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Fotovoltaik
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Unter Fotovoltaik (auch Photovoltaik) versteht man die Umwandlung von Strahlungsenergie, vornehmlich Sonnenenergie, in elektrische Energie. Sie ist seit 1958 zunächst in der Energieversorgung von Weltraumsatelliten mittels Solarzellen im Einsatz. Mittlerweile wird sie zur Stromerzeugung auf der ganzen Welt eingesetzt und findet Anwendung auf Dachflächen, bei Parkscheinautomaten, an Schallschutzwänden oder auf Freiflächen. Der Name setzt sich aus den Bestandteilen Photos - das griechische Wort für Licht - und Volta - nach Alessandro Volta, einem Pionier der Elektrotechnik - zusammen. Die Fotovoltaik gilt als Teilbereich der umfassenderen Solartechnik, die auch andere technische Nutzungen der Sonnenenergie einschließt.
Inhaltsverzeichnis
* 1 Technische Beschreibung
* 2 Leistung
* 3 Wirkungsgrad
* 4 Potenzial
* 5 Grid Parity
* 6 Integration in das Stromnetz
o 6.1 Schwankung des Angebots
o 6.2 Konformität zum Verbrauch
o 6.3 Übertragung
o 6.4 Speicherung
o 6.5 Versorgungssicherheit
* 7 Kosten
o 7.1 Investitionskosten
* 8 Stromgestehungskosten
o 8.1 Allgemein
o 8.2 Vergleich mit konventioneller Erzeugung über den Einsatzzeitraum
+ 8.2.1 1. Stromgestehungskosten im ersten Betriebsjahr
+ 8.2.2 2. Stromgestehungskosten im elften Betriebsjahr
+ 8.2.3 3. Stromgestehungskosten im zwanzigsten Betriebsjahr
+ 8.2.4 4. Stromgestehungskosten im einundzwanzigsten Betriebsjahr
o 8.3 Vergleich über Finanzierungskosten und Einstrahlung
o 8.4 Vermiedene Kosten
o 8.5 Aktuelle Situation der Preisentwicklung
o 8.6 Einspeisevergütung
* 9 Installationen, Exportraten und weltweit führende Hersteller
* 10 Geschichte der Fotovoltaik
* 11 Siehe auch
* 12 Quellen
* 13 Literatur
* 14 Weblinks
Technische Beschreibung
Parkscheinautomat als fotovoltaisches Inselsystem
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Parkscheinautomat als fotovoltaisches Inselsystem
Die als Licht und Wärme auf die Erde auftreffende Menge an Sonnenenergie (1,5 x 1018 kWh / Jahr) ist 15.000 mal höher als der Primärenergieverbrauch (Stand 2006, 1,0 x 1014 kWh / Jahr) der Menschheit. Der Lichtenergieeintrag durch die Sonne beträgt pro Jahr etwa 1,1 · 1018 kWh. Diese Strahlungsenergie kann fotovoltaisch direkt in Elektrizität umgewandelt werden, ohne dass Nebenprodukte wie Abgase (beispielsweise Kohlendioxid) entstehen. Der Wellenlängenbereich der auftreffenden und wandelbaren elektromagnetischen Strahlung reicht vom kurzwelligen, nicht sichtbaren Ultraviolett (UV) über den sichtbaren Bereich (Licht) bis weit in den langwelligeren infraroten Bereich (Wärmestrahlung) hinein. Bei der Umwandlung wird der fotoelektrische Effekt ausgenutzt.
Die Energiewandlung findet mit Hilfe von Solarzellen, die zu so genannten Solarmodulen verbunden werden, in Fotovoltaikanlagen statt. Die erzeugte Elektrizität kann entweder vor Ort genutzt, in Akkumulatoren gespeichert oder in Stromnetze eingespeist werden.
Bei Einspeisung der Energie in das öffentliche Stromnetz wird die von den Solarzellen erzeugte Gleichspannung von einem Wechselrichter in Wechselspannung umgewandelt.
Mitunter wird eine alleinige Energieversorgung mittels Fotovoltaik in Inselsystemen realisiert. Um hier kontinuierlich Energie zur Verfügung zu stellen, muss die Energie gespeichert werden. Bekannte, akkumulatorgepufferte Inselsysteme sind Parkuhrsysteme, die sich häufig in größeren Städten finden.
