Solarstrom Glossar

Einheiten

Dezimalzeichen

Was ist ein Megajoule?

1 MJ benötigt man, um ein Haus bei Frost 1 Minute warm zu halten.

1 MJ benötigt man, um 1000 kg 100 Meter anzuheben.

1 MJ benötigt man, um 4 Lampen von 60 Watt rund 1 Stunde brennen zu lassen.

1 MJ ist der Nährwert von 1 Portion Pommes Frites ohne Mayonnaise.

Maßeinheit für Sonneneinstrahlung

Die Intensität der Sonnenstrahlen ändert sich stündlich je nach Tageszeit, Jahreszeit und Witterung.

Um trotzdem einfache Berechnungen in Bezug auf die Einstrahlung anstellen zu können,

wird die Gesamtmenge an Sonnenenergie in Stunden volle Sonne pro m² ausgedrückt.

Als internationaler Standard wird davon ausgegangen, dass bei "voller Sonne" eine Leistung von ~1000 W pro m² in Deutschland auf die Erdoberfläche einstrahlt.

Eine Stunde volle Sonne ergibt dann folglich als Maßeinheit 1000 Wh pro m² oder anders ausgedrückt 1 kWh/m².

Bei dieser Einstrahlung von 1000 W/m² wird auch die maximale Nennleistung eines Solarmoduls ermittelt.

Der Begriff "Stunden volle Sonne" erleichtert Ihnen die Berechnung der Leistung eines Solarmoduls.

Ein Sonnenaufkommen von einer Stunde volle Sonne (also 1 kWh/m²) entspricht der Sonnenenergie,

die an einem wolkenlosen Sommertag auf eine zur Sonne gerichtete Fläche trifft.

Das gesamte jährliche Sonnenaufkommen in Deutschland entspricht ungefähr tausend Stunden volle Sonne.

Anders ausgedrückt beträgt die durchschnittliche jährliche Sonneneinstrahlung in unserem Land zirka 1050 kWh/m².

Zum Vergleich: In Grönland beträgt die jährliche Sonneneinstrahlung 750 kWh/m², in Spanien 1500 und in Israel 2000 kWh/m².

Für die Entwicklung von Solaranlagen wird in Deutschland 1000 kWh/m²/Jahr als Kennziffer angewendet.

In Deutschland beträgt der Tagesdurchschnitt 2,7 Stunden volle Sonne (2,7 kWh/m²).

Das ist ein Durchschnittswert für die Zeit von Dezember (0,5 Stunden) bis Juni (5 Stunden).

Die Differenz zwischen Sonnenenergieeinstrahlung im Sommer und Winter hat folglich den Faktor 10.

Allerdings kann es im Winter an einem klaren Tag ohne weiteres ein paar Stunden volle Sonne geben und an einem bewölkten Sommertag kann das Aufkommen sogar darunter liegen.

Diese Tatsache ist bei der Entwicklung von Solaranlagen ein wichtiger Aspekt.

Auch innerhalb von Deutschland selbst kann die Sonneneinstrahlung abweichen.

Die südlichen Gebiete bekommen nachweislich mehr Sonne als die nördlicher gelegenen Gebiete.

Die Differenz beträgt bis zu ~20 Prozent.

Verbrennungswerte und CO2-Ausstoß

Kennziffern für Solarenergie

Außerhalb der Atmosphäre (Sonnenkonstante) 1367 W/m²

Auf Meereshöhe 998 W/m²

Auf der Erdoberfläche 150 x 10¹⁵ kWh/jaar

Europa 10 x 10¹⁵ kWh/jaar

Weltweit 94 x 10¹² kWh/jaar

Europa (inkl. ehemalige UdSSR) 35 x 10¹² kWh/jaar

Faustregeln

Die Strahlungsdichte der Sonne beträgt bei voller Sonne auf einer ebenen Fläche ungefähr 1 kW pro Quadratmeter.

Im Schnitt empfängt Deutschland pro Jahr 1050 kWh/m² auf einer ebenen Fläche.

Eine Fläche unter einem Winkel von 30° und nach Süden gerichtet absorbiert 15% mehr Sonnenenergie als eine ebene Fläche (Jahresdurchschnitt in Deutschland).

Um einen internationalen Vergleich zwischen verschiedenen Solarmodultypen und -marken anstellen zu können, werden Tests unter "Standardtestbedingungen" durchgeführt.

Standardtestbedingungen werden unter anderem angewendet, um die maximale Nennleistung eines Solarmoduls zu ermitteln.

Die Standardtestbedingungen sind international übereinstimmend und umfassen folgende Faktoren:

• Einstrahlung: E = 1000 W/m²
• PV-Zellentemperatur: T c = 25 ° C
• Lichtspektrumsspezifikation: AM = 1,5

(Die letzte Größe - "Air-Mass" - ist ein Wert für die Absorption des (Sonnen-)Lichts durch die Umgebungsluft und sie hängt unter anderem von der relativen Luftfeuchtigkeit ab.)

Die maximale Nennleistung eines Solarmoduls ist die maximale Leistung, die das Solarmodul unter Standardtestbedingungen liefert.

Die maximale Nennleistung wird in Watt-Peak (Wp) ausgedrückt.

