutzen Sie keine Nachführung, sinkt der Wirkungsgrad, da nur senkrecht auf die Solarzellen treffende Sonnenstrahlen das Maximum an Strom bringen.

Im Winter ist die Sonneneinstrahlung geringer, da die Sonne dann einen längeren Weg durch die Atmosphäre hat.

Wollen Sie Strom autark erzeugen (ohne Anschluß an das Stromnetz), brauchen Sie Akkumulatoren, um die Zeit ohne Sonne zu überbrücken. Üblicherweise benutzt man bei in Häusern installierten Anlagen Blei-Schwefelsäure-Akkus, wie sie auch als Anlasser- und Stromversorgung in Autos eingesetzt werden. Im Gegensatz zu diesen haben Solarakkus nicht die Hochstromentladefestigkeit, die Autoakkus zum Anlassen des Motors haben müssen. Bleiakkus haben eine hohe Energiedichte pro Volumen, aber ein hohes Gewicht, was aber bei stationären Anlagen nicht stört. In Abwandlung der Bleiakkus gibt es Blei-Gel-Akkus, die wartungsärmer sind, weil bei ihnen nicht immer destilliertes Wasser nachgefüllt werden muß. Begrenzt man die Ladeschlußspannung des Akkus auf 2,4V pro Akkuzelle (14,4V für einen 12V-Akku) mit Hilfe einer Regelung, so läßt sich das Gasen auch bei normalen Bleiakkus gut vermeiden. Ist der Bleiakku voll und die Ladeschlußspannung begrenzt, sinkt der Ladestrom automatisch ab auf z.B. ein Hundertstel der Akkukapazität.

Bei Akkuladung muß die Temperaturabhängigkeit von Akku und Solarzellen berücksichtigt werden. Im Sommer können Solarzellen leicht Temperaturen von 60°C erreichen. Durch einen negativen Temperaturkoeffizienten von ca. -2mV/°C sinkt die Quellspannung einer Zelle von 0,4V bei 20°C auf 0,32V bei 60°C. Zum Erreichen der Ladeschlußspannung plus 1V für eine Rückflußhinderungsdiode (also insgesamt 15,4V) sind deshalb 48 hintereinandergeschaltete Solarzellen nötig (bei 60°C), während bei 20°C Temperatur 39 reichen würden.

Der Wirkungsgrad von Akkus ist nicht sonderlich gut: Es gibt den Spannungswirkungsgrad von 12V/15,4V = 78%
und den Amperestundenwirkungsgrad von 10h entladen zu 14h laden = 71%. Zusammen ergibt sich ein Wattstundenwirkungsgrad von 55%.

Zusätzlich sollte ein Akku einen Tiefentladeschutz haben, der die Last abtrennt, wenn er leer ist, weil er sonst schnell kaputt geht.

Die Lebensdauer von Solarzellen beträgt auf der Erde etwa 20 bis 25 Jahre und im All 10 bis 15 Jahre. Ihr Wirkungsgrad verringert sich mit der Zeit.

Eine Solarzelle kann durch Fremdeinwirkung natürlich früher kaputt gehen (siehe Bild oben, wo einem Jugendlichen einfach eine Leiter umgefallen ist). Manche Kinder oder Jugendliche sind heute so drauf, daß sie gerne mit Steinen werfen. Ob die Hausratversicherung dafür aufkommen würde, weiß ich nicht - dafür zahlt man aber üblicherweise 1% pro Jahr vom Neuwert - und bekommt dann nur den Zeitwert ersetzt. Bei 10 Quadratmetern Solarzellen für 8000 Euro zahlen Sie nochmal 2000 Euro für die Versicherung in 25 Jahren.

Noch etwas zum Energieverbrauch bei der Herstellung von Solarzellen: Ich habe mal gehört, eine Solarzelle brauche 6 Jahre, um die Energie zu erzeugen, die für ihre Herstellung notwendig war. Ob das stimmt, weiß ich nicht. Da es sich um Angaben aus den Händen der Hersteller von Solarzellen handelt, würde ich ihnen nicht unbedingt trauen. Legt man eine Theorie zu Grunde, daß der Preis einer Ware zu 100% aus Energiekosten bestehe, verbrauchen Solarzellen bei der Herstellung mehr Energie als sie jemals erzeugen werden. Der hohe Energieverbrauch kommt dadurch zustande, weil hochreines Silizium bei seiner Herstellung mehrfach zu seiner Reinigung aufgeschmolzen werden muß. Eine Induktionsschleife fährt dabei langsam durch den Silizium-Kristall.