Die fotovoltaische Energiewandlung ist wegen der Herstellungskosten der Solarmodule im Vergleich zu herkömmlichen Kraftwerken deutlich teurer, wobei allerdings große Teile der Folgekosten der konventionellen Energiewandlung nicht in die heutigen Energiepreise mit eingehen. Das stark schwankende Strahlungsangebot erschwert den Einsatz der Fotovoltaik. Die Strahlungsenergie schwankt vorhersehbar tages- und jahreszeitlich bedingt, sowie täglich abhängig von der Wetterlage. Beispielsweise kann eine fest installierte Solaranlage in Deutschland im Juli einen gegenüber dem Dezember bis zu fünfmal höheren Ertrag bringen. Sinnvoll einsetzbar ist die fotovoltaische Energiewandlung als ein Baustein in einem Energiemix verschiedener Energiewandlungsprozesse. Ohne die Möglichkeit einer wirtschaftlichen Energiespeicherung im großen Maßstab werden hierbei konventionelle Elektrizitätswerke nicht völlig zu ersetzen sein. Allerdings haben das Stromeinspeisegesetz und insbesondere das Erneuerbare-Energien-Gesetz zu einem Boom bei der Errichtung von Fotovoltaikanlagen in Deutschland geführt. So wurde Ende Juni 2005 die Schwelle von 1.000 MW installierter elektrischer Leistung von Fotovoltaikanlagen überschritten, das entspricht einem großen konventionellen Kraftwerk und bedeutet eine Verhundertfachung in den letzten 10 Jahren.
Leistung
Die Nennleistung in der Fotovoltaik wird in Wp (Wattpeak) beziehungsweise kWp angegeben. "peak" (engl. Höchstwert, Spitze) bezieht sich auf die Leistung bei Testbedingungen, die dem Alltagsbetrieb nicht direkt entsprechen. Es handelt sich dabei auch nicht um die Leistung der Zelle oder des Moduls bei höchster Sonneneinstrahlung. Die Testbedingungen dienen zur Normierung und zum Vergleich verschiedener Solarzellen oder -module. Die elektrischen Werte der Bauteile unter diesen Bedingungen werden in den Datenblättern angegeben. Es wird bei 25 °C Modultemperatur, 1.000 W/m² Bestrahlungsstärke und einem Air Mass von 1,5 gemessen. Dies sind die STC-Bedingungen (Standard-Test-Conditions), die als internationaler Standard festgelegt wurden. Können diese Bedingungen beim Testen nicht eingehalten werden, so muss aus den gegebenen Testbedingungen die Nennleistung rechnerisch ermittelt werden. Die Bestrahlungsstärke von 1.000 W/m² kommt in Mitteleuropa über ein Jahr gesehen nicht sehr häufig vor (je weiter südlich, desto häufiger). Im normalen Betrieb haben Solarmodule beziehungsweise die Solarzellen bei dieser Einstrahlung eine wesentlich höhere Betriebstemperatur als die im Test vorgesehenen 25 °C und damit auch einen deutlich niedrigeren Wirkungsgrad.
Die zu erwartende mittlere Jahresproduktion einer jeweils neu errichteten netzgekoppelten Photovoltaik-Anlage in Deutschland steigt seit Jahren mit Verbesserung der Technik kontinuierlich an und liegt derzeit bei sinnvoller Auslegung der Anlage bei Werten um 900-1000 kWh pro kWp und Jahr (also \mathrm{\frac{kW h}{Jahr \cdot kW_p}}).
Dieses entspricht einer Leistungausbeute von 102 bis 114 \mathrm{\frac{W}{kW_p}} oder einer Ausnutzung der Arbeitsfähigkeit der Solarzelle von 10,2 bis 11,4 %.[1]
Wirkungsgrad
Die mit Solarzellen in der Fotovoltaik erzielten Wirkungsgrade reichen von wenigen Prozent (beispielsweise etwa 6 Prozent für Cadmium-Tellurid-Solarmodule) bis hin zu über 35 Prozent (Konzentrator-Mehrschicht-Laborexemplar). Die Wirkungsgrade marktüblicher Solarmodule liegen zwischen 6 (Dünnschichtmodule) und 17,7 (monokristalline Module) Prozent. Zur Gesamtbetrachtung fließen allerdings noch die Verluste des Wechselrichters mit ein.
