Banner

SOLARE WERTSCHÖPFUNGSKETTE

Bevor ein Solarmodul Sonnenlicht in Elektrizität umwandeln kann, durchläuft es einen mehrstufigen Fertigungsprozess. Zunächst muss Silizium aus Sand gewonnen werden. Dieses wird anschließend eingeschmolzen und in Blöcke, sogenannte Ingots, geformt. Diese Blöcke werden wiederum in Scheiben mit nur wenigen Millimetern Dicke geschnitten, die Wafer. Im nächsten Schritt werden die Wafer beschichtet, um Solarzellen zu fertigen, die anschließend zu Solarmodulen zusammengeschlossen werden.


Silizium

Als zweithäufigstes Element der Erdkruste steht Silizium nahezu unbegrenzt zur Verfügung. In der Natur kommt es ausschließlich als Oxid vor, entweder in der Form Siliziumdioxid oder als siliziumhaltige Mineralien. Sand und Quarz bestehen daher hauptsächlich aus Siliziumdioxid. Im industriellen Maßstab wird elementares Silizium durch Reduktion von Siliziumdioxid mit Kohle in einem Schmelzofen bei Temperaturen von etwa 2.000 °C gewonnen. Für die Produktion von Solarzellen muss dieses Rohsilizium weiter gereinigt werden, um Solarsilizium zu erhalten.


Solarwafer

In einem zweiten Arbeitsschritt erfolgt die Fertigung der Solarwafer aus dem Solarsilizium. Dafür wird das Silizium bei Temperaturen von mehr als 1.400 °C eingeschmolzen und in Blöcke bzw. Ingots gegossen. Für den Schmelzprozess kann entweder das Monokristallin- oder das Polykristallinverfahren verwendet werden. Bei der Herstellung von monokristallinen Wafern wird aus der Siliziumschmelze nur ein einziger Kristall gewonnen. Im polykristallinen Verfahren lässt man die flüssige Siliziumschmelze erstarren, sodass sich tausende kleiner Kristalle zu einem Block formen. Die Blöcke werden anschließend in Säulen mit quadratischer Grundfläche geschnitten, aus denen mittels Drahtsäge oder Laser sehr dünne Wafer geschnitten werden.


Solarzellen

Durch Bearbeitung und Beschichtung der Oberflächen werden aus den Wafern Solarzellen. Die Zellen besitzen jetzt bereits alle technischen Eigenschaften, die benötigt werden, um Sonnenlicht in elektrische Energie zu verwandeln. Sie bilden das grundlegende Element eines Solarmoduls. Eine Solarzelle besteht aus zwei Siliziumschichten. An der Schnittstelle der beiden Schichten bildet sich ein elektrisches Feld. Physikalische Prozesse, die durch auftreffendes Licht ausgelöst werden, sorgen dafür, dass zwischen den auf den Siliziumschichten aufgebrachten Metallkontakten elektrische Energie fließt. Die durchschnittliche Effizienz, d. h. die Fähigkeit, Solarenergie in elektrische Energie umzuwandeln, beträgt bei heutigen Solarzellen etwa 18 Prozent.


Solarmodule

In einem letzten Arbeitsschritt werden die Solarzellen zu Solarmodulen kombiniert. Solarenergiemodule bilden das Solar-Endprodukt für die solare Stromerzeugung. Die Module werden für ihre Wetterbeständigkeit in Rahmen eingefasst und abgekapselt. In den Modulen wird Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt. Dabei wird zwischen monokristallinen und polykristallinen Modulen unterschieden. PV-Module aus monokristallinen Solarzellen sind effizienter und eignen sich daher insbesondere für kleinere Dächer.



