- I -

Stefan  Middendorf  

Inhaltsverzeichnis   

Inhaltsverzeichnis.........................................................................................................   I

Verzeichnis  der Tabellen.  III

Verzeichnis  der Abbildungen.  V

Verzeichnis  der Abkürzungen.  VII

1.  Zum Gegenstand und zur Methode.  1

1.1.  Problemstellung  1

1.2.  Zielsetzung und Methode.  1

2.  Grundlagen der Energiegewinnung mittels Photovoltaikanlagen.  3

2.1.  Funktionsweise der Photovoltaikanlagen.  3

2.2.  Technische Unterschiede der Module.  4

2.2.1.  Kristalline Siliziumzellen.  5

2.2.2.  Dünnschichtzellen  6

2.2.3.  Farbstoffzellen  8

2.3.  Das Strahlungsangebot als Einflussgröße der Energiegewinnung.  9

2.3.1.  Astronomische Gegebenheiten am Anlagenstandort  10

2.3.2.  Meteorologische Bedingungen  12

2.3.3.  Neigung und Ausrichtung  12

2.4.  Strahlungsgewinn durch Nachführung einer PV-Anlage.  14

2.5.  Ermittlung des Strahlungsangebots.  15

2.6.  Stromeinspeisung  15

2.7.  Verkabelung  16

2.8.  Einspeisevergütung  16

2.9.  Genehmigung  17

3.  Benötigte Produktionsfaktoren.  19

3.1.  Standort/Gebäude.  19

3.2.  Zeitbedarf  20

3.3.  Kapital  21

4  Wirtschaftlichkeit der Photovoltaikanlagen anhand  

unterschiedlicher  Fallbeispiele  23

- II -

Stefan  Middendorf  

4.1  Wirtschaftlichkeit von PV-Dachanlagen.  23

4.1.1  Anschaffungs- und Herstellungskosten  23

4.1.2  Betriebskosten  24

4.1.3  Gewinnentwicklung bei unterschiedlichen Anlagengrößen.  25

4.1.4  Anlagenvergleich anhand eines 300 m großen Daches  32

4.1.4.1  Bewertung der Anlagen und der Gewinne  37

4.1.4.2  Grenzwerte des Energieertrages.  37

4.1.4.3  Analyse der PV Dachanlage  39

4.2  Wirtschaftlichkeit von PV-Fassadenanlagen  40

4.2.1  Anschaffungs- und Herstellungskosten  40

4.2.2  Betriebskosten  41

4.2.3  Gewinnentwicklung bei unterschiedlichen Anlagengrößen.  41

4.2.4  Gewinnentwicklung bei unterschiedlichen Jahresenergieerträgen  47

4.3  Wirtschaftlichkeit von PV-Bodenanlagen  49

4.3.1  Anschaffungs- und Herstellungskosten  49

4.3.2  Betriebskosten  50

4.3.3  Gewinnentwicklung bei unterschiedlichen Anlagengrößen.  51

4.3.4  Gewinnentwicklung bei unterschiedlichen Jahresenergieerträgen  57

5  Förderung  59

5.1  Förderung auf Bundes-Ebene.  59

5.2  Förderung auf Landesebene  61

5.3  Förderung auf kommunaler Ebene.  63

6  Ökologische Analyse  64

7  Perspektiven  67

8  Diskussion  69

9  Zusammenfassung.  72

10  Kurzfassung  74

10.1  Abstract  74

11  Literaturverzeichnis  75

Verzeichnis der Tabellen

Tab. 1: Vergleich der verschiedenen PV-Zellen

(Quelle: BEYERSDORF et al. 2000, verändert) .................................................... 8 Tab. 2: Degressiver Verlauf der Einspeisevergütung (Quelle: EEG 2004) ........................ 17 Tab. 3: Kalkulationsgrundlagen der Wirtschaftlichkeitsberechnungen einer PV-Dachanlage (Quelle: EEG 2004; ZIMPELMANN und PLOOG 2004) ........... 23 Tab. 4: Anschaffungs- und Herstellungskosten einer PV-Dachanlage............................... 24 Tab. 5: Jährliche Betriebskosten einer PV-Dachanlage...................................................... 25 Tab. 6: Verlauf der Energieerträge über 20 Jahre (52° nördliche Breite,