Rohstoffe: Silizium wird aus Quarzsand hergestellt, ist also in rauhen Mengen auf der Erde vorhanden. Geringere Mengen gibt es an den Dotierungsstoffen, die zur Herstellung der PN-Übergänge notwendig sind. Das sind Stoffe wie z.B. Gallium oder Arsen.

Recycling: Es dürfte sehr schwierig sein, die Dotierungsstoffe beim Recycling der Solarzellen wieder aus dem Silizium herauszubekommen.

Noch etwas zu den Medienlügen: In den Medien (Fernsehen wie z.B 3sat, Rundfunk wie z.B. Deutschlandfunk) wird immer der Eindruck erweckt, daß Leute, die sich für den Umweltschutz einsetzen (Stichworte: Klimaerwärmung, erneuerbare Energien) immer Forscher sind, die sehr gut bezahlt werden (sagen wir mal mit mindestens 2500 Euro netto pro Monat). Daß Niemand an so hohen Löhnen Interesse haben kann, wenn er die erneuerbaren Energien konkurrenzfähig halten will, dürfte eigentlich jedem einleuchten, wenn ich ihm sage, was ich 1990 mit einer Vollzeit-ABM-Stelle bei ****** gGmbH in Kreuzberg verdient habe: Das waren 1391,63DM netto inclusive Berlin-Zulage plus 105,00DM Qualifizierungsbeihilfe (umgerechnet insgesamt 765,21 Euro pro Monat).

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Update/Aktualisierung vom 08.01.2011:

Der obige Wert für die Sonnenscheineffektivität von 25% ist wahrscheinlich zu optimistisch geschätzt. Auf einer Photovoltaik-kritischen Seite wurde für Deutschland ein Wert von 8% angegeben.

Was hat sich sonst noch getan? Durch die gewachsenen Photovoltaik- Flächen wurde die Umlage für Normalstrom von 2,0 Eurocent pro kWh auf 3,5 Eurocent pro Kilowattstunde zugunsten der Photovoltaik erhöht.

Der Anteil des Photovoltaik-Energieerzeugung liegt derzeit (07.01.2012) bei 3% der gesamten erzeugten Energiemenge in Deutschland. Das bedeutet bei einer Förderung mit 3,5Cent pro normaler Kilowattstunde, daß es pro Solar-kWh 1,17Euro gibt.

Andere Angaben für regenerative Energiequellen liegen bei 12% bis 15% der gesamten Energiemenge. Darin enthalten sind zusammengewürfelt Windstrom, Wasserkraft und Photovoltaik. Mit solchen ungenauen Angaben kann man aber keine Berechnungen machen. Die wirkliche Energieerzeugung wird aber so verschleiert. Man sollte die Werte aber einzeln nennen.

Update vom 28.01.2013:

Die Ökostromumlage stieg ab 01.01.2013 von 3,59 Cent auf 5,277 Cent pro kWh. Gemeint sind Eurocent.

Update vom 15.10.2013:

Die Ökostromumlage steigt ab 01.01.2014 von 5,28 Cent auf 6,24 Cent pro kWh. (+18,2%).

Update vom 22.01.2014 (1):

Die Vergütung für Wind-, Photovoltaik- und Biomasse Strom sinkt in Zukunft von 17 Cent pro kWh auf 12 Cent pro kWh. Dies ist ein Vorschlag von Wirtschafts- und Energieminister Sigmar Gabriel (SPD).

Update vom 22.01.2014 (2):

Der Windenergie-Investor Prokon hat Insolvenz beantragt.
75000 Kleinanleger haben insgesamt 1,4 Milliarden Euro angelegt. Prokon hat 1300 Beschäftigte. Den Anlegern wurde eine Rendite von 8% pro Jahr versprochen. Eventuell handelt es sich um ein Schneeball-System. So nennt man ein Finanzsystem, dessen Zinsausschüttungen von den Einlagen neuer Kunden bezahlt werden. Der Firmenwert steigt also nicht mit neuen Einlagen neuer Kunden, weil mehr Zins ausgeschüttet wird, als Gewinn erzielt wird.

Die Ausbeute von Strom bei Photovoltaik ist übrigens noch viel schlechter als bei großen Windkraftanlagen.

Vorsicht ist auch bei Geldanlagen mit Bäumen geboten:
Wer heute einen Baum pflanzt, bekommt das Holz erst in 50 bis 100 Jahren heraus. Das lohnt also erst für die Enkel.

Update vom 01.08.2014:

Ab nächstem Jahr (2015) sinkt die Ökostromumlage von 0,17 Euro pro Kilowattstunde auf 0,12 Euro pro Kilowattstunde (das, was die Ökostromerzeuger bekommen).

Die Ökostromabgabe bleibt bei ca. 0,05 Euro pro Kilowattstunde (das, was der Normalstromkunde zahlen muß)

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