Photovoltaiksysteme

Photovoltaiksysteme wandeln das elektromagnetische Spektrum von Sonnenlicht in elektrischen Strom um. Zentrales Element sind dabei die Solarzellen, die wiederum zu Modulen kombiniert werden. Der Photonenbeschuss durch auftreffendes Licht verursacht eine Trennung von positiven und negativen Ladungen. Wenn zwischen den Ladezonen eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird, fließt elektrischer Strom. Je nach Größe und Typ des Systems werden die individuellen Solarmodule zu sogenannten „Strängen“ in Reihe geschaltet. Die Spannungen der einzelnen Module verhalten sich dabei additiv. Die Solarmodule werden in der Regel auf einer Substruktur montiert, die die Module idealerweise so an der Sonne ausrichtet, dass im Verlauf des Jahres die höchstmögliche oder eine möglichst gleichmäßige Energieausbeute erreicht wird. Die Substruktur kann auch so konzipiert sein, dass sie die Bewegung der Sonne nachvollzieht, um die Energieausbeute zu optimieren. Über einen Wechselrichter wird der erzeugte Gleichstrom anschließend in Wechselstrom umgewandelt, in das nationale Netz eingespeist oder direkt vor Ort verbraucht.


Formen photovoltaischer Systeme


  • Dachanlagen für Wohnhäuser

Die häufigste Form einer PV-Anlage sind private Dachanlagen, bei denen das vorhandene Gebäude die Substruktur für das Photovoltaiksystem trägt. Gleichzeitig kann die Neigung des Dachs die Ausrichtung des PV-Systems optimieren, die anderenfalls über zusätzliche bauliche Maßnahmen zu erreichen wäre. Der Betreiber des Systems kann die Leistung verkaufen und in das nationale Netz einspeisen oder alternativ selber verbrauchen. Im Allgemeinen lässt sich mit einer 5-kWp-Photovoltaikanlage, die etwa 40 bis 50 Quadratmeter Dachfläche in Anspruch nimmt, die Elektrizität produzieren, die für einen durchschnittlichen Haushalt in der EU benötigt wird.


  • Vollständig integriertes System

Ein vollständig integriertes System ist ein System, bei dem die Photovoltaikanlage Teile der äußeren Hülle des Gebäudes, d. h. die Fassade oder die Dachabdeckung ersetzt. Der Vorteil liegt darin, dass der Platz, der von den Dach- oder Fassadenbauteilen sowieso benötigt wird, jetzt durch Elemente des PV-Systems eingenommen wird. Zudem sprechen auch ästhetische Argumente für einen derartigen Gebäudeansatz, weil sich die Elemente farblich an herkömmliche Dachabdeckungen anpassen lassen und optisch weniger auffällig sind als die ansonsten üblicherweise auf dem Dach montierten Systeme. Auch in diesem Fall wird die Leistung entweder in das nationale Netz eingespeist oder direkt vor Ort verbraucht.


  • Industrielle Dachanlagen

Industrielle oder kommerzielle Dachanlagensysteme sind normalerweise größere Photovoltaiksysteme, die auf industriellen oder kommerziellen Gebäuden wie Lager- oder Kühlhallen angebracht werden. Weil die Dächer industrieller Gebäude meist flach sind, wird für diese Systeme eine System- und Rahmentechnologie benötigt, über die sie sich optimal an der Sonne ausrichten lassen. Der auf diese Weise erzeugte Strom wird vom Betreiber des Industriegebäudes oft sofort vor Ort verbraucht. Es ist jedoch auch hier nichts Ungewöhnliches, wenn die Energie in das nationale Netz eingespeist wird.


  • Freiflächenanlagen

Freiflächenanlagen sind Photovoltaikanlagen, die nicht auf einem Gebäude montiert sind, sondern sich an einem unbebauten Standort auf dem Boden befinden. Eine Freiflächenanlage kann aus einer festen Installation bestehen, bei der eine Substruktur verwendet wird, um die Photovoltaikmodule in einem bestimmten Winkel zur Sonne auszurichten. Neben fest installierten Freiflächenanlagen gibt es außerdem sogenannte nachgeführte Anlagen, die der Position der Sonne folgen (also nachgeführt werden). Bei Freiflächenanlagen handelt es sich häufig um große Installationen, deren Energieerzeugung im mehrstelligen Megawatt-Bereich liegt. Ihre Betreiber sind häufig professionelle Stromversorger. Freiflächenanlagen können auch installiert werden, um ein Industrieunternehmen mit Strom zu versorgen. In diesem Fall schließen der Besitzer des Industrieunternehmens und der Betreiber der Freiflächenanlage einen Vertrag über die Abnahme des erzeugten Stroms ab.