15° Dachneigung, Ausrichtung nach Süden) .......................................................... 26 Tab. 7: Finanzplan einer monokristallinen PV-Dachanlage in unterschiedlichen Größen. 29 Tab. 8: Finanzplan einer polykristallinen PV-Dachanlage in unterschiedlichen Größen... 30 Tab. 9: Finanzplan einer amorphen PV-Dachanlage in unterschiedlichen Größen ............ 31 Tab. 10: Darstellung der Gesamtinvestitionen und der Betriebskosten einer

300 m² großen PV-Dachanlage ............................................................................. 33 Tab. 11: Vollständiger Finanzplan einer 300m² großen Dachanlage mit monokristallinen, polykristallinen und amorphen PV-Modulen in Euro...................... 35 Tab. 12: Kalkulationsgrundlagen der Wirtschaftlichkeitsberechnungen einer PV-Fassadenanlage (Quelle: EEG 2004; ZIMPELMANN und PLOOG 2004) ......... 40 Tab. 13: Anschaffungs- und Herstellungskosten einer PV-Fassadenanlage....................... 41 Tab. 14: Jährliche Betriebskosten einer PV-Fassadenanlage.............................................. 41 Tab. 15: Verlauf der Energieerträge über 20 Jahre einer Fassadenanlage (52° nördliche Breite, senkrechte Modulneigung, Ausrichtung nach Süden)....... 42 Tab. 16: Finanzplan einer monokristallinen PV-Fassadenanlage in unterschiedlichen

Größen................................................................................................................... 44 Tab. 17: Finanzplan einer polykristallinen PV-Fassadenanlage in unterschiedlichen

Größen................................................................................................................... 45 Tab. 18: Finanzplan einer amorphen PV-Fassadenanlage in unterschiedlichen Größen.... 46 Tab. 19: Kalkulationsgrundlagen der Wirtschaftlichkeitsberechnungen einer PV-Bodenanlage (Quelle: EEG 2004; ZIMPELMANN und PLOOG 2004).............. 49 Tab. 20: Anschaffungs- und Herstellungskosten einer PV-Bodenanlage........................... 50 Tab. 21: Jährliche Betriebskosten einer PV-Bodenanlage.................................................. 51

Tab. 22: Verlauf der Energieerträge über 20 Jahre einer Bodenanlage (52° nördliche Breite, 30° Modulneigung, Ausrichtung nach Süden) .................. 52 Tab. 23: Finanzplan einer monokristallinen PV-Bodenanlage in unterschiedlichen

Größen................................................................................................................... 54 Tab. 24: Finanzplan einer polykristallinen PV-Bodenanlage in unterschiedlichen

Größen................................................................................................................... 55 Tab. 25: Finanzplan einer amorphen PV-Bodenanlage in unterschiedlichen Größen ........ 56 Tab. 26: Förderungen von PV-Anlagen auf Landesebene .................................................. 62

Verzeichnis der Abbildungen

Abb. 1: Prinzipieller Aufbau einer kristallinen Silizium-Solarzelle

(Quelle: ISFH 2000)................................................................................................ 4 Abb. 2: Verlauf des Wirkungsgrades einer amorphen Siliziumzelle

(Quelle: MEISSNER 1993) ................................................................................... 7 Abb. 3: Globale Strahlungskarte zur Ermittlung des Energieertrags-Potenzials

in Deutschland (Quelle: DWD 2004)..................................................................... 11 Abb. 4: Jahresverlauf der Sonnenbahn für 52° nördlicher Breite

(Quelle: ISFH 2000)................................................................................................ 13 Abb. 5: Jahreseinstrahlung in Abhängigkeit von Neigungs- und

Ausrichtungswinkel der Solarmodule (Quelle: ISFH 2000).................................. 14 Abb. 6: Verlauf der Rentenbarwerte je kWp einer PV-Dachanlage bei steigender

