Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie mit Hilfe von Solarzellen. Dabei kann das direkt auf die Erdoberfläche auftreffende Sonnenlicht ebenso genutzt werden wie die an Wolken, Staubteilchen und anderen Gegenständen reflektierte diffuse Strahlung. Auf Pellworm übernimmt die bestehende Photovoltaikanlage die Rolle eines Reservesystems bei Windflauten.




ZELLENPOWER

Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?

Der photovoltaische Effekt in Solarzellen bewirkt die Umwandlung des Lichtes in elektrischen Strom – im Gegensatz zu solarthermischen Anlagen, deren Sonnenkollektoren das Licht in Wärme umwandeln. Die Spannung einer einzelnen Zelle ist für die meisten Fälle der Stromversorgung zu niedrig, so dass mehrere Zellen zu Modulen zusammengeschaltet werden. Im kleinen sind uns Photovoltaikanlagen beispielsweise durch Taschenrechner oder Parkuhren bekannt. Charakteristisch für leistungsstarke Anlagen sind lange Reihen von Modulen, auf den ergiebigsten Sonnenstand ausgerichtet. Neben der flächigen Ausführung gibt es sie mittlerweile auch als gekrümmte "Röhren". Diese richten sich nach der Sonne und lassen beispielsweise das in der Krümmung angesammelte Wasser durch eine automatische Drehung abfliessen. Die Photovoltaikanlage auf Pellworm gehört zu den klassischen mit flachen Kollektoren und umfasst insgesamt 8.000 m2 Solarzellen.

Aus Licht wird Strom

Die dort verwendeten Solarzellen sind aus einem Halbleiterwerkstoff aus Silizium (dem nach Sauerstoff zweithäufigsten Element der Erde) gewonnene Scheiben mit zwei Schichten: einer relativ dicken, positiven und leitenden Schicht, versetzt mit Phosphor, und einer sehr dünnen, negativen leitenden Schicht, versetzt mit Bor. Trifft Licht auf die Solarzelle, entsteht zwischen diesen beiden Schichten ein elektrisches Feld. Dieses setzt die vom Sonnenlicht erzeugten Ladungsträger in Bewegung und einen Stromfluss in Gang. Die beiden elektrisch positiv und negativ leitenden Bereiche der Solarzelle sind durch eine elektrische Leitung miteinander verbunden – Gleichstrom fliesst. Ein Wechselrichter (sog. Inverter, also Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler) wandelt diesen Gleichstrom für den Wechselstrom-Anschluss an das öffentliche Netz in Wechselstrom um, ähnlich wie dies auch bei den Windkraftanlagen geschieht.

Wer eine Photovoltaikanlage betreibt, muss sich auf eine der beiden Betriebsarten Inselbetrieb (A) oder Netzeinspeisung (B) festlegen.

 

 
 


Alternative: privater oder öffentlicher Strom

Beim Inselbetrieb besteht keine Verbindung zum öffentlichen Stromnetz, der in der Solarzelle gewonnene Gleichstrom wird in einer Batterie gespeichert. Bei Bedarf wird der Gleichstrom über einen Wechselrichter geführt, in Wechselstrom umgewandelt und kann erst dann genutzt werden. Sollte mehr Strom benötigt werden, als über die Batterie abgerufen werden kann, steht Inselbetrieben ein Notstromaggregat zur Verfügung. Inselbetriebe sind also, wie der Name vermuten lässt, in sich geschlossene Systeme für begrenzte Gebiete, z.B. eine Ansammlung von Dörfern, mit einem eingebauten Notfallhelfer, dem Stromaggregat. Bei netzgekoppelten Anlagen fliesst der aus den Solarzellen stammende Gleichstrom über einen Wechselrichter direkt ins Netz und kann sofort verbraucht werden. Zwei verschiedene Zähler sorgen dafür, dass sowohl momentan nicht benötigter Wechselstrom an das öffentliche Netz abgegeben als auch im Bedarfsfall wieder aus dem öffentlichen Netz Strom bezogen werden kann.



Zwergenhaft? Europas grösstes Hybridkraftwerk!

Auf Pellworm wird Europas grösstes Photovoltaik- und Windkraft-Hybridkraftwerk betrieben. Die Ursprünge reichen mittlerweile über 15 Jahre zurück: Die erste Photovoltaikanlage wurde schon 1983 mit einer Gesamtleistung von 300 Kilowatt installiert. Sie ist seit 1989 ausser Betrieb und soll saniert werden. An der Anlage wird im übrigen neben den bekannten Vorteilen wie technische Ausgereiftheit, Zuverlässigkeit, Wartungsarmut und ökologische sowie sicherheitstechnische Unbedenklichkeit ein Nachteil dieser Form der Energiegewinnung deutlich: die begrenzte Nutzungsdauer.

Ausbaustufen

Eine zweite Anlage wurde 1992 errichtet, ebenfalls mit einer Gesamtleistung von 300 kW. Die durchschnittliche Jahresleistung beträgt 225 MWh. In der weiteren Entwicklung des Hybridkraftwerkes sieht das Energiekonzept Pellworm zwei Ausbaustufen vor: In der ersten Ausbaustufe soll die erste Anlage saniert und wieder in Betrieb genommen werden. In der zweiten Ausbaustufe soll eine weitere Anlage mit einer Leistung von noch einmal 300 kW errichtet werden, so dass man eine Gesamtleistung der ganzen Anlage von 900 kW erreicht. Die gesamte Anlage könnte somit zur Stromversorgung mit einer durchschnittlichen Jahresleistung von 770 MWh beitragen.

Reservesystem für Flautenzeiten

Im Energiekonzept für Pellworm übernimmt die Photovoltaikanlage ebenfalls die Rolle eines Reservesystems bei den mit 74 Stunden ermittelten längsten Windflauten. Vergleicht man die installierte Leistung der Photovoltaikanlage (900 kW) nach der zweiten Ausbaustufe mit den Mittelwerten der Last ohne Nachtstrom (630 kW), so kann an Tagen mit guter Solarstrahlung die Verbraucherleistung von der Photovoltaikanlage gedeckt werden.

Nachteile

Die Nachteile einer Photovoltaikanlage wie der auf Pellworm sind neben dem relativ hohen Flächenverbrauch zur Installation und der begrenzten Nutzungsdauer auch die mit 1,50 bis 2,00 DM hohen Kosten für 1 kWh Strom.

 
 
 

Konzept, Gestaltung und Programmierung: Medienbüro Barke & Partner, Köln. info@barke-und-partner.de