Photovoltaikanlage Anwendung

Eine Photovoltaikanlage wandelt die Sonnenstrahlung in nutzbare Elektrizität um. Es umfasst die Solaranlage und die Balance der Systemkomponenten. PV-Systeme können nach verschiedenen Gesichtspunkten kategorisiert werden, z. B. netzgekoppelte vs. stand alone-Systeme, gebäudeintegrierte vs. rack-montierte Systeme, Wohn- und Versorgungssysteme, verteilte vs. zentralisierte Systeme, dach- und bodenmontierte Systeme , Tracking-Systeme im Vergleich zu Systemen mit fester Neigung und neu konstruierte vs. nachgerüstete Systeme. Zu den weiteren Unterschieden gehören Systeme mit Mikrowechselrichtern gegenüber Zentralwechselrichtern, Systeme mit kristalliner Silizium- oder Dünnschichttechnologie und Systeme mit Modulen von chinesischen gegenüber europäischen und US-Herstellern.

Etwa 99 Prozent aller europäischen und 90 Prozent aller US-amerikanischen Solarstromanlagen sind an das Stromnetz angeschlossen, während in Australien und Südkorea netzferne Systeme etwas häufiger vorkommen. PV-Anlagen nutzen selten Batteriespeicher. Dies könnte sich bald ändern, da staatliche Anreize für dezentrale Energiespeicher umgesetzt werden und Investitionen in Speicherlösungen für kleine Systeme allmählich wirtschaftlich werden. Eine Solaranlage eines typischen PV-Systems für Wohngebäude wird auf dem Dach montiert und nicht in das Dach oder die Fassade des Gebäudes integriert, da dies erheblich teurer ist. Stromversorgte Solarkraftwerke sind auf dem Boden montiert, mit fest gekippten Sonnenkollektoren, anstatt teure Ortungsgeräte zu verwenden. Kristallines Silizium ist das vorherrschende Material, das in 90 Prozent der weltweit produzierten Solarmodule verwendet wird, während Konkurrenzdünnfilme in den letzten Jahren Marktanteile verloren haben.20 Etwa 70 Prozent aller Solarzellen und -module werden in China und Taiwan hergestellt Prozent für europäische und US-amerikanische Hersteller.12 Die installierte Kapazität für kleine Aufdachanlagen und große Solarkraftwerke wächst schnell und zu gleichen Teilen, obwohl der Trend zu Versorgungssystemen im Mittelpunkt steht, da der Schwerpunkt auf neuen Anlagen liegt Die Verlagerung von Europa in sonnenreichere Regionen wie den Sunbelt in den USA, die den Freiflächenanlagen weniger ablehnend gegenüberstehen, wird von den Investoren stärker betont.

Angetrieben von technologischen Fortschritten und dem Anstieg des Produktionsumfangs und der Komplexität, sinken die Kosten für Photovoltaik kontinuierlich. Weltweit gibt es mehrere Millionen PV-Systeme, überwiegend in Europa, mit 1,4 Millionen Systemen allein in Deutschland sowie Nordamerika mit 440.000 Anlagen in den USA. Die Energieumwandlungseffizienz eines konventionellen Solarmoduls stieg von 15 auf 20 Prozent In den letzten 10 Jahren hat eine PV-Anlage in etwa zwei Jahren die für ihre Herstellung benötigte Energie zurückgewonnen. In beson- ders bestrahlten Gebieten oder bei Verwendung der Dünnschichttechnologie sinkt die so genannte Energierücklaufzeit auf ein Jahr oder weniger.32 Auch die Nettomessung und finanzielle Anreize, wie z. B. die Vorzugstarife für die Einspeisung von Solarstrom, haben sich bezahlt gemacht stark unterstützte Installationen von PV-Anlagen in vielen Ländern. Die Stromgestehungskosten von PV-Großanlagen sind in einer wachsenden Liste geographischer Regionen gegenüber konventionellen Stromquellen wettbewerbsfähig geworden, und die Netzparität wurde in etwa 30 verschiedenen Ländern erreicht.

Ab 2015 nähert sich der schnell wachsende globale PV-Markt schnell der 200-GW-Marke – rund 40 Mal mehr als die installierte Leistung von 2006. Photovoltaische Systeme tragen derzeit rund 1 Prozent zur weltweiten Stromerzeugung bei. Top-Installateure von PV-Anlagen sind derzeit China, Japan und die USA, während die Hälfte der weltweiten Kapazität in Europa installiert ist, wobei Deutschland und Italien 7% bis 8% ihres jeweiligen inländischen Stromverbrauchs mit Solar-PV versorgen. Die Internationale Energieagentur geht davon aus, dass Solarenergie bis 2050 die weltweit größte Stromquelle sein wird. Solar- und konzentrierte Solarthermie tragen 16% bzw. 11% zur weltweiten Nachfrage bei.

