IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 13/2002, Seite 36 ff.

Höchstleistung auf dem Dach

Photovoltaikmodule fürs SHK-Handwerk

Was früher eher als Ausnahme galt, ist vielerorts bereits zu einer Selbstverständlichkeit geworden: Die Gewinnung von Strom aus Sonnenlicht mittels Photovoltaikmodule. Staatliche und regionale Förderprogramme haben dazu beigetragen und bundesweit eine erfreulich hohe Nachfrage ausgelöst. So sind im letzten Jahr Anlagen mit einer Gesamtleistung von rund 65 MW installiert worden (2000: 40 MW). Dem Sanitärinstallateur, Heizungsbauer und Klempner eröffnen sich damit neue Absatzchancen — schließlich versteht er sich als Fachmann für allgemeine Energietechnik.
Herstellung

Das Material, worauf es bei der Erzeugung von Strom aus Sonnenlicht ankommt, wird aus herkömmlichem Sand gewonnen: Silizium. Für die am weitesten verbreiteten so genannten monokristallinen Zellen wird hoch reines Material benötigt, das aus einer Siliziumschmelze hergestellt wird. Die auf diese Weise produzierten Zellen weisen zwar einen recht hohen Wirkungsgrad auf (ca. 14-18%), sind aber auch in der Herstellung gegenüber anderen Varianten am teuersten.

Wirkungsweise

Als kleinste, aber wohl wichtigste Einheit einer Photovoltaikanlage gilt die Solarzelle. Sie ist mit einer ganzen Reihe von weiteren Solarzellen zu einem Modul zusammengeschaltet. Einzelne Module wiederum bilden ein Feld. Auftreffendes (Sonnen-)Licht bewirkt in jeder einzelnen Solarzelle für eine Ladungsverschiebung, d.h. es fließt ein elektrischer Strom. Je stärker nun die Sonneneinstrahlung, desto höher der Stromertrag. Die Monate Mai bis September sind demnach die ertragreichsten, weil in dieser Zeit die Sonne am höchsten und am längsten am Himmel steht.

Verschattungen von einzelnen Modulen innerhalb eines Feldes wirken sich negativ auf die Abgabeleistung aus. Deshalb ist bereits bei der Planung auf Schatten werfende Bäume, Häuser usw. zu achten.

Einen weiteren entscheidenden Einfluss auf den Solarertrag nimmt die Temperatur der Solarzellen/Module: Steigt deren Temperatur, nimmt die Leistung deutlich ab; ein Temperaturanstieg um 3 K reduziert die Leistung um 1%. Deshalb ist für eine ausreichende Hinterlüftung der Module zu sorgen.

Solarmodul

Um einen dauerhaft stabilen und wetterfesten Aufbau zu erhalten, werden die Zellen üblicherweise hinter einer hagelfesten Sicherheitsglasscheibe in Kunststoff eingebettet oder zwischen zwei Glasscheiben vergossen. Oft werden die Module noch zum besseren Schutz mit einem Metallrahmen versehen.

Eine einzelne Solarzelle erzeugt eine Spannung von etwa 0,5 Volt. Um auf technisch nutzbare Werte zu kommen, wird eine entsprechende Anzahl von Zellen in Serie zu einem Modul verschaltet. Die Leistung heute üblicher Module liegt meist zwischen 50 und 300 Watt bei einer Spannung von ca. 12 bis 50 Volt.



Das mitgelieferte Kabel wird in die Anschlussdose des ersten Moduls gesteckt, ins Gebäudeinnere und zum Wechselrichter geführt. Die einzelnen Module werden in Reihe geschaltet. Daher wird das bereits fest an der Anschlussdose befestigte Kabel unter der Lattung durchgeführt, bevor das Modul verlegt wird. Zur Windsog-Sicherung wird das erste Modul mit Schrauben an den Sparren befestigt. Nun kann das nächste Modul verlegt werden: Zur Verkabelung, Verlegung und Befestigung des zweiten Moduls wird das Kabel des ersten Moduls in die Anschlussdose des zweiten Moduls gesteckt, das Kabel des zweiten Moduls unter der Lattung durchgeführt, das Modul verlegt und mit Schrauben befestigt, bis alle Module verlegt sind. Das Kabel des letzten Moduls wird unter der Lattung durchgeführt und mit einem Kabel verlängert. Durch den Wandanschluss gelangt auch dieses Kabel ins Gebäudeinnere und wird ebenfalls zum Wechselrichter geleitet. Hier kommt zum einzigen Mal ein Elektrofachmann ins Spiel, der den Wechselrichter und den Einspeisezähler anschließt. (Bilder: Dachziegelwerk Pfleiderer GmbH & Co. KG, Winnenden)