Anlagengröße ......................................................................................................... 27 Abb. 7: Verlauf der kumulierten Kapitalrenditen einer PV-Dachanlage bei

steigender Anlagengröße........................................................................................ 32 Abb. 8: Darstellung der Grenzwerte einer 300 m² großen PV-Dachanlage (52° nördliche Breite, 15° Dachneigung, Ausrichtung nach Süden) ..................... 38 Abb. 9: Verlauf der Rentenbarwerte je kWp einer PV-Fassadenanlage

bei steigender Anlagengröße.................................................................................. 43 Abb. 10: Verlauf der kumulierten Kapitalrenditen einer PV-Fassadenanlage

bei steigender Anlagengröße................................................................................ 47 Abb. 11: Verlauf des Rentenbarwertes einer PV-Fassadenanlage je kWp bei

unterschiedlichen Jahresenergieerträgen............................................................. 48 Abb. 12: Verlauf der Rentenbarwerte je kWp einer PV-Bodenanlage bei steigender

Anlagengröße ...................................................................................................... 53 Abb. 13: Verlauf der kumulierten Kapitalrenditen einer PV-Fassadenanlage bei

steigender Anlagengröße...................................................................................... 57 Abb. 14: Verlauf des Rentenbarwertes einer PV-Bodenanlage je kWp bei

unterschiedlichen Jahresenergieerträgen............................................................. 58 Abb. 15: Energetische Amortisationszeiten von PV-Anlagen............................................ 64 Abb. 16: Treibhausemissionen verschiedener Stromerzeugungstechniken ........................ 65

Abb. 17: Jährlich installierte Photovoltaik-Leistung und gesamte Kapazität in

Deutschland (Quelle: FLECK 2004, Prognose:2004)......................................................... 68

- VII -

Stefan  Middendorf  

Verzeichnis  der Abkürzungen  

AM  Luftmasse  

BauG  Baugesetz  

BImSchG.  Bundes-Immissionsschutzgesetz  

BM.U  Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit  

CdTe.  Cadmiumtellurid  

CIS  Kupfer-Indium-Diselenid  

dm  Quadratdezimeter  

DWD  Deutscher Wetterdienst  

E  0. Solarkonstante  

EE.  Erneuerbare Energien  

EEG  Erneuerbare-Energien-Gesetz  

et  al. et allii (lat.) und andere  

etc.  et cetera  

ff.  fortfolgende  

GaAS  Galliumarsenid  

GIGS  Kupfer - Indium - Gallium - Diselenid  

h.  hora (lat.) Stunde  

ha  Hektar ( 10.000 m )  

Hz  Herz abgeleitete SI-Einheit der Frequenz eines periodischen  

Vorgangs  (Schwingungen pro Sekunde)  

i.d.R.  in der Regel  

kg.  Kilogramm  

kW  Kilowatt  

kWh  Kilowattstunde ( 1.000 Watt)  

kWp  Kilowatt peak  

m.  Meter  

m  Quadratmeter  

MW  Megawatt  

MWh  Megawattstunde ( 1.000.000 Watt)  

NBauO  Niedersächsische Bauordnung  

NRW  Nordrhein - Westfalen  

- VIII -

Stefan  Middendorf  

p.  peak (engl.) ein Maß für die Leistungsfähigkeit (Nennleistung) von  

Solarzellen  und Modulen  

PV.  Photovoltaik  

S.   

STC  Standart Test Conditions (1,5 Luftmasse und 25 C Modultemperatur)  

TWh  Terawattstunde ( 1.000.000.000.000 Watt)  

usw.  und so weiter  

UV  Ultra Violett  

W  Watt Einheit der elektrischen Leistung  

Wh  Wattstunde Einheit der Arbeit  

Wp  Watt peak  

z.B.  zum Beispiel  

z.Zt.  zurzeit  

Euro  (Europäische Währungseinheit)  

  § Paragraph  

Prozent   

Grad  Einheit des Winkels und Längen- und Breiten-Grad  

1 Zum Gegenstand und zur Methode

1.1 Problemstellung

Das Wort Photovoltaik ist eine Zusammensetzung aus dem griechischen Wort für Licht und dem Namen des Physikers Alessandro Volta. Dieser Begriff bezeichnet die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mittels Solarzellen (BROCKHAUS 1994).