Obwohl die insgesamt zur Verfügung stehende Sonneneinstrahlung immens hoch erscheint, ist die Fotovoltaik aufgrund des zur Zeit eher niedrigen Wirkungsgrades sehr flächenintensiv. So erzeugt eine Windkraftanlage mit 5 MW Leistung etwa genauso viel Energie wie eine 500 m x 500 m (25 ha) große Solarstromanlage. Trotzdem ist auch heute schon die Leistungsdichte der Fotovoltaik besser, da Windkraftanlagen dieser Größe mehr als 500m Abstand zueinander halten müssen.
Potenzial
Entwicklung der Solarstromerzeugung in Deutschland
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Entwicklung der Solarstromerzeugung in Deutschland
Das erreichbare Potenzial ist sehr hoch: Trotz der scheinbar ungünstigen Bedingungen in Deutschland genügten theoretisch etwa 2 Prozent der Gesamtfläche des Landes, um mit heute verfügbarer Technik in der Jahressumme die gleiche elektrische Energie zu ernten, die Deutschland insgesamt pro Jahr benötigt. Der Einwand, die Fläche in Mitteleuropa würde für einen wesentlichen Anteil von Fotovoltaik zur Energieversorgung nicht ausreichen, ist somit nicht haltbar. Die nötige Fläche könnte ohne Neuversiegelung über die Nutzung bisher bebauter Flächen (vor allem Dächer) erreicht werden. Die Fotovoltaik kann daher langfristig auch in Deutschland einen erheblichen Beitrag zum Klimaschutz und zur Ressourcenschonung liefern.
Allerdings ist ein solcher Ausbau zu den gegenwärtigen Produktionskosten von Solarstrom utopisch. Während Strom aus konventionellen Energiequellen ca. 5 Cent pro Kilowattstunde kostet, wird Solarstrom gemäß dem von der damaligen rot-grünen Regierung erlassenen Erneuerbare-Energien-Gesetz mit rund 50 Cent pro Kilowattstunde vergütet. Somit würden die Kosten der Stromerzeugung rapide steigen, wenn zu den gegenwärtigen Einspeisetarifen nennenswerte Mengen Solarstrom erzeugt würden.
Die oben genannte Zahl von 2 % ergibt sich bei einer installierten Leistung von einem kWp pro 10 m² Fläche, einem jährlichen Energieertrag von ca. 750 kWh pro kWp, einem Strombedarf Deutschlands von ca. 550 Milliarden kWh (die Größenordnung für das Jahr 2004 und 2005) und der Gesamtfläche Deutschlands von ca. 350.000 km².
Im Jahr 2005 wurden ca. 0,2 Prozent der deutschen Stromerzeugung aus Solarenergie gewonnen, allerdings bei konstant starkem Wachstum. Für das Jahr 2010 gehen verschiedene Prognosen von 0,45-1,0 Prozent aus (Quelle: Verband der Netzbetreiber/Bundesverband Erneuerbare Energien). Im Jahre 2020 werden gemäß einer Studie des Bundesumweltministeriums erst weniger als 2 Prozent des deutschen Stromverbrauchs aus Photovoltaikanlagen gewonnen werden.
Auch bei theoretisch hohen Potenzialen spielt Solarstrom aktuell und in den nächsten Jahren für die deutsche Stromerzeugung nur eine sehr kleine Rolle. Allerdings ist durch das zum Wind oftmals gegenläufige Angebotsverhalten der Sonnenenergie der Stromanteil aus Fotovoltaik für einen funktionierenden regenerativen Energiemix sinnvoll. Denn wenn im Sommer Windflaute ist, scheint oftmals stark die Sonne.
Bei den obigen Angaben zum Flächenbedarf ist eine eventuell notwendige Zwischenspeicherung der Energie noch nicht berücksichtigt. Geht man davon aus, dass 25 % der Energie sofort verbraucht und 75 % gespeichert werden, würde dies bei Umwandlungsverlusten von 50 % den Flächenbedarf für Fotovoltaik ungefähr verdoppeln und zusätzliche Investitionskosten erfordern. Bei einem Anteil von 25% am Gesamtstrombedarf ist eine Speicherung nicht notwendig. Darüber hinaus kann überschüssiger Strom in Form von Wasserstoff gespeichert und für Automobile genutzt werden. Diese Überlegungen könnten langfristig dazu führen, dass Solarstrom immer mehr Bedeutung gewinnt. Für die nächsten Jahre dürften sie noch keine wesentliche Rolle spielen.
