- Veröffentlicht am 22. Feb. 2024
- Zuletzt bearbeitet am 15. März 2024
- 7 min
Aufbau der Solarenergie-Infrastruktur
Die Solarenergie hat sich zu einer der beliebtesten Lösungen für erneuerbare Energien entwickelt. Das Erneuerbare-Energie-Gesetz hat eine Vielzahl von Maßnahmen und Möglichkeiten in Gang gesetzt, wobei die Einspeisevergütung die größte Anziehungskraft ausübt. Bis der Strom jedoch eingespeist werden kann, sind einige Schritte zu gehen.
Die Solarenergie hat sich zu einer rentablen Quelle für erneuerbare Energien entwickelt, vor allem dank einer flächendeckenden Infrastruktur und Regelungen, welche die Erzeugung, Übertragung, Verteilung und Vermarktung der aus Sonnenlicht gewonnenen elektrischen Energie ermöglichen.
Aus technischer Sicht wird eine Reihe von Geräten installiert, um die Sonnenenergie nutzbar zu machen. Das "Erneuerbare-Energien-Gesetz" schafft die notwendigen Voraussetzungen für den Aufbau eines Solarstromnetzes und legt die Regeln und Standards für die dezentrale Erzeugung von Solarenergie fest. Darüber hinaus wird 2024 in einigen Kommunen und Bundesländern die viel diskutierte Solarpflicht in Kraft treten, die den Einbau von Photovoltaik-Anlagen auf Neu- und Bestandsbauten vorschreibt.
Die Netzeinspeisung
Vereinfacht ausgedrückt wird eine Photovoltaikanlage an das Stromnetz angeschlossen, um einen Energieaustausch zu ermöglichen: Wenn die Wetterbedingungen es zulassen, wird Energie von den Solarmodulen erzeugt und von dem Betrieb, der die Anlage betreibt, verbraucht; ein eventueller Überschuss wird in das Netz eingespeist. Wenn die Witterungsbedingungen keine Energieerzeugung zulassen oder wenn die Erzeugung nicht ausreicht, um den Bedarf der Einrichtung zu decken, wird Strom aus dem Netz bezogen. Bei einem netzgekoppelten System sind keine Investitionen in Solarbatterien erforderlich, was die Installation des Systems billiger macht und gleichzeitig die Kosten für die Stromrechnung senkt.
Der große Unterschied zwischen dem netzgekoppelten und dem netzunabhängigen System besteht darin, was mit der überschüssig erzeugten Energie geschieht: Während das netzunabhängige System die Energie in Solarbatterien speichert, wird sie beim netzgekoppelten System in das Stromnetz eingespeist, wodurch Einspeisevergütungen entstehen. Eine Überwachung ermöglicht die Messung der tatsächlich erzeugten Solarenergie.
Vor allem in städtischen Gebieten ist es sinnvoll, sich für eine netzgebundene Option zu entscheiden, da die Installation eines effizienten Speichersystems recht kostspielig sein kann und der Vorteil der Einspeisevergütungen entfällt. Netzgebundene Lösungen sind außerdem um 30 % effizienter als netzunabhängige Systeme.
Das Virtuelle Kraftwerk
Ein virtuelles Kraftwerk ist eine Form der dezentralen Energieerzeugung und -verwaltung, bei der mehrere Energiequellen, wie z. B. Sonnenkollektoren und Batterien, für einen koordinierten Betrieb miteinander verbunden werden. Diese Form der Energieerzeugung kann nachhaltiger, flexibler und wirtschaftlicher sein als herkömmliche Kraftwerke, ist aber auch mit einigen Herausforderungen verbunden, wie beispielsweise der Integration in bestehende Netze und der Marktregulierung.
Die Integration so vieler Erzeugungs- und Verbrauchsstellen erfordert eine langfristige, flächendeckende Planung. Außerdem gibt es Fragen der Sicherheit und des Datenschutzes im Zusammenhang mit vernetzten Geräten wie intelligenten Zählern zu berücksichtigen. Virtuelle Kraftwerke bieten trotzdem eine vielversprechende Weiterentwicklung im Stromsektor. Sie kombinieren Spitzentechnologie mit dezentraler Produktion, um effizientere und anpassungsfähigere Systeme zu schaffen. Die Energie der Zukunft liegt vielleicht nicht in gigantischen Kraftwerken, sondern in der stillen Synergie, die auf Dächern und in Kellern stattfindet.
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Photovoltaik-Anlagen
Solarenergie wird in Wohngebäuden anders genutzt und verteilt als in Industrie und Gewerbe. Weil der Bedarf in der Regel geringer ist, ist eine Speicherlösung oft nicht notwendig. In Wohngebäuden sind in der Regel Solarzellen auf dem Dach installiert, die bei Sonneneinstrahlung Strom erzeugen. Die Photovoltaikanlage funktioniert durch den so genannten "photovoltaischen Effekt". Wenn das Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft, wird es von den Elektronen in den Silizium-Atomen des Moduls absorbiert; diese Elektronen bewegen sich weiter im Modul, bis sie in Solarkabeln eingespeist werden und ‚verursachen‘ so den elektrischen Strom. Dieser elektrische Strom wird zum Solar-Wechselrichter geleitet und schon steht die Energie für die Nutzung in den Geräten bereit.
Meistens erzeugen die Solarmodule mehr Energie als verbraucht wird. Diese überschüssige Energie wird in das Verteilernetz eingespeist, was Einspeisevergütungen einbringt.