Netzanschluss
Ein netzgekoppeltes System ist an ein größeres unabhängiges Netz (typischerweise das öffentliche Stromnetz) angeschlossen und speist Energie direkt in das Netz ein. Diese Energie kann von einem Wohn- oder Geschäftsgebäude vor oder nach dem Umsatzmesspunkt geteilt werden. Der Unterschied besteht darin, ob die Gutschrift der Energieerzeugung unabhängig vom Energieverbrauch des Kunden (Einspeisetarif) oder nur von der Differenz der Energie (Nettomessung) berechnet wird. Netzgekoppelte Systeme variieren in ihrer Größe von Wohngebäuden (2-10 kWp) bis zu Solarkraftwerken (bis zu 10 MWp). Dies ist eine Form der dezentralen Stromerzeugung. Die Einspeisung von Strom in das Netz erfordert die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom durch einen speziellen, synchronisierenden Wechselrichter. In Anlagen mit einer Kilowattgröße ist die DC-seitige Systemspannung so hoch wie zulässig (typischerweise 1000 V, mit Ausnahme von 600 V in den USA), um ohmsche Verluste zu begrenzen. Die meisten Module (60 oder 72 kristalline Siliziumzellen) erzeugen 160 W bis 300 W bei 36 Volt. Es ist manchmal notwendig oder wünschenswert, die Module teilweise parallel und nicht alle in Reihe zu verbinden. Ein Satz von Modulen, die in Reihe geschaltet sind, wird als “String” bezeichnet.

Andere Systeme
Dieser Abschnitt enthält Systeme, die entweder hochspezialisiert und ungewöhnlich sind oder noch eine aufkommende neue Technologie mit begrenzter Bedeutung sind. Allerdings nehmen Standalone- oder Off-Grid-Systeme einen besonderen Platz ein. Sie waren die üblichste Art von Systemen in den 1980er und 1990er Jahren, als die PV-Technologie immer noch sehr teuer war und ein reiner Nischenmarkt für kleine Anwendungen war. Nur dort, wo kein Stromnetz zur Verfügung stand, waren sie wirtschaftlich rentabel. Obwohl weltweit neue Stand-alone-Systeme in Betrieb sind, nimmt ihr Beitrag zur installierten Photovoltaik-Gesamtleistung ab. In Europa machen netzunabhängige Systeme 1 Prozent der installierten Kapazität aus. In den Vereinigten Staaten machen sie etwa 10 Prozent aus. Off-Grid-Systeme sind in Australien und Südkorea und in vielen Entwicklungsländern noch weit verbreitet.

CPV
Konzentrator-Photovoltaik (CPV) und Hochkonzentrator-Photovoltaik (HCPV) -Systeme verwenden optische Linsen oder gekrümmte Spiegel, um das Sonnenlicht auf kleine, aber hocheffiziente Solarzellen zu konzentrieren. CPV-Systeme nutzen neben konzentrierenden Optiken manchmal auch Solartracker und Kühlsysteme und sind teurer.

Besonders HCPV-Systeme eignen sich am besten für Standorte mit hoher Sonneneinstrahlung, bei denen das Sonnenlicht bis zu 400-mal oder mehr konzentriert wird, mit Wirkungsgraden von 24-28 Prozent, die die herkömmlicher Systeme übertreffen. Verschiedene Designs von CPV- und HCPV-Systemen sind im Handel erhältlich, aber nicht sehr häufig. Laufende Forschung und Entwicklung finden jedoch statt.
CPV wird oft mit CSP (concrete solar power) verwechselt, das keine Photovoltaik verwendet. Beide Technologien bevorzugen Standorte, die viel Sonnenlicht erhalten und direkt miteinander konkurrieren.

Hybrid
Ein Hybridsystem kombiniert PV mit anderen Erzeugungsformen, meist einem Dieselgenerator.Biogas wird auch verwendet. Die andere Form der Erzeugung kann eine Art sein, die in der Lage ist, die Leistungsabgabe als eine Funktion der Nachfrage zu modulieren. Es kann jedoch mehr als eine erneuerbare Energieform verwendet werden, z. B. Wind. Die photovoltaische Stromerzeugung dient dazu, den Verbrauch von nicht erneuerbaren Kraftstoffen zu reduzieren. Hybridsysteme werden am häufigsten auf Inseln gefunden. Pellworm Island in Deutschland und Kythnos Island in Griechenland sind beachtenswerte Beispiele (beide sind mit Wind kombiniert). Das Werk in Kythnos hat den Dieselverbrauch um 11,2% reduziert.

