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Solarenergie: Photovoltaik

Facility Management: Energieerzeugung » Strategie » Sonne

Solarenergie ist ein wichtiger Bestandteil einer nachhaltigen Energieversorgung und bietet eine zuverlässige Alternative zu traditionellen Energiequellen

Solarenergie ist ein wichtiger Bestandteil einer nachhaltigen Energieversorgung und bietet eine zuverlässige Alternative zu traditionellen Energiequellen

Durch den Einsatz von Solarenergie können Unternehmen ihre Energiekosten reduzieren und ihre energetische Unabhängigkeit erhöhen. Die Solarenergie-Technologie entwickelt sich kontinuierlich weiter und bietet innovative Ansätze zur Verbesserung der Effizienz und Leistung von Solarsystemen. Zudem trägt Solarenergie zur Verringerung von CO2-Emissionen bei und unterstützt Unternehmen dabei, ihre Nachhaltigkeitsziele zu realisieren.

Solarenergie: Die Zukunft der Energiegewinnung

Grundlagen

Solarenergie stellt eine nachhaltige Energiequelle dar, die durch die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom oder Wärme gewonnen wird. Die Anwendung von Solarenergie hat in den vergangenen Jahren signifikant zugenommen und wird voraussichtlich auch in den kommenden Jahren weiterhin wachsen.

Es gibt zwei Hauptarten von Solarenergie-Technologien:

  • Photovoltaik (PV) und

  • Solarthermie.

In der Photovoltaik erfolgt die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie, während in der Solarthermie das Sonnenlicht zur Erzeugung von Wärme genutzt wird. Die Photovoltaik-Technologie nutzt Solarzellen aus Silizium oder anderen Halbleitermaterialien. Wenn das Sonnenlicht auf diese Solarzellen trifft, entsteht elektrischer Strom. Diese Solarmodule können auf Dächern, Freiflächen oder speziellen Solarkraftwerken platziert werden, um Strom für Eigenverbrauch oder Verkauf ins Netz zu erzeugen.

Hingegen verwenden solarthermische Anlagen die Sonnenenergie zur Wärmegewinnung, sei es für Wassererwärmung, Gebäudeheizung oder Stromerzeugung in Dampfturbinen. Unterschiedliche Varianten solarthermischer Anlagen existieren, darunter Flachkollektoren, Vakuumröhrenkollektoren und Parabolrinnen-Kraftwerke.

Solarenergie besitzt zahlreiche Vorteile. Sie ist sauber, erneuerbar und emissionsfrei, was zur Senkung von Treibhausgasemissionen beiträgt. Außerdem ist sie dezentral und kann von Einzelpersonen und Unternehmen genutzt werden, um Energiekosten zu reduzieren und die Unabhängigkeit von Energieanbietern zu stärken.

Trotzdem bringt Solarenergie auch Herausforderungen mit sich. Die Energieerzeugung hängt stark von Wetterbedingungen und Jahreszeiten ab. Zudem kann die Installation von Solarsystemen kostenintensiv sein, obwohl die Preise dank technologischer Fortschritte und Skaleneffekte in den letzten Jahren gesunken sind.

Generell weist Solarenergie ein beachtliches Potenzial als Zukunftsergiebquelle auf und wird wahrscheinlich eine entscheidende Rolle im Energieumstieg spielen, indem sie den Übergang zu sauberen und erneuerbaren Energien erleichtert.

Photovoltaikenergie

Photovoltaik beschreibt die Technologie, bei der Sonnenlicht mithilfe von Photovoltaikzellen in elektrische Energie umgewandelt wird.

Was ist Photovoltaik?

Beispiel einer Photovoltaikfassade

Fassadenintegrierte Solarpanel-Technologie

Beispiel einer Photovoltaikfassade

Diese Zellen bestehen aus Halbleitermaterialien wie Silizium, die das Sonnenlicht aufnehmen und in elektrische Energie umwandeln.

In der Regel werden mehrere Photovoltaikzellen zu Solarmodulen zusammengefasst, um eine größere Menge an Strom zu erzeugen. Diese Solarmodule werden auf Dächern, Gebäudefassaden, in Solarparks und anderen Bereichen platziert, die ausreichende Sonneneinstrahlung erhalten, um eine optimale Leistung zu erzielen.

Photovoltaik ist eine erneuerbare Energiequelle, die im Vergleich zu herkömmlichen fossilen Brennstoffen eine geringere Umweltbelastung aufweist. Sie ist besonders attraktiv in Gebieten mit hoher Sonneneinstrahlung und in Regionen, in denen Strom knapp oder teuer ist.

Eine Auswahl bekannter Hersteller

Eine breite Auswahl an Produzenten bietet Photovoltaikmodule an, sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene. Es ist wichtig zu bedenken, dass die Qualität und Leistung der Module je nach Hersteller und Modell variieren können. Deshalb ist es empfehlenswert, eingehende Recherchen anzustellen und Bewertungen zu konsultieren, bevor man sich für ein spezifisches Modell entscheidet.

Technische Ausführungen

Die Photovoltaikzellen bestehen aus Halbleitermaterialien wie Silizium, welche bei Sonnenlichtbestrahlung elektrische Ladungen erzeugen. In diesen Zellen sind p-dotierte (positiv geladene) und n-dotierte (negativ geladene) Schichten angeordnet, die bei Lichteinfall einen elektrischen Strom erzeugen.

Die Solarzellen sind so entworfen, dass sie mit einem bestimmten Maximum Power Point (MPP) betrieben werden können, das heißt mit spezifischen Spannungs- und Stromwerten. Um die maximale Energieausbeute zu erzielen, werden die Module zu Strings zusammengeschlossen, welche durch einen Wechselrichter ans Stromnetz angeschlossen werden.

Der Wechselrichter transformiert den von den Solarzellen erzeugten Gleichstrom (DC) in den für das Stromnetz geeigneten Wechselstrom (AC). Zudem überwacht er die Leistung und den Betrieb der Photovoltaikanlage und passt die Strom- und Spannungswerte entsprechend an.