Der Deutsche Bundestag hat am 27. November 2003 ein Photovoltaik-Vorschaltgesetz zum Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) verabschiedet. Es trat am 1. Januar 2004 in Kraft und regelt die Vergütung für Solarstrom. Eine der wesentlichen Änderungen ist die Anhebung der Einspeisevergütung für Photovoltaik. Durch das Gesetz wird demjenigen, der Strom mithilfe von Photovoltaik produziert, ein fester Betrag zugesichert. Zusätzlich ist dieser Betrag für eine Zeitspanne von 20 Jahren festgelegt. Dadurch ist es für viele landwirtschaftliche Betriebe interessant geworden eine Photovoltaik-Anlage auf ihren Dächern oder Flächen zu installieren. Diese fest kalkulierbare Erlösseite lässt zurzeit viele Betriebsleiter über den Bau einer Photovoltaik-Anlage nachdenken, da sich so für viele landwirtschaftliche Betriebe eine zusätzliche Einkommensmöglichkeit ergibt.

Jedoch gilt es dabei betriebsspezifisch zu überprüfen, ob sich der Bau einer solchen Anlage lohnt. Denn neben den Investitionskosten sind Dinge wie optimale Anlagengröße, Standort, Anlagentechnik, Einspeisemöglichkeiten ins öffentliche Stromnetz und der Arbeitszeitbedarf zu beachten.

1.2 Zielsetzung und Methode

Alle diese Faktoren haben Einfluss auf die Investitionskosten und somit auf die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage. In dieser Arbeit soll daher an verschiedenen Berechnungen gezeigt werden, wie sich die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage unter Berücksichtigung des neuen EEG verhält. Des Weiteren soll untersucht werden,

wie sich die Wirtschaftlichkeit durch unterschiedliche Gegebenheiten wie zum Beispiel unterschiedliche Standorte oder Dachflächen verhält. Ein weiterer Punkt auf den in dieser Arbeit eingegangen werden soll, sind die verschiedenen, auf dem Markt verfügbaren Anlagentechniken und deren wirtschaftlichen Aussichten für eine Photovoltaikanlage.

Im weiteren Verlauf dieser Berechnung wird zunächst dargestellt, welche Anlagetypen für eine PV-Anlage in Frage kommen und wie ein möglicher Standort zu bewerten ist. Des Weiteren wird dargestellt, welche Daten für die Erstellung einer Investitions- und Wirtschaftlichkeitsberechnung benötigt werden. Danach wird an drei Beispielen (Dach-, Fassaden- und Bodenanlage) eine Investitions- und Wirtschaftlichkeitsberechnung durchgeführt und die wichtigsten Grenzwerte für die Bewertung und Risikoabschätzung einer Investition errechnet. Im weiteren Verlauf werden die zurzeit noch möglichen Förderprogramme aufgeführt und erläutert. Abschließend erfolgt eine ökologische Analyse der Photovoltaikanlagen.

In dieser Arbeit werden die Leistungsangaben für eine Photovoltaikanlage (PV-Anlage) in Kilowatt Peak (kWp) angegeben. Diese Leistungsangabe nach dem STC (Standard Test Conditions), beschreibt die Maximalleistung, die ein Photovoltaikmodul bei einer AM (Luftmasse) von 1,5 und bei einer Modultemperatur von 25°C erreichen kann. Des Weiteren werden in dieser Arbeit ausschließlich ans öffentliche Stromnetz gekoppelte PV-Anlagen betrachtet.