Im Jahr 2015 kam eine Fallstudie in sieben Ländern zu dem Ergebnis, dass in allen Fällen die Erzeugungskosten durch die Hybridisierung von Mini-Grids und isolierten Grids gesenkt werden können. Die Finanzierungskosten für solche Hybride sind jedoch entscheidend und hängen weitgehend von der Eigentümerstruktur des Kraftwerks ab. Während die Kostensenkungen für staatliche Versorgungsunternehmen erheblich sein können, ergab die Studie auch, dass die wirtschaftlichen Vorteile für nicht öffentliche Versorgungsunternehmen wie unabhängige Stromerzeuger unbedeutend oder sogar negativ sind.

Jüngste Arbeiten haben gezeigt, dass die PV – Penetrationsgrenze durch den Einsatz eines verteilten PV / KWK – Hybridsystems in den USA erhöht werden kann. Die zeitliche Verteilung der solaren Fluss -, Elektrizitäts – und Heizanforderungen für repräsentative US – Einfamilienhäuser wurde analysiert Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass eine Hybridisierung von KWK mit PV eine zusätzliche PV-Nutzung ermöglichen kann, die über dem liegt, was mit einem konventionellen zentralen Stromerzeugungssystem möglich ist. Diese Theorie wurde mit numerischen Simulationen unter Verwendung von Solarflussdaten pro Sekunde bestätigt, um zu bestimmen, dass die notwendige Batteriesicherung, um ein solches Hybridsystem bereitzustellen, mit relativ kleinen und kostengünstigen Batteriesystemen möglich ist. Darüber hinaus sind große PV + KWK-Systeme für institutionelle Gebäude möglich, die wiederum eine Unterstützung für intermittierende PV bereitstellen und die CHP-Laufzeit reduzieren.

PVT-Systeme (Hybrid PV / T), auch photovoltaisch-thermische Hybrid-Solarkollektoren genannt, wandeln Sonnenstrahlung in thermische und elektrische Energie um. Ein solches System kombiniert ein Solarmodul (PV) mit einem Solarthermiekollektor in einer komplementären Weise.
CPVT-System. Ein konzentriertes Photovoltaik-Hybrid-System (CPVT) ähnelt einem PVT-System.Anstelle der herkömmlichen PV-Technologie wird konzentrierte Photovoltaik (CPV) verwendet und mit einem solarthermischen Kollektor kombiniert.
CPV / CSP-System. Kürzlich wurde ein neuartiges Solar-CPV / CSP-Hybridsystem vorgeschlagen, das Konzentrator-Photovoltaik mit der Nicht-PV-Technologie von Concentrated Solar Power (CSP) oder auch als konzentrierte Solarthermie kombiniert.
PV-Diesel-System. Es kombiniert eine Photovoltaikanlage mit einem Dieselgenerator. Kombinationen mit anderen erneuerbaren Energien sind möglich und umfassen Windturbinen.

Schwimmende Solaranlagen
Schwimmende Solaranlagen sind PV-Anlagen, die auf der Oberfläche von Trinkwasserreservoirs, Steinbrüchen, Bewässerungskanälen oder Sanierungs- und Absetzbecken schwimmen. Diese Systeme werden “Floatovoltaik” genannt, wenn sie nur für die elektrische Produktion oder “Aquavoltaik” verwendet werden, wenn solche Systeme verwendet werden, um die Aquakultur synergistisch zu verbessern. Eine kleine Anzahl solcher Systeme gibt es in Frankreich, Indien, Japan, Südkorea, dem Vereinigten Königreich, Singapur und den Vereinigten Staaten.

Die Systeme sollen gegenüber der Photovoltaik an Land Vorteile haben. Die Kosten für Land sind teurer, und es gibt weniger Regeln und Vorschriften für Bauwerke, die auf Gewässern errichtet werden, die nicht zur Erholung genutzt werden. Im Gegensatz zu den meisten landgestützten Solaranlagen können schwimmende Arrays unauffällig sein, da sie der Öffentlichkeit verborgen sind.Sie erzielen höhere Wirkungsgrade als PV-Module an Land, weil Wasser die Paneele kühlt. Die Platten haben eine spezielle Beschichtung, um Rost oder Korrosion zu verhindern.