Um eine hohe Leistungsfähigkeit und lange Lebensdauer der Anlage sicherzustellen, sind spezielle Komponenten und Schutzmaßnahmen notwendig. Diese beinhalten beispielsweise Schutzschalter, Überspannungsschutz und Blitzschutz. Eine ordnungsgemäße Installation und regelmäßige Wartung sind ebenfalls von Bedeutung, um eine optimale Leistung und eine lange Lebensdauer der Photovoltaikanlage zu garantieren.

Wechselrichter: Funktionsweise, Aufbau und Varianten

Der Wechselrichter spielt eine grundlegende Rolle in Photovoltaikanlagen, indem er den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in den für das Stromnetz passenden Wechselstrom umwandelt. Dadurch wird es möglich, den erzeugten Strom entweder ins öffentliche Stromnetz einzuspeisen oder lokal zu nutzen.

Die Arbeitsweise des Wechselrichters basiert auf der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom. Er empfängt den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom und wandelt ihn in Wechselstrom um. Üblicherweise wird der Gleichstrom zuerst in eine höhere Wechselspannung transformiert und anschließend in eine geeignete Spannung und Frequenz für das Stromnetz gewandelt. Die erzeugte Wechselspannung wird normalerweise in Bezug auf Phase und Frequenz mit dem Stromnetz synchronisiert.

Der Wechselrichter besteht aus verschiedenen Komponenten, einschließlich eines Gleichrichters, eines Zwischenkreises, eines Inverters und eines Transformators. Der Gleichrichter wandelt den von den Solarmodulen gelieferten Gleichstrom in einen gepulsten Gleichstrom um. Der Zwischenkreis beinhaltet einen Kondensator und eine Spule, die als Energiespeicher für den Wechselrichter dienen. Der Inverter wandelt den gepulsten Gleichstrom in Wechselstrom um, und der Transformator transformiert die Spannung des erzeugten Wechselstroms in eine passende Spannung für das Stromnetz.

Es gibt verschiedene Varianten von Wechselrichtern für Photovoltaikanlagen, darunter

  • zentrale Wechselrichter,

  • String-Wechselrichter und

  • Mikro-Wechselrichter.

Große Photovoltaikanlagen verwenden häufig zentrale Wechselrichter, die typischerweise in einem zentralen Steuerungsschrank platziert sind. Diese Wechselrichter haben eine hohe Leistungsfähigkeit und können die Ausgangsleistung von mehreren Strings von Solarmodulen steuern.

Für mittlere bis große Photovoltaikanlagen kommen String-Wechselrichter zum Einsatz, die in der Nähe der Solarmodule installiert werden. Diese Wechselrichter können die Leistung eines oder mehrerer Strings von Solarmodulen regulieren.

Kleine Photovoltaikanlagen verwenden in der Regel Mikro-Wechselrichter, die direkt an jedem Solarmodul angebracht sind. Diese Wechselrichter haben die Fähigkeit, die Leistung jedes einzelnen Solarmoduls individuell zu steuern und bieten eine hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit.

Befestigungsvarianten

Es existieren verschiedene Typen von Montagesystemen für Photovoltaikanlagen, die je nach Standort, Dachbeschaffenheit und Anlagenart variieren können. Hier sind einige gängige Montagevarianten:

Aufdachmontage: Diese Methode beinhaltet die direkte Befestigung des PV-Systems auf dem Dach. Das Modulgestell wird mithilfe von Schrauben und Bolzen auf die Dachpfannen oder Dachlatten geschraubt. Dies ist eine einfache und kosteneffiziente Option für die Installation von PV-Anlagen auf Dächern.

Indachmontage: Bei dieser Variante werden die PV-Module in das Dach integriert. Das Modulgestell ist bündig mit den Dachziegeln oder -platten angeordnet. Diese Art der Montage ist optisch ansprechend und passt gut zur Gebäudearchitektur.

Freilandmontage: Hierbei werden die PV-Module auf einer Aufständerung in einem offenen Gelände platziert. Diese Methode wird häufig für größere PV-Anlagen verwendet, wenn kein geeignetes Dach vorhanden ist. Die Module werden auf Trägerkonstruktionen befestigt und im Boden verankert.

Flachdachmontage: Bei dieser Montagevariante werden die PV-Module auf einer flachen Dachfläche installiert. Verschiedene Befestigungssysteme wie Aufständerungen ermöglichen die optimale Ausrichtung der PV-Module für eine bestmögliche Sonneneinstrahlung.

Fassadenmontage: Bei dieser Methode werden die PV-Module an der Außenwand des Gebäudes befestigt. Die Fassade muss ausreichende Tragfähigkeit aufweisen, um das Gewicht der Module zu tragen. Die Ausrichtung der Fassade spielt eine Rolle für die optimale Sonneneinstrahlung.

Spezialkonstruktionen: Für besondere Anforderungen wie PV-Systeme auf Parkhäusern oder Brücken gibt es maßgeschneiderte Befestigungssysteme. Diese werden an die örtlichen Gegebenheiten angepasst und erfordern eine individuelle Planung und Umsetzung.

Photovoltaikanlagen an Gebäudefassaden

Die Nutzung von Solarenergie zur Erzeugung von elektrischem Strom in Gebäudefassaden ist eine Option, die als Photovoltaik bezeichnet wird. Dabei wird Sonnenlicht mithilfe von Solarzellen in elektrische Energie umgewandelt.

Die Einbindung von Photovoltaikanlagen in Gebäudefassaden bietet den Vorteil, zusätzliche Energiequellen ohne zusätzlichen Raumbedarf auf dem Dach oder Grundstück zu schaffen. Es gibt verschiedene Ansätze zur Integration von Solarmodulen in die Fassade, wie die Anwendung von Dünnschicht-Solarzellen auf Glas oder anderen Materialien.