Strahlungsatlas
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Strahlungsatlas
Sehr viel besser als in Deutschland ist das weltweite Potential der Photovoltaik. In Chile (2.400 kWh/Jahr), Kalifornien (2.150 kWh/Jahr), Australien (2.300 kWh/Jahr) oder Indien (2.200 kWh/Jahr) lassen sich aufgrund der hohen Solarstrahlungswerte deutlich günstigere Stromgestehungskosten erzielen. Hinzu kommt noch, dass in vielen Entwicklungsländern kein Stromnetz existiert und somit die Fotovoltaik eine preisgünstigere Möglichkeit bietet elektrischen Strom zu erzeugen als dies mit Dieselgeneratoren möglich ist.
Grid Parity
Grid Parity, auf deutsch "Netz-Gleichwertigkeit", bedeutet, dass Strom aus einer Fotovoltaikanlage billiger als Netzstrom ist. Auf vielen sonnenreichen Inseln, die ihren Strom aus Dieselkraftstoff gewinnen, wurde dies mit dem Durchbrechen der Marke von 70 US$ je Barrel Öl erreicht. So beginnt derzeit im US Bundesstaat Hawaii ein regelrechter Fotovoltaik-Boom.
Integration in das Stromnetz
Schwankung des Angebots
Das schwankende Angebot der Fotovoltaik wirkt aus Sicht des Stromnetzes nicht anders als schwankender Verbrauch; die im Niederspannungsbereich eingespeiste Fotovoltaikleistung stellt sich dabei wie eine Verbrauchsminderung dar. Diese ist, wie die durch den Stromverbraucher verursachte Schwankungen der Last, vorhersehbar. Aufgrund dieser Planbarkeit kann Fotovoltaikleistung wie die Windenergie in den Kraftwerksfahrplan des Tageslastgangs einbezogen und ohne zusätzlichen Aufwand wie Verbrauchsschwankungen im Mittellastbereich gesteuert werden. Bei einem Ausbau in großem Maßstab muss die Fotovoltaik mit anderen, gut regelbaren Kraftwerken oder Speichertechnologien kombiniert werden. Hierfür in Frage kommen insbesondere Gaskraftwerke (GuD), Wasserkraftwerke, Pumpspeicherwerke, verteilte Anlagen auf Basis der Kraft-Wärme-Kopplung sowie zukünftig auch Druckluftspeicherkraftwerke, Solarthermische Kraftwerke mit Wärmespeicherung sowie Speicherung in Form von Wasserstoff oder in supraleitenden magnetischen Energiespeichern. Sehr gut geeignet sind auch rein logistische Konzepte wie das Demand Side Management und das Virtuelle Kraftwerk.
Konformität zum Verbrauch
Da Strom aus Fotovoltaik naturgemäß tagsüber, zu Zeiten hohen Verbrauchs zur Verfügung steht, trägt sie gerade zur Deckung der Spitzen- und Mittellast bei und ergänzt damit ideal Grundlastkraftwerke.
Übertragung
Bei einer dezentralen Stromversorgung aus vielen großflächig verteilten Fotovoltaikanlagen werden Leitungsverluste aufgrund der geringen Entfernungen zwischen Stromquelle und Endverbraucher verringert. Der erzeugte Strom verlässt den Niederspannungsbereich praktisch nicht, sondern wird dort sofort lokal verbraucht. Zwar speist der Betreiber einer häuslichen Photovoltaikanlage den Strom in das Netz ein, da er aber selbst der nächste Verbraucher ist, wird physikalisch der Strom hauptsächlich von ihm selbst genutzt und nur der überschüssige Anteil zum Nachbarn übertragen. Ein Ausbau der Hochspannungsnetze ist nicht notwendig, sie werden entlastet, dadurch wird gerade im Sommer die Belastung dieser Leitungen durch Erwärmung gemindert.