Wechselrichter

Photovoltaikmodule erzeugen ausschließlich Gleichstrom. Um ihn im Haus nutzen oder ihn ins Versorgungsnetz einspeisen zu können, muss er über einen Wechselrichter in netzkonformen Wechselstrom mit 230 V und 50 Hz umgewandelt werden. Der Wechselrichter wird vorzugsweise an einem kühlen Ort (z.B. Keller) montiert, da sich hohe Temperaturen (z.B. im Dachboden) ungünstig auf seine Lebensdauer auswirken können.

Wichtig ist, selbst erzeugten Strom direkt ins öffentliche Netz einzuspeisen und nicht zuerst ins Hausnetz. Denn die hohe Einspeisevergütung von zur Zeit 48 Cent je kWh (94 Pf) macht es sinnvoller, seinen Eigenbedarf über einen Stromanbieter zu beziehen. Denn die Kosten je kWh liegen im Mittel bei 13 Cent (25 Pf). Über einen Einspeisezähler wird der erzeugte Strom ins öffentliche Netz gespeist.

Gebäudearchitektur

Eine geschickte Anordnung der Solarmodule bietet auch neue Möglichkeiten zu einer reizvollen architektonischen Gestaltung. Auch die Fassadenintegration spielt — besonders bei öffentlichen oder kommerziell genutzten Gebäuden — eine immer größere Rolle. Dabei liegen die Preise für Solarmodule heute z.T. unter denen anderer repräsentativer Fassadenverblendungen. Folgende Installationsvarianten kommen in Betracht:

Aufdach

Auf einem mit den Dachsparren verbundenen Metallgestell werden die Module oberhalb der bestehenden Dacheindeckung befestigt.

Indach

Statt Dachziegel oder Schiefereindeckung werden die Module in einem Schienensystem fixiert und auf die Dachsparren befestigt. Anschließend wird die Dacheindeckung bis an die Module geführt und abgedichtet. Bei dieser Variante muss die erwähnte gute Hinterlüftung sichergestellt sein.

Solardachziegel

Spezielle Systeme in der Größe eines oder mehrerer Dachziegel, mit denen ein Dach ganz oder teilweise gedeckt werden kann.

Flachdach

Die Halterungen werden auf das Dach gestellt und mit Platten oder einer Kiesschüttung entsprechend beschwert. Bei dieser Aufstellvariante ist jedoch besonders der Windsog und die Statik des Untergrundes zu berücksichtigen.

Freiaufstellung

Balkonbrüstungen o.ä. bietet sich an, wenn kein Süddach zur Verfügung steht.

Bei dieser Variante der sonnenbasierten Stromerzeugung wird jedes einzelne Solarmodul fest mit einem Dachziegel verbunden. Folge: Die Dichtheit des Daches bleibt erhalten. Neben weiteren positiven Eigenschaften ist die Unauffälligkeit des Systems zu nennen, wenn dunkelfarbige Dachziegel verwendet werden. (Bild: Gebr. Laumans GmbH & Co. KG, Brüggen am Niederrhein)

Montage

Manch ein Anbieter spricht von "plug and play"-Solarmodulen und zieht damit Parallelen zu Computern, die mit wenigen Handgriffen und Vorkenntnissen in Hard- und Software aufgerüstet werden können. So hilft beispielsweise das gesamte Zubehörsortiment zur Dacheindeckung: spezielle Anschlüsse oder Übergänge müssen nicht hergestellt werden, Montage- und Abdichtungsprobleme werden vermieden. Die Bildfolge zeigt beispielhaft die Indach-Montageschritte "step by step".

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