Die Einbindung von Photovoltaik in Gebäudefassaden kann auch ästhetische Vorteile bieten, indem die Solarmodule Teil des architektonischen Designs werden. Weiterhin können sie dazu beitragen, den Energiebedarf des Gebäudes zu decken, was zu einer Verminderung der CO2-Emissionen und einer Steigerung der Energieeffizienz führen kann.

Die statische Prüfung der senkrechten Wände während der Installation der Photovoltaikanlage ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Wand ausreichend tragfähig ist, um das Gewicht der PV-Anlage zu tragen.

Hier sind einige Schritte, die bei der Tragfähigkeitsprüfung berücksichtigt werden sollten:

  • Ermittlung der statischen Belastbarkeit der Wand: Die statische Belastbarkeit der Wand muss ermittelt werden, um zu bestimmen, wie viel Gewicht sie tragen kann. Dabei werden die Art und das Alter des Gebäudes sowie die Art und Dicke der Wand berücksichtigt.

  • Berücksichtigung der Windlast: Bei der Montage von Photovoltaikanlagen an senkrechten Wänden ist auch die Windlast ein wichtiger Faktor. Es muss berücksichtigt werden, wie stark der Wind an der Wand sein kann und wie dies die Belastbarkeit der Wand beeinflusst.

  • Verwendung von geeigneten Befestigungssystemen: Es ist wichtig, dass bei der Montage von PV-Modulen an senkrechten Wänden geeignete Befestigungssysteme verwendet werden, die eine ausreichende Lastübertragung gewährleisten. Dabei muss die Art der Wand, die Größe der Module und die Belastbarkeit des Befestigungssystems berücksichtigt werden.

  • Einbeziehung eines Statikers: Wenn Zweifel an der Tragfähigkeit der Wand bestehen oder wenn es sich um ein älteres Gebäude handelt, kann es sinnvoll sein, einen Statiker hinzuzuziehen, der die Wand gezielt untersucht und die notwendigen Tragfähigkeitsberechnungen durchführt.

Sustainable Energy Through Solar Facades

Photovoltaikteilfassade

Vertikale Solarmodule an Fassaden

Photovoltaikteilfassade

Es ist von großer Bedeutung, dass bei der Anbringung von Photovoltaikanlagen an senkrechten Wänden die Tragfähigkeit der Wand sorgfältig überprüft wird, um eventuelle Schäden am Gebäude oder an der Anlage zu verhindern. Gleichzeitig ergeben sich auch einige Herausforderungen bei der Integration von Photovoltaikanlagen in die Gebäudefassade. Dazu zählt die Erfordernis einer optimalen Ausrichtung der Solarmodule, um maximal Sonnenenergie einzufangen. Des Weiteren ist es wichtig, die ästhetische Gestaltung des Gebäudes zu berücksichtigen und mögliche Konflikte mit den Gebäudestandards und -vorschriften zu lösen.

Befestigungssysteme an senkrechten Wänden

Die korrekte Installation des Befestigungssystems ist von essenzieller Bedeutung, um eine sichere und effiziente Anbringung gemäß den örtlichen Normen und Vorschriften zu gewährleisten. Es wird dringend empfohlen, die Beratung eines erfahrenen Solartechnikers oder Installateurs in Anspruch zu nehmen, um das passende Befestigungssystem für die individuellen Anforderungen zu identifizieren. Verschiedene Befestigungssysteme stehen für Photovoltaikanlagen an senkrechten Wänden zur Verfügung, wobei die Auswahl je nach örtlichen Gegebenheiten und Bedürfnissen erfolgt. Einige gebräuchliche Befestigungsmethoden sind:

Direkte Wandmontage

In diesem Fall erfolgt die Anbringung der Solarpaneele unmittelbar an der Wand, indem sie auf speziellen Halterungen befestigt werden, die fest an der Wand verschraubt sind. Diese Ansatz eignet sich insbesondere, wenn die Wand ausreichend stabil ist, um das Gewicht der Solarpaneele zu tragen.

Hinterlüftete Fassadenmontage

In diesem Verfahren werden die Solarpaneele auf einer Tragstruktur montiert, die einige Zentimeter von der Wand abstehen. Dadurch entsteht ein Luftraum zwischen den Paneelen und der Wand, der eine verbesserte Belüftung ermöglicht und somit eine Überhitzung der Paneele verhindert.

Aufbau moderner Solarfassadenmodule

StoVentec Photovoltaics Inlay

Querschnitt einer Solarfassadenkonstruktion

Das „StoVentec Photovoltaics Inlay“

Fallbeispiel:

Das beschriebene System repräsentiert ein integriertes Photovoltaik-Modul (BIPV-Modul), das als Träger für monokristalline Solarzellen fungiert und in die Gebäudestruktur eingebunden ist. Es dient sowohl als Wärmedämmung als auch als Energiequelle für das Gebäude. Laut Angaben des Herstellers ist das System besonders für Wohngebäude geeignet und weist eine um etwa 40 Prozent höhere Effizienz auf als bisherige Modelle.

Das System setzt sich aus einer Schicht aus Steinwolle-Dämmmaterial und einer darunterliegenden Struktur mit patentierten Profilen zusammen, in die die Photovoltaik-Module eingesetzt werden. Die Solarzellen haben eine Nennleistung von 305 Wattpeak und sind doppelt verglast. Das Format beträgt 1668 mal 994 Millimeter, und das Modul ist komplett in Schwarz gehalten, einschließlich des Rahmens und der Zellverbinder, um eine kohärente Optik zu gewährleisten.

Das Modul stellt eine nachhaltige Energiequelle für Gebäude dar, während es gleichzeitig als Wärmedämmung fungiert. Dank seiner hohen Effizienz kann das System den Energieverbrauch des Gebäudes reduzieren und möglicherweise sogar zu einer Senkung der Energiekosten beitragen.