Im Mai 2008 hat das Far Niente Winery in Oakville, Kalifornien, das weltweit erste Photovoltaik-System entwickelt, indem es 994 Solar-PV-Module mit einer Gesamtleistung von 477 kW auf 130 Pontons installierte und diese auf dem Bewässerungsteich des Weinguts schwemmte. Der Hauptvorteil eines solchen Systems besteht darin, dass die Notwendigkeit vermieden wird, wertvolle Landfläche zu opfern, die für einen anderen Zweck genutzt werden könnte. Im Falle der Far Niente Winery wurden drei Viertel eines Acres gespart, die für ein landgestütztes System erforderlich gewesen wären. Ein weiterer Vorteil eines floatovoltaic Systems ist, dass die Paneele auf einer kühleren Temperatur als an Land gehalten werden, was zu einer höheren Effizienz der Umwandlung von Sonnenenergie führt. Das schwimmende PV-Array reduziert auch die Wasserverluste durch Verdunstung und hemmt das Algenwachstum.

PV-Kraftwerke im PV-Bereich werden in Betrieb genommen. Der multinationale Elektronik- und Keramikhersteller Kyocera wird die weltweit größte, 13,4 MW fassende Farm am Stausee über dem Yamakura-Staudamm in der Präfektur Chiba mit 50.000 Sonnenkollektoren entwickeln.Salzwasserresistente schwimmende Farmen werden ebenfalls für den Ozeaneinsatz in Thailand untersucht. Das bisher größte angekündigte Photovoltaik-Projekt ist ein 350-MW-Kraftwerk in der Amazonasregion Brasiliens.

Gleichstromnetz
Gleichstromnetze finden sich im Elektrotransport: Eisenbahnen und Oberleitungsbusse. Einige Pilotanlagen für solche Anwendungen wurden gebaut, wie zum Beispiel die Straßenbahndepots in Hannover Leinhausen mit Photovoltaik-Beitragern und Genf (Bachet de Pesay). Das 150-kWp-Werk in Genf speist 600 V Gleichstrom direkt in das Straßenbahn- / O-Bus-Stromnetz ein, während es bei seiner Eröffnung 1999 noch rund 15% des Stroms lieferte.

Eigenständige
Ein freistehendes oder netzunabhängiges System ist nicht an das Stromnetz angeschlossen.Standalone-Systeme variieren in Größe und Anwendung von Armbanduhren oder Taschenrechnern bis hin zu entfernten Gebäuden oder Raumfahrzeugen. Soll die Last unabhängig von Sonneneinstrahlung versorgt werden, wird die erzeugte Energie gespeichert und mit einer Batterie gepuffert. In nicht tragbaren Anwendungen, bei denen das Gewicht keine Rolle spielt, wie in Gebäuden, werden Bleiakkus aufgrund ihrer niedrigen Kosten und der Toleranz gegenüber Missbrauch am häufigsten verwendet.

Ein Ladesteuergerät kann in das System integriert werden, um eine Beschädigung der Batterie durch übermäßiges Laden oder Entladen zu vermeiden. Es kann auch helfen, die Produktion von der Solaranlage unter Verwendung einer Maximum-Power-Point-Tracking-Technik (MPPT) zu optimieren. Bei einfachen PV-Systemen, bei denen die PV-Modulspannung an die Batteriespannung angepasst ist, wird die Verwendung von MPPT-Elektronik im Allgemeinen als unnötig erachtet, da die Batteriespannung stabil genug ist, um eine nahezu maximale Leistungsaufnahme des PV-Moduls zu gewährleisten. In kleinen Geräten (zB Taschenrechner, Parkuhren) wird nur Gleichstrom (DC) verbraucht. In größeren Systemen (z. B. Gebäuden, entfernten Wasserpumpen) wird normalerweise Wechselstrom benötigt. Um den Gleichstrom von den Modulen oder Batterien in Wechselstrom umzuwandeln, wird ein Wechselrichter verwendet.

In landwirtschaftlichen Umgebungen kann das Array verwendet werden, um DC-Pumpen direkt zu speisen, ohne dass ein Inverter benötigt wird. In abgelegenen Gegenden wie Bergregionen, Inseln oder anderen Orten, an denen ein Stromnetz nicht verfügbar ist, können Solaranlagen als einzige Stromquelle genutzt werden, normalerweise durch Aufladen eines Akkumulators. Stand-Alone-Systeme beziehen sich eng auf Mikroerzeugung und dezentrale Erzeugung.