Rein theoretisch ist auch ein weltweites Stromnetz ähnlich dem Internet denkbar. In der Nacht (niedriger Strombedarf) könnte überschüssiger Strom von der anderen Erdhälfte aus 20.000 km Entfernung übertragen werden. Die Leitungsverluste mit der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung betragen etwa 5%/1000 km. Auf die genannte Strecke summieren sich daraus ca. 64% Leitungsverluste im Maximum (Nachtmitte). Vermutlich lässt sich dieser Wert aber durch weitere Erhöhung der Systemspannung verbessern. Der Preis einer Stromleitung ist ungleich geringer als der Bau einer Gas oder Erdölpipeline. Damit ist diese Möglichkeit energetisch wesentlich sinnvoller und kostengünstiger als die Speicherung in Wasserstoff. Zu bedenken ist, dass sich der Staat (ähnlich wie heute mit dem Erdgas oder Erdöl) in vollkommene Abhängigkeit anderer Anrainerstaaten begibt. Backuplösungen sind demnach auf alle Fälle vorzusehen.
Speicherung
Strom einer netzgekoppelten Fotovoltaikanlage wird sofort verbraucht. Eine Zwischenspeicherung ist nicht notwendig, solange die momentane Gesamtleistung aus Fotovoltaik nicht langfristig über der momentanen Last im Stromnetz liegt. Dieser Fall kann nur zur Mittagszeit im Sommer eintreten, bei höchstem Angebot und gleichzeitig niedrigstem Bedarf.
Die Speicherung ist langfristig trotzdem wünschenswert, um Energie vom Sommer in den Winter verschieben zu können, bei den aktuell möglichen Zubauraten aber auf Jahre hinaus nicht zwingend. Der Ausgleich kann auch durch den regenerativen Energiemix mit Windkraft (gegenläufiges Angebotsverhalten), Biogas- und Biomassekraftwerken erfolgen. Zukünftig ist auch die Umwandlung von überschüssigem Strom in Wasserstoff denkbar. Dieser könnte zum Betrieb von Kraftfahrzeugen und als Element in einer Wasserstoffwirtschaft verwendet werden. Die Umwandlung in Wasserstoff könnte auch eingesetzt werden, um Energie aus sonnenreichen Ländern in sonnenärmere Länder zu transportieren, hier steht aber auch die direkte Übertragung der elektrischen Energie als Alternative zur Verfügung (s. TREC).
Der Einsatz von Fotovoltaikanlagen als Insellösung erfordert zwingend die Speicherung, um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zu gewährleisten. Während in Kleinstanlagen, wie etwa öffentlichen Telefonen oder Parkscheinautomaten, die Speicherung in Akkumulatoren zweckmäßig ist, setzt man bei größeren Anlagen (z.B. Berghütte) zunehmend auf Brennstoffzellen als Speichermedium und die Windenergie als ergänzende Energiequelle.
Versorgungssicherheit
Trotz des schwankenden Angebots steht die geplante Leistung aus Fotovoltaik deutlich sicherer zur Verfügung als die eines einzigen Großkraftwerks. Ein unvermuteter Ausfall eines solchen großen Stromerzeugers hat im Stromnetz stärkere Störwirkung als der Ausfall einer einzelnen Fotovoltaikanlage. Durch die breite Streuung und die hohe Anzahl der Fotovoltaikanlagen (derzeit ca. eine Million) ergibt sich eine, im Vergleich zu einer einzelnen Großanlage, extreme Betriebssicherheit.
Um einen ungeplanten Ausfall großer Stromerzeuger abzusichern, muss permanent Reserveleistung bereitgehalten werden, dies ist für den Anteil Fotovoltaikleistung nicht notwendig und spart somit Kosten. Aber auch ein geplanter Ausfall eines Großkraftwerks (z.B. für eine Revision) muss durch ein anderes Kraftwerk abgesichert sein, was bei Fotovoltaik ebenfalls nicht erforderlich ist.
Kosten
Investitionskosten
Ein kWp installierte Leistung einer netzgekoppelten Fotovoltaikanlage kostet derzeit (Inbetriebnahme 2006) bei großen Freiflächenanlagen ca. 4.000 €, bei kleineren Dachanlagen je nach Montageaufwand um ca. 5.500 €, bei Eigenleistung auch weniger. Solch eine Anlage liefert in Süddeutschland nach dem aktuellen Stand der Technik einen Jahresertrag von ca. 930 bis 1.100 kWh, in Abhängigkeit von Zellentyp, Ausrichtung, Dachneigung, Sonneneinstrahlung und Temperatur: das Wetter bietet nicht jedes Jahr die gleichen Einstrahlungswerte, im Simulationsrechnungen geht man von den gemittelten Werten der letzten zehn Jahre für den jeweiligen Standort aus.