Die beschriebene Anlage hat eine Nennleistung von 305 Wattpeak und ein Format von 1668 mal 994 Millimeter. Es handelt sich um ein Fassadensystem, das gleichzeitig als Solarstromgenerator agiert. Der Hersteller betont, dass es sowohl die Wärmedämmung des Gebäudes verbessert und den Schalldämmwert um bis zu 12 dB(A) erhöht. Zusätzlich bietet es Schutz vor Feuchtigkeit und ist dampfdurchlässig. Weiterhin weist das System eine Brandschutzeinstufung von B-s1, d0 auf, was auf seine schwer entflammbare Eigenschaft hinweist.

In Bezug auf das Fassadendesign bestehen flexible Gestaltungsoptionen. Die Photovoltaik-Module können sowohl vertikal als auch horizontal ausgerichtet werden und lassen sich problemlos mit verschiedenen Systemen und Oberflächen kombinieren. Dies ermöglicht eine individuell angepasste Fassadengestaltung, die den ästhetischen Anforderungen des jeweiligen Gebäudes entspricht.

Zusammenfassend bietet das System eine überzeugende Gelegenheit, erneuerbare Energie in die Gebäudehülle zu integrieren, ohne dabei auf ästhetische oder funktionale Aspekte zu verzichten.

Montage auf dem Dach

Diese Technik wird üblicherweise bei geneigten Dächern angewendet, kann jedoch auch auf vertikalen Wänden genutzt werden. Dabei erfolgt die Anbringung der Solarpaneele auf einem Dach, das an der Wand installiert ist.

Gemäß der DIN EN 1991-1-4 sind spezifische Bereiche auf dem Dach, bekannt als "freie Randbereiche", von der Installation von Solarmodulen ausgeschlossen, um potenzielle Windturbulenzen zu vermeiden. Wenn das Dach eine Höhe von über 12 Metern aufweist, können zusätzliche Maßnahmen erforderlich sein. Um die korrekte Größe des freien Randbereichs zu ermitteln, misst man ihn ausgehend vom äußeren Rand (erkennbar am blauen Rand in Abbildung C) und sucht die relevanten Angaben in der Tabelle oder im Ballastplan.

Durch den Einsatz von beschichtetem Stahl und Aluminium wird automatisch ein Schutzpotentialausgleich gewährleistet. Dadurch wird die Entstehung von Spannungen im Material vermieden und Störungen an den Wechselrichtern oder Mikro-Wechselrichtern verhindert. Diese Vorgehensweise wird durch die DIN VDE 0100-410 festgelegt. Diese Norm legt die Anforderungen für die Errichtung von Niederspannungsanlagen fest, einschließlich der Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag und elektromagnetische Störungen. Sie beinhaltet auch Vorschriften für den Schutz von Personen und Tieren vor gefährlichen Berührungen sowie für den Schutz von Anlagen und Gebäuden vor Brandschäden.

freier Randbereich bei Dachmontage von Photovoltaik

Dachhöhe (Meter)

Freier Randbereich (Meter)

1

0.75

2

0.75

3

0.75

4

0.75

5

0.84

6

1

7

1.18

8

1.33

9

1,5

10

1.67

11

1.83

12

2

hoher

Lassen Sie sich beraten.

Schienenmontage

Schienenmontage von Photovoltaikanlagen

Freistehende Solarmodul-Montagestruktur

Schienenmontage von Photovoltaikanlagen

In dieser Technik werden die Solarmodule auf Schienen montiert, die an der Wand festgeschraubt sind. Diese Anordnung ermöglicht es, die Module sowohl horizontal als auch vertikal auszurichten, um eine bestmögliche Sonneneinstrahlung zu gewährleisten.

Fallbeispiel:

Flachdach-Montagesystem Solarstell für Süd Ausrichtung,

13 Grad Aufständerungswinkel. Komplettsystem für 1x 370-450 Wp Solarmodul (Standardmodule 120/54 Zellen, 1,70m - 1,78m)

Die Befestigung von Photovoltaikanlagen mithilfe von Schienen ist ein entscheidender Schritt bei der Installation von Solarsystemen. Die Schienen dienen als Basisstruktur, auf der die Solarmodule angebracht werden.

Der Ablauf der Schienenmontage beginnt typischerweise mit der Bestimmung der Position der Schienen auf dem Dach oder Boden. Hierbei ist es wesentlich, die korrekte Ausrichtung und den passenden Abstand zwischen den Schienen sicherzustellen, um die optimale Leistung der Solaranlage zu gewährleisten.

Sobald die Platzierung der Schienen festgelegt ist, erfolgt ihre Befestigung auf dem Dach oder Boden. Spezielle Montagesysteme kommen dabei zum Einsatz, um eine sichere und stabile Anbringung der Schienen zu ermöglichen. Ein Neigungswinkel von ungefähr 30 Grad wird in der Regel bevorzugt, um eine optimale Ausrichtung der Solarmodule sicherzustellen.

Die nächste Phase beinhaltet die Befestigung der Solarmodule auf den Schienen unter Zuhilfenahme spezieller Halterungen. Gewöhnlich werden die Solarmodule in Reihen positioniert, wobei der Abstand zwischen ihnen so gewählt wird, dass ein optimaler Lichteinfall gewährleistet ist.

Abschließend werden die elektrischen Verbindungen zwischen den Solarmodulen hergestellt und die Anlage an das Stromnetz angeschlossen. Auf diese Weise ist die Schienenmontage abgeschlossen und die Solaranlage kann in Betrieb genommen werden.

Die Fixierung der Schienen kann auf verschiedene Weisen erfolgen, zum Beispiel durch Verschraubung mit dem Dach oder mittels spezieller Klemmen, die an die Schienen angebracht werden. Die Entscheidung für eine Befestigungsmethode hängt von Faktoren wie der Dachart, der Tragfähigkeit und der geografischen Lage ab.