2 Grundlagen der Energiegewinnung mittels Photovoltaik-

anlagen

2.1 Funktionsweise der Photovoltaikanlagen

Um aus Solarzellen elektrischen Strom erzeugen zu können, wird die Energie der Sonnenstrahlen benötigt. Diese bestehen aus vielen einzelnen Teilchen (Photonen), die die Energie transportieren. Die verschiedenen Photonen der Sonnenstrahlung haben unterschiedliche Intensitätsgrade wie beispielsweise UV- oder Infrarotstrahlung. Der größte Teil des von der Sonne als Strahlung kommenden Energiestroms wird im sichtbaren Bereich transportiert.

Solarzellen bestehen aus Halbleitern (meist Silizium), die mit Hilfe von Elektronen das Sonnenlicht absorbieren. Hierbei wird die Energie der Photonen auf die Elektronen des Absorbers übertragen. In der Solarzelle bewegen sich diese, bedingt durch die Halbleitereigenschaft der Zelle in eine Vorzugsrichtung und erzeugen so in einem geschlossenen Stromkreislauf elektrische Energie (KNAUPP und STAIß 2000). Voraussetzung für die Absorption im Halbleitermaterial ist eine Mindestenergie der Photonen, die charakteristisch ist für das verwendete Solarzellen-Basismaterial. Photonen, deren Energie kleiner ist als die charakteristische Mindestenergie, werden nicht absorbiert und sind für den Halbleiter unbrauchbar. Photonen, deren Energie größer ist, können ihre Energie auf die Elektronen im Halbleiter übertragen, jedoch nur in Höhe der jeweiligen Mindestenergie (WÜRFEL 1995).

Am Beispiel von Siliziummodulen lässt sich die Stromerzeugung wie folgt beschreiben: Das Halbleitermaterial besteht aus zwei unterschiedlich dotierten Schichten, die verschiedene Leitereigenschaften besitzen. Mit Phosphor dotiertes Silizium verfügt über ein frei bewegliches Elektron und bildet die n-leitende Schicht. Mit Bor dotiertes Silizium enthält quasi frei bewegliche Elektronen-Löcher und bildet die p-leitende Schicht. Fallen Sonnenstrahlen und somit auch Photonen auf die Solarzelle werden Ladungspaare (Elektronen und Löcher) erzeugt. Bedingt durch die

Halbleitervorzugsrichtung werden die Elektronen zur n-Schicht und die Elektronen-Löcher zur p-Schicht gezogen, wenn sie in den Übergangsbereich zwischen p- und nleitender Schicht gelangen. An der oberen und unteren Seite der Solarzelle befinden sich jeweils Metallkontakte, an denen die erzeugten Ladungsträger gesammelt werden.

An der Oberseite befindet sich eine fingerförmige Leitbahn, welche den Minuspol bildet, während auf der Unterseite eine ganzflächige Leitbahn den Pluspol verkörpert. Verbindet man die beiden Kontakte über einen Stromabnehmer, so fließen die dort befindlichen Elektronen und es entsteht ein Gleichstrom. Um den Strom in das elektrische Verbundnetz einzuspeisen, benötigt man einen Wechselrichter, der den Solarstrom in Wechselstrom für das Niederspannungsnetz (230Volt mit 50Hz) umwandelt. (BEYERSDORF et al. 2000)

Abb. 1: Prinzipieller Aufbau einer kristallinen Silizium-Solarzelle

2.2 Technische Unterschiede der Module

Solarzellen, die für den Gebrauch in einer Photovoltaik-Anlage in Frage kommen, sollten bestimmte Anforderungen erfüllen.

Um den einfachen und kostengünstigen Einsatz von Solarzellen in PV-Modulen zu ermöglichen, sind großflächige Zellen (>1 dm²) von Vorteil. Um sowohl eine hohe Wirtschaftlichkeit im Hinblick auf die Modulleistung zu erzielen, als auch eine gewisse Planungssicherheit zu gewährleisten, erscheint es sinnvoll, besonders langlebige Zellen (mind. 20 Jahre Lebensdauer) in PV-Modulen zu verwenden. Ebenso sollten Solarzellen

beim Einsatz in Modulen umweltverträglich sein, so dass schon bei der Herstellung keine schädlichen Stoffe entstehen und auch der spätere Abbau nicht zu Entsorgungsproblemen führt.