Pico PV-Systeme
Die kleinsten, oft tragbaren Photovoltaikanlagen heißen pico solar PV-Systeme oder pico solar. Sie kombinieren meistens einen Akku und einen Laderegler mit einem sehr kleinen PV-Panel. Die Nennkapazität des Panels beträgt nur wenige Wattspitzen (1-10 Wp) und seine Fläche weniger als ein Zehntel Quadratmeter oder ein Quadratfuß. Eine große Auswahl an verschiedenen Anwendungen kann solarbetrieben sein, wie Musikspieler, Ventilatoren, tragbare Lampen, Sicherheitslampen, Solarbeleuchtungskits, Solarlaternen und Straßenlampen (siehe unten), Telefonladegeräte, Radios oder sogar ein kleines 7-Zoll-LCD Fernseher, die mit weniger als zehn Watt laufen. Wie es bei der Stromerzeugung aus Pico Hydro der Fall ist, sind Pico PV-Systeme in kleinen, ländlichen Gemeinden nützlich, die nur eine geringe Menge Strom benötigen. Da sich die Effizienz vieler Geräte insbesondere durch den Einsatz von LED-Leuchten und effizienten Akkus deutlich verbessert hat, ist pico solar vor allem in den Entwicklungsländern zu einer bezahlbaren Alternative geworden. Das metrische Präfix pico- steht für ein Billionstel, um auf die Kleinheit der elektrischen Leistung des Systems hinzuweisen.

Solarstraßenlaternen
Solare Straßenbeleuchtungen heben Lichtquellen an, die durch Photovoltaik-Paneele angetrieben werden, die im Allgemeinen an der Beleuchtungsstruktur angebracht sind. Die Solaranlage eines solchen netzunabhängigen PV-Systems lädt eine wiederaufladbare Batterie, die während der Nacht eine fluoreszierende oder LED-Lampe antreibt. Solare Straßenbeleuchtungen sind autonome Stromversorgungssysteme und haben den Vorteil, dass sie trotz der höheren Anschaffungskosten im Vergleich zur herkömmlichen Straßenbeleuchtung Einsparungen bei den Kosten für Grabenaushub, Landschaftsgestaltung und Instandhaltung sowie bei den Stromrechnungen erzielen. Sie sind mit ausreichend großen Batterien ausgestattet, um den Betrieb für mindestens eine Woche zu gewährleisten, und selbst in der schlimmsten Situation werden sie nur leicht gedimmt.

Telekommunikation und Signalgebung
Solar-PV-Strom eignet sich ideal für Telekommunikationsanwendungen wie lokale Telefonzentrale, Radio- und Fernsehsendungen, Mikrowellen und andere Formen elektronischer Kommunikationsverbindungen. Dies liegt daran, dass in den meisten Telekommunikationsanwendungen Speicherbatterien bereits verwendet werden und das elektrische System im Wesentlichen Gleichstrom ist. In hügeligem und bergigem Gelände können Radio- und Fernsehsignale möglicherweise nicht ankommen, da sie aufgrund von hügeligem Gelände blockiert oder zurückgeworfen werden. An diesen Standorten sind Niederleistungssender installiert, um das Signal für die lokale Bevölkerung zu empfangen und erneut zu übertragen.

Solare Fahrzeuge
Solare Fahrzeuge, egal ob Boden-, Wasser-, Luft- oder Raumfahrzeuge, können einen Teil oder die gesamte für ihren Betrieb benötigte Energie von der Sonne beziehen. Oberflächenfahrzeuge benötigen im Allgemeinen höhere Leistungsniveaus, als sie von einer Solaranlage in praktischer Größe erhalten werden können, so dass eine Batterie dazu beiträgt, den Spitzenleistungsbedarf zu decken, und die Solaranlage sie wieder auflädt. Weltraumfahrzeuge haben seit Jahren erfolgreich Solar-Photovoltaikanlagen eingesetzt, wodurch das Gewicht von Treibstoff oder Primärbatterien entfällt.

Solarpumpen
Eine der kosteneffektivsten Solaranwendungen ist eine solarbetriebene Pumpe, da es viel billiger ist, ein Solarpanel zu kaufen, als Stromleitungen zu betreiben. Sie erfüllen häufig den Bedarf an Wasser außerhalb der Reichweite von Stromleitungen und ersetzen eine Windmühle oder Windpumpe. Eine häufige Anwendung ist das Füllen von Viehtränken, damit weidende Rinder trinken können. Eine weitere Möglichkeit ist das Nachfüllen von Trinkwasserspeichern in abgelegenen oder autarken Wohnungen.

Raumfahrzeug
Seit der Einführung von Vanguard 1 im Jahr 1958, dem ersten Satelliten zur Nutzung von Solarzellen, sind Sonnenkollektoren auf Raumfahrzeugen eine der ersten Anwendungen der Photovoltaik. Im Gegensatz zu Sputnik, dem ersten künstlichen Satelliten, der den Planeten umkreiste, dessen Batterien aufgrund des Mangels an Solarenergie innerhalb von 21 Tagen ausgingen, sind die meisten modernen Kommunikationssatelliten und Raumsonden im inneren Sonnensystem auf die Verwendung von Sonnenkollektoren angewiesen leiten Sie Elektrizität vom Sonnenlicht ab.