Ein Solarmodul von 152 Wp liefert bei Standardtestbedingungen eine Leistung von 152 Watt-Peak.

Eine monokristalline Siliziumsolarzelle von 10 x 10 cm hat eine Leistung von ~1,5 W.

Ein gängiges Solarmodul für Systeme mit Netzanschluss hat eine maximale Nennleistung von ungefähr 120 - 240 Wp und eine Fläche von 1,2 - 1,5 m².

Ohne Systemverluste liefert z.B. ein 152 Wp-Modul zirka 120 kWh pro Jahr.

Eine gute Solaranlage mit Netzanschluss liefert je nach Orientierung und Neigungswinkel ungefähr 850 Wh pro Wp und Jahr bei einem Ertragsfaktor von 85%.

Solarzellen

Monokristalline Siliziumzellen bestehen aus Siliziumscheiben, die aus einem großen "Monokristall" geschnitten werden,

in dem die Siliziumatome säuberlich angeordnet sind.

Mit der "Czochralski-Anwachstechnik" wird ein runder Stab mit einer Geschwindigkeit von einigen Zentimetern pro Stunde aus einer Schmelze aus reinem Silizium gezogen.

Multikristalline oder polykristalline Siliziumzellen werden gegossen.

Beim Erstarren entstehen die unterschiedlichen Kristallgebiete, die dem Material sein charakteristisches Aussehen verleihen.

Der Ertrag von multikristallinen/polykristallinen Zellen liegt im Allgemeinen etwas niedriger als der monokristalliner Zellen.

Dünnschicht (amorphe) Solarzellen werden mit einer Bedampfungstechnik wie etwa Plasmabeschichtung hergestellt.

So gibt es amorphe Siliziumzellen, die bei Massenproduktion zwar relativ preiswert sind, aber deren Leistung nicht so hoch ist.

Der Begriff "amorph" bezieht sich auf das Fehlen einer Kristallstruktur.

Zusätzlich wird fast die doppelte Fläche benötigt, um annähernd die gleiche Leistung wie bei kristallinen Modulen zu erhalten.

Stromverbrauch von Geräten

Haushaltsstrom (230 volt) in kWh/jaar

Einstrahlungsdiagramm

Das Einstrahlungsdiagramm zeigt die durchschnittliche jährliche Sonneneinstrahlung für die verschiedenen festen Neigungswinkel und Ausrichtungen, ausgedrückt in Prozentsätzen von der maximalen Einstrahlung.

So kann man beispielsweise ablesen, dass die Einstrahlung auf ein Flachdach (der Mittelpunkt des Kreises) ungefähr 85% von der maximalen Einstrahlung beträgt.

In Deutschland wird das Maximum, rund 1175 Wh/m² jährlich, bei einem Winkel von 30 ° westlich vom Süden erreicht. Das Diagramm gilt für Westeuropa von Dänemark bis Nordspanien.

Begriffe

Silizium, das keine Kristallstruktur hat.

Indirektes Sonnenlicht, das unter anderem durch die relative Luftfeuchtigkeit und/oder die Wolken zerstreut ist.

Sonnenlicht, das ungehindert die Erdoberfläche erreicht.

Material, das einen elektrischen Strom besser leitet als ein Isolator und schlechter als ein Metall.

Die Kombination aus Spannung und Stromstärke, bei der eine Solarzelle ihre maximale Leistung erzeugt.

Silizium, das aus einem großen Kristall besteht.

Von einer Solarzelle oder einem Solarmodul: Verhältnis zwischen der maximalen elektrischen Leistung und der eingestrahlten Sonnenenergie, siehe auch Maximale Nennleistung.

Bei einer Solaranlage: Anzahl erzeugter kWh pro kWp geteilt durch die Sonnenenergieeinstrahlung in kWh/m², gemessen mit einer Referenzzelle.

Die Leistung einer Solarzelle bei einer Strahlungsdichte von 1 kWh/m² und einer Temperatur von 25 °C.

Silizium, das aus mehreren Kristallen besteht; auch multikristallines Silizium genannt.

Abkürzung für photovoltaic conversion bzw. photovoltaische Umwandlung, der Umwandlung von Licht in Elektrizität.

Unabhängige Solaranlage mit einem oder zwei Solarmodulen, einem Akku und einem Laderegler; dieser Begriff wird meistens für Solaranlagen für den Haushaltsgebrauch in der Dritten Welt verwendet.

Strahlungsdichte der Sonne auf einer lotrechten Fläche zur Sonne unmittelbar außerhalb der Atmosphäre (1367 W/m²).

Warmwassergerät, bestehend aus einem Solarkollektor und einem Vorratstank.

Gerät, das Sonnenlicht in Wärme umwandelt, meistens eine schwarze, mit Glas abgedeckte Platte, durch die Wasser als Wärmetransportmittel strömt.

Modul mit in Reihe geschalteten Solarzellen, meistens mit Kunststoffunterseite und Glasabdeckung in einem Aluminiumrahmen.

Maßeinheit für Sonneneinstrahlung auf eine Fläche, definiert als 1 kWh/m².

Solaranlage mit mindestens einem Solarmodul und einem Akku, die nicht an das Elektrizitätsnetz angeschlossen ist.

Gerät, das Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt; auch Inverter genannt.