Solarzellen sollten außerdem einen hohen Wirkungsgrad (>15%) besitzen, da Modul-Standorte (meist Dächer) in ihrer Fläche begrenzt sind und dennoch eine möglichst hohe Effektivität erzielt werden soll (MEISSNER 1993).

Solarzellen lassen sich aufgrund ihrer verschiedenen Halbleitermaterialien in drei Gruppen einteilen. Neben den am häufigsten verwendeten kristallinen Siliziumzellen existieren noch Dünnschicht- und Farbstoffzellen.

- kristallines Silizium

- Dünnschichtzellen

- Farbstoffzellen

2.2.1 Kristalline Siliziumzellen

Die meisten Solarzellen werden heute noch aus Silizium hergestellt, welches das zweithäufigste Element auf der Erde ist.

Zur Herstellung von monokristallinen Siliziumzellen benötigt man hochreines Halbleitermaterial. Aus einer Siliziumschmelze werden einkristalline Stäbe gezogen und anschließend in dünne Scheiben gesägt. Dieses Herstellungsverfahren garantiert relativ hohe Wirkungsgrade (im Labor 24%, in der Praxis 14-17%), ist aufgrund des hohen Energiebedarfs jedoch sehr kostenintensiv.

Kostengünstiger ist die Herstellung von polykristallinen Zellen. Dabei wird flüssiges Silizium in Blöcke gegossen, die anschließend in Scheiben gesägt werden. Bei der Erstarrung des Materials bilden sich unterschiedlich große Kristallstrukturen, an deren Grenzen allerdings Defekte auftreten können. Diese Kristalldefekte haben einen geringeren Wirkungsgrad der Solarzelle zur Folge (im Labor 18%, in der Praxis 13-15%).

Die Langlebigkeit beider Formen von kristallinen Siliziumzellen wird auf bis zu 25 Jahren garantiert (LADENER 1996).

2.2.2 Dünnschichtzellen

Dünnschichtzellen lassen sich aufgrund ihrer verschiedenen

Materialzusammensetzungen in fünf Untergruppen einteilen:

- Amorphe Siliziumzellen

Bei den amorphen Siliziumzellen existiert kein Kristallgitter. Durch die Verwendung von Wasserstoff werden Defekte im amorphen Silizium weitgehend abgesättigt und es entsteht ein dotierter Halbleiter. Der Wirkungsgrad dieser Zelltypen liegt bei 13% im Labor und 5-8% in der Praxis.

Die amorphen Siliziumzellen altern durch Lichtabsorption (Degration), das heißt, die Leistung sinkt in den ersten beiden Jahren stark und pendelt sich anschließend auf ein relativ konstantes Niveau, die so genannte Nennleistung, ein. Um diesen Prozess abzumildern, werden relativ dünne Siliziumschichten produziert, die dann mehrschichtig zum Einsatz kommen. Eine völlige Neutralisierung des Effekts ist dadurch jedoch nicht möglich (KNAUPP und STAIß 2000).

Abb. 2: Verlauf des Wirkungsgrades einer amorphen Siliziumzelle

- Galliumarsenid (GaAs) - Zellen

Bei den Galliumarsenidzellen handelt es sich um eine Verbindung von Gallium und Arsen. Diese Zellen haben im Labor einen hohen Wirkungsgrad (25-28%). Da jedoch die Herstellung sehr teuer ist, wurden diese Zellen in der Praxis nur äußerst selten verwendet. Aussagekräftige Ergebnisse zum praktischen Wirkungsgrad liegen demnach nicht vor.

Ein weiterer Nachteil zeigt sich beim Herstellungsprozess, da zum einen Gallium sehr selten und Arsen ein hochgiftiges Element ist. Hieraus entstehen viele schädliche Emissionen, die die Umwelt belasten (Quelle: Dieter Meissner).