Kosten und Wirtschaftlichkeit
Die Kosten für die Herstellung von photovoltaischen Zellen sind aufgrund von Größenvorteilen in der Produktion und technologischen Fortschritten in der Herstellung gesunken. Bei Großanlagen waren bis 2012 Preise unter 1 US-Dollar pro Watt üblich. In Europa wurde von 2006 bis 2011 ein Preisrückgang von 50% erreicht, und es besteht das Potenzial, die Erzeugungskosten bis 2020 um 50% zu senken Zellen wurden weitgehend durch weniger teure multikristalline Silizium-Solarzellen ersetzt, und Dünnfilm-Silizium-Solarzellen wurden ebenfalls in jüngster Zeit zu geringeren Produktionskosten entwickelt. Obwohl sie in der Energieumwandlungseffizienz von einkristallinen “Siwafern” reduziert sind, sind sie auch viel leichter zu vergleichsweise niedrigeren Kosten herzustellen.

Die folgende Tabelle zeigt die Gesamtkosten in US-Cent pro kWh Strom, die von einer Photovoltaikanlage erzeugt werden. Die Zeilenüberschriften links zeigen die Gesamtkosten pro Kilowatt (kWp) einer Photovoltaikanlage. Die Kosten für Photovoltaikanlagen sind rückläufig und sollen zum Beispiel in Deutschland bis Ende 2014 auf USD 1389 / kWp gesunken sein. Die Spaltenüberschriften beziehen sich auf den jährlichen Energieoutput in kWh, der von jeder installierten kWp erwartet wird. Dies hängt von der geographischen Region ab, da die durchschnittliche Sonneneinstrahlung von der durchschnittlichen Bewölkung und der Dicke der vom Sonnenlicht durchflossenen Atmosphäre abhängt. Es hängt auch von dem Weg der Sonne in Bezug auf die Platte und den Horizont ab. Die Platten werden normalerweise in einem Winkel montiert, der auf dem Breitengrad basiert, und oft werden sie saisonal angepasst, um die sich ändernde Deklination der Sonne zu erfüllen. Die Sonnennachführung kann auch dazu verwendet werden, um noch mehr senkrecht stehendes Sonnenlicht zu erreichen, wodurch die gesamte Energieabgabe erhöht wird.

Die berechneten Werte in der Tabelle spiegeln die Gesamtkosten in Cent pro produzierter kWh wider. Sie gehen von 10% Gesamtkapitalkosten aus (z. B. 4% Zinsen, 1% Betriebs- und Instandhaltungskosten und Abschreibung der Kapitalaufwendungen über 20 Jahre). Normalerweise haben Photovoltaik-Module eine Garantie von 25 Jahren.

Kosten der erzeugten Kilowattstunde durch ein PV-System (US ¢ / kWh)
abhängig von der Sonneneinstrahlung und den Installationskosten während 20 Betriebsjahren
Installation
Kosten in
$ pro Watt
Insolation jährlich erzeugte Kilowattstunden pro installierter kW-Leistung (kWh / kWp • y)
2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800
$ 0,20 0.8 0.9 1.0 1.1 1.3 1.4 1.7 2.0 2.5
0,60 $ 2.5 2.7 3.0 3.3 3.8 4.3 5.0 6.0 7.5
1,00 $ 4.2 4.5 5.0 5.6 6.3 7.1 8.3 10.0 12.5
1,40 $ 5.8 6.4 7.0 7.8 8.8 10.0 11.7 14.0 17.5
1,80 $ 7.5 8.2 9.0 10.0 11.3 12.9 15.0 18.0 22.5
2,20 $ 9.2 10.0 11.0 12.2 13.8 15.7 18.3 22.0 27.5
2,60 $ 10.8 11.8 13.0 14.4 16.3 18.6 21.7 26.0 32.5
3,00 $ 12.5 13.6 15.0 16.7 18.8 21.4 25.0 30.0 37.5
3,40 $ 14.2 15.5 17.0 18.9 21.3 24.3 28.3 34.0 42.5
3,80 $ 15.8 17.3 19.0 21.1 23.8 27.1 31.7 38.0 47.5
4,20 $ 17.5 19.1 21.0 23.3 26.3 30.0 35.0 42.0 52.5
4,60 $ 19.2 20.9 23.0 25.6 28.8 32.9 38.3 46.0 57.5
5,00 $ 20.8 22.7 25.0 27.8 31.3 35.7 41.7 50.0 62.5
USA Japan Deutschland Kleine Aufdachanlage Kosten und durchschn. Sonneneinstrahlung auf Datentabelle angewendet, im Jahr 2013

Anmerkungen:

  1. Kosten pro Watt für Dachsystem im Jahr 2013: Japan 4,64 $, USA 4,92 $ und Deutschland 2,05 $
  2. Erzeugte Kilowattstunde pro installiertem Watt-Peak, bezogen auf die durchschnittliche Sonneneinstrahlung für Japan (1500 kWh / m² / Jahr), USA (5,0 bis 5,5 kWh / m² / Tag) und Deutschland (1000 bis 1200 kWh / m² / Jahr) .
  3. Eine Studie des Fraunhofer ISE aus dem Jahr 2013 kommt zu dem Schluss, dass die LCOE-Kosten für ein kleines PV-System 0,16 US-Dollar (0,12 Euro) und nicht 0,22 US-Dollar pro Kilowattstunde betragen, wie in Tabelle (Deutschland) dargestellt.