Es existieren diverse Varianten von Schienensystemen, darunter das Einzelschienen- und das Doppelschienen-System. Beim Einzelschienen-System werden die Solarmodule auf einer einzigen Schiene montiert, während beim Doppelschienen-System zwei Schienen verwendet werden. Der Vorteil von Schienensystemen liegt in ihrer Flexibilität, die es erlaubt, die Solarmodule in verschiedenen Winkeln und Positionen zu montieren, um die bestmögliche Sonneneinstrahlung zu erzielen. Zudem gestatten Schienensysteme eine unkomplizierte Installation und Wartung der Solarmodule.

Allerdings ist es von höchster Bedeutung, dass das Schienenmontagesystem korrekt installiert wird, um seine Widerstandsfähigkeit gegenüber Witterungseinflüssen sicherzustellen und eine stabile und sichere Befestigung der Solarmodule zu gewährleisten. Eine unsachgemäße Installation könnte zu Schäden an den Modulen und am Dach führen sowie die Effizienz der Solaranlage beeinträchtigen. Dabei müssen ebenfalls Windlasten berücksichtigt werden.

optimale Ausrichtung von Photovoltaikanlagen

Die bestmögliche Ausrichtung von Photovoltaikanlagen in Gebäudefassaden wird von einer Vielzahl von Einflussfaktoren beeinflusst. Dazu gehören die geografische Position des Gebäudes, die Ausrichtung der Fassade und die lokalen Umgebungsbedingungen.

Hier sind einige allgemeine Richtlinien, die berücksichtigt werden sollten:

  • Ausrichtung: Die ideale Ausrichtung der Fassade ist nach Süden, um die maximale Sonnenstrahlung zu erhalten. Allerdings kann eine leichte Abweichung von der Südausrichtung toleriert werden, insbesondere wenn es sich um eine Ost- oder Westausrichtung handelt, die noch eine gute Sonnenbestrahlung ermöglicht.

  • Neigungswinkel: Der Neigungswinkel der Fassade sollte dem Breitengrad des Standorts entsprechen. In Deutschland beträgt der optimale Neigungswinkel etwa 30 bis 40 Grad. Bei flachen Dächern kann eine Neigung von 10 bis 15 Grad ausreichend sein.

  • Verschattung: Die Verschattung der Fassade sollte minimiert werden, um die Energieausbeute zu maximieren. Es ist wichtig, dass keine Bäume, Gebäude oder andere Hindernisse den Zugang zur Sonnenstrahlung blockieren.

  • Reinigung: Die Reinigung der Photovoltaikmodule in der Fassade kann eine Herausforderung sein, da sie in der Regel schwer zugänglich sind. Die Module sollten so installiert werden, dass sie leicht zugänglich sind, um eine regelmäßige Reinigung zu ermöglichen.

  • Lüftung: Die Installation von Photovoltaikmodulen kann die Belüftung der Gebäudefassade beeinträchtigen, was zu Feuchtigkeitsproblemen führen kann. Daher ist es wichtig, dass die Module so installiert werden, dass die Luftzirkulation nicht beeinträchtigt wird.

Wirtschaftlichkeitsberechnung von Photovoltaikanlagen

Die Wirtschaftlichkeitsanalyse von Photovoltaikanlagen wird durch diverse Faktoren beeinflusst. Hierzu zählen die Anlagengröße, der Standort, die Entwicklung der Energiepreise und die Investitionskosten.

Im Folgenden sind einige Schritte aufgeführt, die bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung berücksichtigt werden sollten:

  • Ermittlung des Energiebedarfs: Zunächst sollte der Energiebedarf des Gebäudes ermittelt werden. Hierbei ist es wichtig, den Stromverbrauch und die Lastprofile zu analysieren, um den Bedarf zuverlässig abschätzen zu können.

  • Ermittlung des Potenzials der PV-Anlage: Anschließend sollte das Potenzial der PV-Anlage ermittelt werden. Hierbei müssen Faktoren wie die Größe der Fassade, die Ausrichtung, der Neigungswinkel und der Standort berücksichtigt werden.

  • Investitionskosten berechnen: Die Investitionskosten für die PV-Anlage setzen sich aus verschiedenen Faktoren zusammen, wie z.B. der Anzahl der Solarmodule, der Wechselrichter, den Montage- und Installationskosten sowie den Kosten für die Planung und Genehmigung.

  • Ertragsprognose erstellen: Auf Basis der ermittelten Daten kann eine Ertragsprognose erstellt werden. Hierbei wird berechnet, wie viel Strom die PV-Anlage voraussichtlich produzieren wird.

  • Einspeisevergütung prüfen: Es sollte geprüft werden, ob es eine Einspeisevergütung gibt und zu welchem Preis der erzeugte Strom ins Netz eingespeist werden kann.

  • Wirtschaftlichkeitsberechnung durchführen: Auf Basis der ermittelten Daten kann die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage berechnet werden. Hierbei werden die Investitionskosten, die Erträge und die Einspeisevergütung miteinander verglichen.

  • Finanzierungsmöglichkeiten prüfen: Es sollten verschiedene Finanzierungsmöglichkeiten geprüft werden, wie z.B. Kredite, Leasing oder Förderprogramme.

Bei der Berechnung der Wirtschaftlichkeit müssen sämtliche maßgeblichen Faktoren sorgfältig berücksichtigt werden, und es ist notwendig, eine realistische Vorhersage zu erstellen. Nur auf diese Weise kann eine fundierte Entscheidung getroffen werden, ob die wirtschaftliche Rentabilität einer PV-Anlage in der Gebäudefassade, auf dem Dach oder an anderen Standorten gegeben ist.

Einspeisevergütung

Die festgesetzte Einspeisevergütung für Photovoltaikanlagen in Deutschland ist eine gesetzlich verankerte Entschädigung, die den Betreibern von Solaranlagen für den von ihnen ins Stromnetz eingespeisten Strom gewährt wird. Die Höhe dieser Vergütung wird durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) festgelegt und variiert je nach Anlagengröße, Inbetriebnahmejahr und Art der Installationsfläche, wie beispielsweise dem Dach.