Die grundlegenden Komponenten einer Photovoltaikanlage sind wie folgt:
- Die Sonnenstrahlen werden von Solarpaneelen eingefangen und in elektrische Energie umgewandelt.
- Danach wandeln speziell für die Paneele ausgestattete Wechselrichter den Strom in Wechselstrom um, so dass er ins Netz eingespeist werden kann
- Befestigungsstrukturen, um die Paneele an ihrem Platz zu befestigen; sie bestehen in der Regel aus Aluminium, weil sie leicht und wetterbeständig sind Steckverbinder und Kabel zur Verteilung des erzeugten Stroms
Die Solarbatterie
Die Solarbatterie wird in Photovoltaikanlagen eingesetzt, um die Stabilität der Stromversorgung in Zeiten zu gewährleisten, in denen wenig oder gar kein Strom erzeugt wird, z. B. an bewölkten Tagen oder nachts. Die Solarbatterie kann in zwei Arten von Photovoltaiksystemen eingesetzt werden: netzunabhängige Systeme und Hybridsysteme.
Bei einem netzunabhängigen Solarenergiesystem ist das Grundstück nicht an das Stromnetz angeschlossen, so dass der gesamte Energiebedarf durch die Solarmodule gedeckt und in den Solarbatterien gespeichert werden muss. Vollständig netzunabhängige Konfigurationen sind sehr teuer, weshalb diese Lösungen in der Regel nur in abgelegenen, isolierten Gebieten zu finden sind, wo die einzige Alternative ein Dieselgenerator wäre.
Hybride Systeme sind so aufgebaut, dass das Grundstück sowohl an das Stromnetz angeschlossen ist als auch die selbst erzeugte Solarenergie in Batterien gespeichert wird; der in den Batterien gespeicherte Strom hat Vorrang vor dem Strom aus dem Netz. Das System kann so programmiert werden, dass es die gespeicherte Energie zu Spitzenzeiten nutzt. Dies ist eine kostengünstigere Lösung als vollständig netzunabhängige Systeme, da eine geringere Anzahl von Solarbatterien benötigt wird.
Der Wechselrichter
Ein Solar-Wechselrichter wandelt den Strom von Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) um. Dies ist notwendig, da der in Geräten verwendete Strom in der Regel Wechselstrom ist, also die Energieform, die in den meisten Haushalts- und Gewerbegeräten verwendet wird. Gleichzeitig fungiert ein Wechselrichter aufgrund seiner entscheidenden Rolle auch als "Wächter", der das sichere Funktionieren der Solarmodule überwacht. Die Art der Wechselrichter variiert je nach Anschluss an das Stromnetz und der benötigten Leistung.
Der netzgekoppelte Wechselrichter ist so konzipiert, dass er mit dem öffentlichen Stromnetz zusammenarbeitet. Die Geräte arbeiten daher nicht als autonome Wechselrichter, d. h. es ist nicht möglich, sie in einem System ohne Netzanschluss (isoliert) zu verwenden, weil sie bei fehlendem Strom im öffentlichen Netz ausgeschaltet werden müssen.
Netzunabhängige Wechselrichter versorgen die Verbraucher direkt, indem sie den Strom unverzüglich von einer Batteriebank oder von Solarzellen beziehen. Diese sollten nicht für netzgekoppelte Systeme verwendet werden.
Der Einspeisezähler
Das Erneuerbare-Energie-Gesetz schreibt Einspeisezähler für netzgekoppelte Photovoltaikanlagen vor. Das Gerät misst die ins Stromnetz eingespeiste Strommenge, die auch für die Inanspruchnahme der Einspeisevergütung notwendig ist. Da es praktisch unmöglich ist, immer die gesamte erzeugte Energie zu verbrauchen und zu speichern, müssen für die Zeiten, in denen Energie ins Netz eingespeist wird, Rückstellungen gebildet werden. Netzunabhängige Anlagen sind von dieser Regelung natürlich ausgenommen.
Einspeisezähler können gekauft werden, was eine einmalige Investition und eine regelmäßige, obligatorische Wartung erfordert, oder vom Netzbetreiber gemietet werden, was eine geringere Anfangsinvestition erfordert, wobei der Betreiber für die regelmäßige Wartung des Geräts sorgt. Obwohl die Kaufvariante langfristig wirtschaftlicher sein kann, ist zu beachten, dass der Anspruch auf die Einspeisevergütung entfällt, wenn der Einspeisezähler aufgrund einer Fehlfunktion falsche Messwerte liefert, da der Eigentümer des Einspeisezähler für das einwandfreie Funktionieren des Geräts verantwortlich ist.
Um die Technischen Anschlussbedingungen (TAB) für den Anschluss an das Niederspannungsnetz zu erfüllen, wird dringend empfohlen, eine Elektrofachkraft hinzuzuziehen.
Die Einspeisevergütung
Die Bundesregierung hat eine Einspeisevergütung für Solarstrom festgelegt, der in das öffentliche Netz eingespeist wird. Das Erneuerbare-Energie-Gesetz legt die Höhe der Einspeisevergütung fest, die sich nach der Betriebsdauer und der Nennleistung der Photovoltaikanlage bemisst. Darüber hinaus hat die Bundesregierung beschlossen, die Vergütung für 20 Jahre zu garantieren und sie von den Preisen auf dem freien Energiemarkt abzukoppeln. Es sei auch daran erinnert, dass die Einspeisevergütung ab Februar 2024 alle sechs Monate um 1 % gekürzt wird.
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