Systemkosten 2013
Die International Energy Agency (IEA) hat in ihrer Ausgabe 2014 des Berichts “Technology Roadmap: Solar Photovoltaic Energy” für acht große Märkte im Jahr 2013 Preise in US-Dollar pro Watt für private, kommerzielle und großtechnische PV-Anlagen veröffentlicht.

USD / W Australien China Frankreich Deutschland Italien Japan Großbritannien Vereinigte Staaten
Wohn 1.8 1.5 4.1 2.4 2.8 4.2 2.8 4.9
Kommerziell 1.7 1.4 2.7 1.8 1.9 3.6 2.4 4.5
Utility-Maßstab 2.0 1.4 2.2 1.4 1.5 2.9 1.9 3.3
Quelle : IEA – Technologie-Roadmap: Bericht über die solare photovoltaische Energie

Photovoltaikanlagen weisen eine Lernkurve in Bezug auf die Stromgestehungskosten (LCOE) auf und reduzieren ihre Kosten pro kWh um 32,6% für jede Verdopplung der Kapazität. Aus den Daten der Stromgestehungskosten und der kumulierten installierten Kapazität der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) von 2010 bis 2017 wird die Lernkurvengleichung für Photovoltaikanlagen angegeben

Stromgestehungskosten: Stromgestehungskosten (in USD / kWh)
Kapazität: kumulierte installierte Kapazität von Photovoltaikanlagen (in MW)

Verordnung
Standardisierung
Die zunehmende Nutzung von Photovoltaikanlagen und die Integration von Photovoltaik in bestehende Strukturen und Techniken der Versorgung und Verteilung erhöht den Wert allgemeiner Standards und Definitionen für photovoltaische Komponenten und Systeme. Die Normen sind bei der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) zusammengestellt und gelten für die Effizienz, Dauerhaftigkeit und Sicherheit von Zellen, Modulen, Simulationsprogrammen, Steckverbindern und Kabeln, Montagesystemen, Gesamtwirkungsgrad von Wechselrichtern usw.

Planung und Genehmigung
Während Artikel 690 des National Electric Code allgemeine Richtlinien für die Installation von Photovoltaikanlagen enthält, können diese Richtlinien durch lokale Gesetze und Vorschriften ersetzt werden. Häufig ist eine Genehmigung erforderlich, die vor Beginn der Arbeiten Planeinreichungen und strukturelle Berechnungen erfordert. Darüber hinaus erfordern viele Ländereinstellungen, dass die Arbeiten unter der Anleitung eines lizenzierten Elektrikers ausgeführt werden. Erkundigen Sie sich bei der lokalen Stadt / Gemeinde AHJ (Behörde mit Gerichtsstand), um die Einhaltung aller geltenden Gesetze oder Vorschriften sicherzustellen.

In den Vereinigten Staaten wird die Authority Having Jurisdiction (AHJ) Entwürfe prüfen und Genehmigungen erteilen, bevor der Bau rechtmäßig beginnen kann. Elektrische Installationspraktiken müssen den im National Electrical Code (NEC) festgelegten Normen entsprechen und vom AHJ überprüft werden, um die Einhaltung der Bauvorschriften, des Elektrocodes und des Brandschutzcodes zu gewährleisten. Jurisdiktionen können erfordern, dass das Gerät von mindestens einem der National Recognized Testing Laboratories (NRTL) getestet, zertifiziert, aufgelistet und gekennzeichnet wurde. Trotz des komplizierten Installationsprozesses zeigt eine aktuelle Liste von Solarunternehmen, dass die Mehrheit der Installationsfirmen seit dem Jahr 2000 gegründet wurde.

Nationale Vorschriften

Großbritannien
Im Vereinigten Königreich gelten PV-Anlagen im Allgemeinen als zulässige Entwicklung und erfordern keine Baugenehmigung. Wenn das Grundstück in einer ausgewiesenen Gegend (Nationalpark, Gebiet von außergewöhnlicher natürlicher Schönheit, Gebiet von besonderem wissenschaftlichen Interesse oder Norfolk Broads) aufgeführt ist, ist eine Baugenehmigung erforderlich.