In den letzten Jahren ist die Einspeisevergütung deutlich gesunken, hauptsächlich aufgrund der intensiven Entwicklung der Photovoltaik in Deutschland und dem daraus resultierenden Preisverfall für Solarmodule. In vielen Fällen können Photovoltaikanlagen in Deutschland heute auch ohne Einspeisevergütung ökonomisch sinnvoll sein, da der erzeugte Strom vor Ort genutzt werden kann, wodurch Stromkosten eingespart werden.

Methoden der Wirtschaftlichkeitsberechnung von Photovoltaikanlagen

Es gibt mehrere mathematische Formeln, die für die Wirtschaftlichkeitsberechnung von Photovoltaikanlagen verwendet werden können. Hier sind einige der wichtigsten:

Investitionsrechnung: Die Investitionsrechnung ermöglicht die Bestimmung des Zeitpunkts, an dem sich die Anschaffungskosten für eine Photovoltaikanlage amortisiert haben. Die Formel für die Berechnung des Kapitalwerts (KV) lautet:

KV = Summe der Barwerte der Einnahmen - Summe der Barwerte der Ausgaben

Amortisationszeit: Die Amortisationszeit gibt an, wie lange es dauert, bis die Investitionskosten für die Photovoltaikanlage durch die eingesparten Energiekosten ausgeglichen werden. Die Formel für die Berechnung der Amortisationszeit (AT) lautet:

AT = Investitionskosten / Einsparungen pro Jahr

Stromertrag: Die Formel für die Berechnung des Stromertrags einer Photovoltaikanlage (SE) lautet:

SE = Fläche der Anlage x Leistung pro Quadratmeter x Sonnenstunden pro Jahr x Wirkungsgrad

Eigenverbrauchsanteil: Der Eigenverbrauchsanteil gibt an, wie viel des von der Photovoltaikanlage erzeugten Stroms selbst genutzt wird. Die Formel für die Berechnung des Eigenverbrauchsanteils (EVA) lautet:

EVA = Eigenverbrauchter Strom / Gesamterzeugter Strom x 100

Diese Formeln können verwendet werden, um die Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen zu berechnen und Investitionsentscheidungen zu treffen. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die tatsächlichen Ergebnisse je nach den spezifischen Bedingungen vor Ort und anderen Faktoren variieren können.

Monokristalline und polykristalline Solarzellen

Monokristalline und polykristalline Solarzellen sind zwei gebräuchliche Varianten von Solarzellen, die in der Erzeugung von Solarenergie verwendet werden. Der wesentliche Unterschied zwischen diesen beiden Typen liegt in der Verarbeitung des Siliziums zur Herstellung der Solarzellen.

Monokristalline Solarzellen werden aus einem einzigen Siliziumkristall hergestellt, der durch einen anspruchsvollen Prozess aus einem einzigen Siliziumblock gezogen wird. Dies resultiert in einem besonders gleichmäßigen Material, das äußerst effizient darin ist, Sonnenenergie in elektrischen Strom umzuwandeln. Monokristalline Solarzellen sind normalerweise kostenintensiver als polykristalline Solarzellen und erzielen einen höheren Wirkungsgrad, wodurch sie aus derselben Menge Sonnenlicht mehr Energie erzeugen können.

Polykristalline Solarzellen werden aus zahlreichen kleineren Siliziumkristallen in einem Gussverfahren zusammengesetzt. Da das Material bei polykristallinen Solarzellen nicht so homogen ist wie bei monokristallinen, ist ihr Wirkungsgrad etwas niedriger, wodurch sie weniger Energie aus derselben Menge Sonnenlicht generieren können. Polykristalline Solarzellen sind in der Regel kostengünstiger als monokristalline Solarzellen, da ihre Herstellung weniger aufwändig ist.

Beide Arten von Solarzellen haben ihre Vor- und Nachteile, und die Wahl zwischen monokristallinen und polykristallinen Solarzellen hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel

  • der gewünschten Effizienz,

  • dem verfügbaren Budget

  • und den spezifischen Anforderungen des Projekts.

Systeme, die der Sonne folgen

Verschiedene Varianten von Photovoltaiksystemen haben die Fähigkeit, der Bewegung der Sonne zu folgen, um die höchstmögliche Menge an Sonnenlicht und somit Energie einzufangen.

Hier sind einige Beispiele:

  • Einachsige Nachführsysteme: Diese Systeme sind so konzipiert, dass sie sich entlang einer Achse (in der Regel Ost-West) bewegen, um der Sonne zu folgen, während sie über den Himmel wandert. Die Nachführung erfolgt automatisch oder manuell.

  • Zweiaxiale Nachführsysteme: Diese Systeme folgen der Sonne sowohl entlang der Ost-West-Achse als auch der Nord-Süd-Achse. Dies ermöglicht eine noch höhere Energieausbeute, da die Panels zu jedem Zeitpunkt direkt auf die Sonne ausgerichtet sind.

  • Heliostaten: Diese Systeme verwenden Spiegel, um das Sonnenlicht auf ein feststehendes Solarmodul oder einen Solarturm zu reflektieren. Die Spiegel sind so ausgerichtet, dass sie das Sonnenlicht den ganzen Tag über auf das Solarmodul oder den Solarturm konzentrieren.

  • Konzentrierende Photovoltaiksysteme: Diese Systeme verwenden Linsen oder Spiegel, um das Sonnenlicht auf eine kleine, hoch effiziente Solarzelle zu konzentrieren. Die Zellen sind so konstruiert, dass sie in der Lage sind, höhere Temperaturen zu tolerieren und somit mehr Energie zu erzeugen.

Diese Systeme weisen unterschiedliche Anwendungsbereiche und Vorzüge auf, je nach den Anforderungen des jeweiligen Projekts. Zum Beispiel sind einachsige Nachführsysteme einfacher in der Installation und erfordern weniger Wartung im Vergleich zu zweiaxialen Nachführsystemen, die hingegen eine höhere Energieproduktion ermöglichen können. Konzentrierende Photovoltaiksysteme sind besonders geeignet für sonnenreiche Gebiete mit intensiver Strahlung.