- Cadmiumtelluridzellen (CdTe), Kupfer-Indium-Diselenidzellen (CIS), Kupfer-Indium-Gallium-Diselenidzellen (CIGS)

Die Wirkungsgrade liegen zurzeit bei den CdTe-Zellen bei 16%, die der CIS-Zellen bei 18% und die der CIGS-Zellen bei 17% im Labor. Beim Einsatz in der Praxis liegen noch zu wenige Erfahrungen vor, um aussagekräftige Angaben über die Wirkungsgrade zu machen.

Für den Einsatz in der Praxis sind alle genannten Zellen zurzeit nicht geeignet, da sie in der Herstellung noch sehr teuer sind und außerdem nur wenige Erfahrungen vorliegen. Insbesondere über die Lebensdauer oder mögliche Degration sind nur unzureichende

Ergebnisse vorhanden. Auf Dauer können diese Zellen aber durchaus eine Alternative darstellen (BEYERSDORF et al. 2000).

2.2.3 Farbstoffzellen

In der nanokristallinen Farbstoffzelle wird Sonnenlicht mit Hilfe einer Schicht aus organischen Farbstoffen in Energie umgewandelt, ähnlich der Photosynthese bei Pflanzen.

Die Forschungen der letzten Jahre haben zu einer vielfach vergrößerten Lichtabsorption der Zellen und so zu einer Effizienzsteigerung der Farbstoffsolarzellen auf etwa 8% in der Praxis geführt. Die Wirkungsgrade liegen zurzeit im Labor bei 30%. Der technisch mögliche Wert liegt noch höher. Allerdings ist dieser Zelltyp von einer industriellen Produktion noch weit entfernt (BEYERSDORF et al. 2000; HUG 2004)

Tab. 1: Vergleich der verschiedenen PV-Zellen

Monokristalline, polykristalline und amorphe Siliziumzellen sind gegenwärtig die einzigen Zellen, die für den Gebrauch in einer Photovoltaikanlage in Frage kommen, denn sie allein erfüllen sämtliche Anforderungen, die an eine PV-Anlage gestellt werden. Bei diesen Zelltypen liegen mittlerweile viele Erfahrungen vor und die

Haltbarkeit liegt bei mindestens 20 Jahren. Zudem geben die meisten Hersteller eine Leistungsgarantie darauf, dass die von ihnen produzierten PV-Module nicht mehr als 1% ihrer Leistung pro Jahr verlieren.

Bei der Verarbeitung von Silizium entsteht keinerlei Umweltbelastung und auch die Entsorgung gestaltet sich für die Umwelt unproblematisch. Durch die mittlerweile großtechnische Produktion können die Module zudem kostengünstig hergestellt werden. Die genannten Wirkungsgrade wurden bei diesen Zelltypen durch zahlreiche Referenzanlagen bestätigt. Bei ausreichend Stellfläche erreichen auch die amorphen Siliziumzellen trotz ihres geringen Wirkungsgrades ein hohes Maß an Wirtschaftlichkeit.

2.3 Das Strahlungsangebot als Einflussgröße der Energiegewinnung

Die Strahlungsleistung der Sonne am Oberrand der Erdatmosphäre ist nahezu konstant. Sie wird beeinflusst durch Änderungen der Sonnenaktivität (Sonnenflecken) und Abweichungen in der Entfernung Erde-Sonne. Die Schwankungen betreffen hauptsächlich den Bereich der ultravioletten Strahlung und sind kleiner als 5%. Diese Unregelmäßigkeiten sind für die Anwendung der Solartechnik unerheblich. Daher kann die Bestrahlungsstärke als Solarkonstante bezeichnet werden, welche auf die Fläche von einem Quadratmeter bezogen wird. Demnach beträgt die durchschnittliche Solarkonstante (E 0 ) 1.367 W/m².

Das Strahlungsangebot auf der Erde selbst, welches den PV-Anlagen zur Verfügung steht, ist dennoch sehr unterschiedlich. Einflussfaktoren sind:

- Astronomische Gegebenheiten am Anlagenstandort

- Meteorologische Bedingungen

- Neigung und Ausrichtung der PV-Anlage