Vereinigte Staaten
In den USA benötigen viele Orte eine Genehmigung für die Installation einer Photovoltaikanlage. Ein netzgebundenes System erfordert normalerweise einen zugelassenen Elektriker, um die Verbindung zwischen dem System und der netzgekoppelten Verkabelung des Gebäudes herzustellen.Installateure, die diese Qualifikationen erfüllen, sind in fast jedem Staat angesiedelt. Der Bundesstaat Kalifornien verbietet Hausbesitzerverbänden, Solaranlagen einzuschränken.

Spanien
Obwohl Spanien rund 40% seines Stroms über Photovoltaik und andere erneuerbare Energiequellen erzeugt und Städte wie Huelva und Sevilla über fast 3.000 Sonnenstunden pro Jahr verfügen, hat Spanien eine Solarsteuer für die durch die Investition von die spanische Regierung. Wer nicht ans Netz geht, kann mit einer Geldstrafe von 30 Millionen Euro rechnen.

Einschränkungen

Verschmutzung und Energie in der PV-Produktion
PV ist eine bekannte Methode zur Erzeugung sauberen, emissionsfreien Stroms. PV-Anlagen bestehen häufig aus PV-Modulen und Wechselrichtern (Wechsel von Gleichstrom zu Wechselstrom).PV-Module bestehen hauptsächlich aus PV-Zellen, was keinen wesentlichen Unterschied zum Material für die Herstellung von Computerchips darstellt. Der Prozess der Herstellung von PV-Zellen (Computerchips) ist energieintensiv und beinhaltet hochgiftige und umweltgiftige Chemikalien.Weltweit produzieren nur wenige PV-Fabriken PV-Module mit Energie aus PV. Diese Maßnahme reduziert den CO2-Fußabdruck während des Herstellungsprozesses erheblich. Die Handhabung der im Herstellungsprozess verwendeten Chemikalien unterliegt den lokalen Gesetzen und Vorschriften der Fabriken.

Auswirkungen auf das Stromnetz
Mit den steigenden Niveaus der Dachphotovoltaiksysteme wird der Energiefluß 2-way. Wenn es mehr lokale Erzeugung als Verbrauch gibt, wird Strom ins Netz exportiert. Das Stromnetz ist jedoch traditionell nicht auf den 2-Wege-Energietransfer ausgelegt. Daher können einige technische Probleme auftreten. Zum Beispiel gab es in Queensland, Australien, bis Ende 2017 mehr als 30% der Haushalte mit PV auf dem Dach. Die berühmte kalifornische 2020-Enten-Kurve erscheint ab 2015 für viele Gemeinden sehr häufig. Ein Überspannungsproblem kann auftreten, wenn der Strom von diesen PV-Haushalten zurück zum Netzwerk fließt. Es gibt Lösungen, um das Problem der Überspannung zu bewältigen, wie zum Beispiel Regulierung des PV-Wechselrichter-Leistungsfaktors, neue Spannungs- und Energiesteuergeräte auf der Stromverteiler-Ebene, Neuleitung der Elektrizitätsleitungen, Nachfrageseite usw. Es gibt oft Einschränkungen und Kosten diese Lösungen.

Auswirkungen auf das Stromabrechnungsmanagement und die Energieinvestitionen
Es gibt keinen Königsweg bei der Strom- oder Energienachfrage und beim Rechnungsmanagement, da Kunden (Standorte) unterschiedliche spezifische Situationen haben, z. B. unterschiedliche Komfort- / Komfortbedürfnisse, unterschiedliche Stromtarife oder unterschiedliche Nutzungsmuster.Der Stromtarif kann einige Elemente enthalten, wie etwa den täglichen Zugang und die Zählergebühr, die Energiegebühr (basierend auf kWh, MWh) oder die Spitzenlast (z. B. ein Preis für den höchsten Energieverbrauch von 30 Minuten pro Monat). PV ist eine vielversprechende Option zur Senkung der Energiekosten, wenn der Strompreis relativ hoch ist und kontinuierlich steigt, wie in Australien und Deutschland. Für Standorte mit einer Spitzennachfrage ist die PV jedoch weniger attraktiv, wenn der Spitzenbedarf meist am späten Nachmittag bis zum frühen Abend auftritt, beispielsweise in Wohngebieten. Insgesamt sind Energieinvestitionen weitgehend eine wirtschaftliche Entscheidung, und es ist besser, Investitionsentscheidungen auf der Grundlage einer systematischen Bewertung der Optionen in den Bereichen Betriebsverbesserung, Energieeffizienz, Erzeugung vor Ort und Energiespeicherung zu treffen.