Photovoltaiksysteme, die der Sonne nachgeführt werden, tendieren dazu, höhere Kosten aufzuweisen als stationäre Photovoltaikanlagen. Die finanzielle Aufwendung ist abhängig von der Systemgröße, der Art der Nachführung und weiteren Faktoren.

Daher hängt die Wirtschaftlichkeit von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel:

  • Standort: Die Effizienz der Nachführung hängt von der Menge an Sonnenlicht ab, die das System empfängt. Wenn der Standort nicht genügend Sonnenlicht erhält, kann das System weniger Energie erzeugen und dadurch die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigen.

  • Größe: Je größer das Nachführsystem ist, desto teurer ist es in der Regel. Der Preis pro Watt kann jedoch aufgrund der höheren Energieerzeugung niedriger sein.

  • Strompreise: Die Wirtschaftlichkeit hängt auch von den Strompreisen ab. Wenn die Strompreise hoch sind, kann die Investition in ein Nachführsystem wirtschaftlicher sein.

  • Förderungen: In einigen Ländern gibt es Förderungen für erneuerbare Energien wie Photovoltaik. Diese Förderungen können die Wirtschaftlichkeit des Systems verbessern.

Alles in allem lässt sich feststellen, dass Photovoltaiksysteme, die der Bewegung der Sonne folgen, im Allgemeinen wirtschaftlicher sind als stationäre Anlagen, insbesondere an Standorten mit reichlich Sonnenlicht und hohen Strompreisen. Allerdings gehen sie mit höheren Kosten und einem gesteigerten Wartungsaufwand einher. Die Wirtschaftlichkeit wird also von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst, die spezifisch für jeden Standort und Anwendungsfall einzeln bewertet werden müssen.

Es ist deutlich, dass der wirtschaftliche Einsatz solcher Systeme an Gebäuden – ganz zu schweigen von Fassaden – begrenzt ist. Bereits aus Gründen der Statik und des konstruktiven Aufwands sind hier klare Grenzen gesetzt. Zudem wäre eine Überlegung in dieser Richtung lediglich bei exakt südlich ausgerichteten Fassaden sinnvoll. Bei anderen Ausrichtungen geht von vornherein ein beträchtlicher Anteil der Strahlung verloren.

Instandhaltung von Photovoltaikanlagen

Die Ausstattung industrieller und gewerblicher Gebäude mit Solaranlagen gewinnt immer mehr an Beliebtheit, da sie eine saubere und kosteneffiziente Energiequelle darstellen. Obwohl die Anfangsinvestitionskosten für eine Photovoltaikanlage vergleichsweise hoch sind und je nach Größe der Anlage mehrere hunderttausend Euro erreichen können, stellt sie dennoch eine lohnende Investition dar. Besonders wichtig ist es, regelmäßige Wartungs- und Reinigungsarbeiten durchzuführen, da verschmutzte Solarmodule die Leistungsfähigkeit beeinträchtigen können und vor allem die Langlebigkeit der Dachanlage reduzieren können.

Hier sind einige wichtige Punkte, die bei der Wartung von Photovoltaikanlagen zu beachten sind:

  • Funktionserhaltende Reinigung: Es ist wichtig, die Solarpaneele sauber zu halten, um sicherzustellen, dass sie so viel Sonnenlicht wie möglich einfangen. Schmutz, Staub und andere Ablagerungen können die Effizienz der Solarzellen beeinträchtigen. Es wird empfohlen, die Anlage mindestens einmal im Jahr zu reinigen.

  • Inspektion: Regelmäßige Inspektionen der Anlage können dabei helfen, Probleme frühzeitig zu erkennen und zu beheben, bevor sie zu größeren Problemen werden. Einmal im Jahr sollte ein Fachmann die Anlage inspizieren, um sicherzustellen, dass alle Komponenten einwandfrei funktionieren.

  • Überwachung: Die Überwachung der Leistung der Anlage ist ein wichtiger Bestandteil der Wartung. Überwachungssysteme können Abweichungen in der Leistung erkennen und Alarme auslösen, wenn etwas nicht stimmt.

  • Austausch von Komponenten: Bei Bedarf sollten defekte oder beschädigte Komponenten wie Wechselrichter oder Kabel ausgetauscht werden.

  • Dokumentation: Es ist wichtig, alle Wartungsarbeiten und Inspektionen zu dokumentieren, um einen Überblick über die Geschichte der Anlage zu haben und die Wartung effizient zu planen.

Die routinemäßige Instandhaltung von Photovoltaikanlagen hilft somit, ihre Nutzungsdauer zu verlängern, die Effizienz zu maximieren und die Betriebsausfallzeiten zu minimieren.

Professionelle Reinigung von Photovoltaikanlagen

Reinigungsroboter

Automatische Reinigung von Solarmodulen

Verschmutzte Paneele reinigen mit „Reinigungsroboter“

Verschmutzungen auf Photovoltaik-Installationen haben diverse Ursachen, darunter Umwelteinflüsse und Luftverschmutzung, die besonders auf Industrie- und Dachanlagen erkennbar sind. Obwohl Regen und Schnee die Module gewissermaßen reinigen können, reicht dies oft nicht aus. Bei genauer Betrachtung sind viele Arten von Verschmutzungen auf einer Photovoltaikanlage feststellbar, wie beispielsweise Pollen, Blütenstaub, Vogelkot, Ruß, Feinstaub und grobe Schmutzpartikel, die sich hartnäckig festsetzen und möglicherweise Schäden an den Modulen verursachen können.

Luftverschmutzung durch Bahngleise, Autobahnen oder den Straßenverkehr stellt eine weitere Gefahr dar und trägt maßgeblich zur Verschmutzung von Photovoltaikanlagen bei. Rußablagerungen sind besonders zäh und ölig, während andere Arten von Schmutzpartikeln eine harte Schicht bilden können, die nur durch professionelle Reinigung entfernt werden kann. Daher ist regelmäßige Reinigung der Photovoltaik-Anlage nicht nur eine Sauberkeitsmaßnahme, sondern auch eine wirksame Präventions- und Werterhaltungsmaßnahme.

Es gibt verschiedene Methoden zur Reinigung von Photovoltaikanlagen, die je nach Größe, Höhe und Standort der Anlage variieren können. Die gebräuchlichsten Methoden umfassen manuelle Reinigung durch spezialisierte Reinigungsdienste, Einsatz automatischer Reinigungsroboter oder Nutzung von Drohnen mit speziellen Reinigungsgeräten. Die manuelle Reinigung beinhaltet in der Regel spezielle Reinigungswerkzeuge und -lösungen, um die Oberflächen der Solarpaneele gründlich zu säubern. Bei größeren Anlagen kann dies auch den Einsatz von Hochdruckreinigern oder speziellen Reinigungsmaschinen erfordern.

Automatische Reinigungsroboter sind speziell für die Säuberung von Solarpaneele entwickelt worden. Diese Reinigungsroboter bewegen sich autonom über die Solarpaneele und säubern sie mit Bürsten und Düsen. Hierbei wird oft entmineralisiertes Wasser genutzt, um Rückstände zu vermeiden. Um Solaranlagen auf Gebäuden umfassend zu reinigen, sind spezifische Reinigungsverfahren erforderlich. Die Reinigung von Solaranlagen verlangt ein spezialisiertes Vorgehen, das von wenigen Unternehmen ausgeführt wird. Besonders auf landwirtschaftlichen Gebäuden setzen hartnäckige Verschmutzungen hohe Ansprüche an die Solaranlagenreinigung. Gleichzeitig muss die Reinigung der Photovoltaik-Module äußerst sorgsam erfolgen, um Schäden an den empfindlichen Modulen zu verhindern. Dazu werden besondere Bürsten mit besonders sanften Borsten eingesetzt.

Einige Solaranlagenbesitzer vertrauen allein auf Regen. Jedoch genügt selbst in regenreichen Regionen und nach heftigen Regenfällen die "natürliche" Solaranlagenreinigung oft nicht. Module verfügen nicht über Wischblätter, um Verschmutzungen wirklich zu entfernen. Bauernhöfe sind spezifischen Umweltfaktoren ausgesetzt, die zu einer Ansammlung von Staub und Schmutz von den Feldern auf den Solarmodulen führen können. Fehlende regelmäßige Reinigung kann die Leistung der Anlage um bis zu 30 Prozent verringern.

Eine weitere Reinigungsmethode für Photovoltaikanlagen ist die Verwendung von Drohnen, die eigens mit Reinigungsgeräten ausgerüstet sind. Diese Drohnen fliegen meist automatisiert über die Anlage und säubern die Oberfläche der Solarpaneele mithilfe von Wassernebel und rotierenden Bürsten.

In jedem Fall ist es wesentlich, dass die Reinigung von Solaranlagen von einem professionellen und zertifizierten Reinigungsdienst durchgeführt wird, um Schäden an den Solarpaneelen zu vermeiden und die Oberflächenintegrität zu gewährleisten.

Reinigung senkrechter Photovoltaikpaneele

Die Säuberung von vertikal an der Hauswand angebrachten Photovoltaikpaneelen kann aufgrund ihrer Höhe und des Zugangs zu diesen Paneelen eine schwierige Aufgabe sein.

Hier sind einige Besonderheiten, die bei der Reinigung solcher Paneele zu beachten sind:

  • Sicherheit: Der Reiniger sollte unbedingt alle notwendigen Sicherheitsvorkehrungen treffen, um Verletzungen oder Stürze zu vermeiden. Dazu gehört das Tragen von Sicherheitsausrüstung wie z.B. ein Sicherheitsgeschirr und eine Leiter oder ein Gerüst, das sicher aufgestellt ist.

  • Reinigungsmittel: Die meisten Photovoltaikpaneele können mit Wasser und einem milden Reinigungsmittel gereinigt werden. Es ist jedoch wichtig, das Reinigungsmittel vorher auf eine kleine Fläche des Paneels zu testen, um sicherzustellen, dass es keine Schäden verursacht.

  • Wasserdruck: Es ist wichtig, den Wasserdruck nicht zu hoch einzustellen, da dies zu Beschädigungen der Solarpaneele führen kann. Ein zu hoher Wasserdruck kann auch Schmutz und Ablagerungen unter die Kanten der Solarpaneele drücken, was die Leistung der Paneele beeinträchtigen kann.

  • Reinigungsmethode: Wenn die Solarpaneele senkrecht an der Wand befestigt sind, kann es schwierig sein, sie gründlich zu reinigen. Einige Reiniger verwenden spezielle Bürsten oder Reinigungsgeräte, um sicherzustellen, dass alle Oberflächen der Solarpaneele gereinigt werden. Eine weitere Methode ist die Verwendung von teleskopischen Stangen oder Reinigungssystemen, die speziell für die Reinigung von Solarpaneelen entwickelt wurden.

  • Trocknen: Die Solarpaneele sollen vollständig getrocknet sein, bevor sie wieder in Betrieb genommen werden. Feuchtigkeit kann dazu führen, dass sich Schmutz und Ablagerungen schneller ansammeln, was die Leistung der Paneele beeinträchtigt.

In Zusammenfassung erfordert die Säuberung von vertikal an der Hauswand angebrachten Solarpaneelen einige spezielle Überlegungen und Sicherheitsvorkehrungen. Es ist ratsam, einen Fachmann mit den erforderlichen Fähigkeiten, der richtigen Ausrüstung und Erfahrung zu beauftragen, um die Reinigung sicher und effektiv durchzuführen.