Für eine private Hausanlage mit 3 kWp hat die Stiftung Warentest Preise von 12760 € bis 16840 € für die Module sowie 1750 € bis 2120 € für den Wechselrichter ermittelt. Dies entspricht (ohne Montagekosten) einem Preis von 4836 € bis 6320 € pro kWp. [2]
Leider sind die Preise für Solarstromanlagen in den letzten Jahren deutlich gestiegen. Die Hersteller haben die hohe Nachfrage dazu genutzt, ihre Verkaufspreise zu erhöhen. Und dies, obwohl sie ihre Herstellungskosten gesenkt haben. Ergebnis sind sehr hohe Gewinnmargen zahlreicher Solarunternehmen. Wer heutzutage genau nachrechnet und z.B. Kosten für Versicherungen, Wartung, Zinsen bzw. entgangene Zinsen mitrechnet, muss daher oftmals feststellen, dass sich Solarstromanlagen für den privaten Käufer nicht mehr lohnen. Dieser Punkt könnte auch politisch relevant werden, da das EEG eigentlich zu sinkenden Kosten für Solarstromanlagen führen sollte.
Für alle bei Fotovoltaikanlagen entstehenden Kosten (Module, Wechselrichter, Installation, Versicherung) sind generell nur die Nettopreise (ohne Mehrwertsteuer) zu betrachten, da der Betreiber einer solchen Anlage vom Finanzamt als Unternehmer betrachtet wird. Auch die im EEG genannten Einspeisevergütungen sind Nettovergütungen. Der Stromnetzbetreiber zahlt also zusätzlich die Mehrwertsteuer (in Deutschland 2006: 16 %) aus und machte diese in der eigenen Steuererklärung steuermindernd als Vorsteuer geltend. Der Solaranlageneigentümer führt die erhaltene Mehrwertsteuer an das Finanzamt ab.
Stromgestehungskosten
Allgemein
Bei Kapitalkosten von 4 % für die Investitionssumme und Betriebskosten von typisch ca. 1 % ergeben sich in unseren Breiten Erzeugungskosten von ca. 37 – 52 ct/kWh im ersten Betriebsjahr, bei einem üblichen Abschreibungszeitraum von 20 Jahren. Diese Kosten liegen gegenwärtig etwa 5–7 mal höher als die Kosten für konventionelle Erzeugung (6 bis 8 ct/kWh) oder 2–3 mal über den Strompreisen für Privatkunden. Für 2007 wird Strom an der EEX bereits mit 8 ct/kWh gehandelt. Ist die Anlage abbezahlt, fallen bis zum Ende der Lebensdauer (25 bis 40 Jahre) nur noch die geringen Betriebskosten an. Bei konventioneller Stromerzeugung ist dagegen aufgrund der steigenden Brennstoffkosten mit einem Preisanstieg zu rechnen. Dieser Faktor wirkt aber erst im längerfristigen Vergleich mit konventionellen Formen der Stromerzeugung.
Vergleich mit konventioneller Erzeugung über den Einsatzzeitraum
Fotovoltaik konkurriert durch ihr Angebotsverhalten direkt mit der konventionellen Spitzenlast und Mittellast d.h. überwiegend mit Steinkohlekraftwerken, andererseits aber auch mit der Windenergie, der derzeit anteilsstärksten erneuerbaren Energieform zur Stromerzeugung.
Fotovoltaik Steinkohle Wind (onshore) Wind (offshore)
spez. Investionskosten [€/kWp] 4200 1200 1000 1500
jährliche Volllaststunden [h/a] 1000 4000 2000 4000
jährliche Betriebskosten (fix) (bez. Inv.) 0,5 % 4 % 2 % 2 %
Brennstoffkosten + dynamische Betriebskosten [ct / kWh] - 3 - -
Mit ihren deutlich höheren Investitionskosten und der markant niedrigeren Volllaststundenzahl zeigt die Tabelle klar die Nachteile der Fotovoltaik gegenüber der konventionellen Stromerzeugung. Der Vorteil der fehlenden Brennstoffkosten und dynamischen Betriebskosten sowie der Kostensenkung durch den Finanzierungsfortschritt kann über diese Darstellung nicht erkannt werden. Dazu ist eine Analyse der Stromgestehungskosten über den gesamten Einsatzzeitraum nötig. Ausgangslage zur Berechnung sind die Daten der Tabelle, Finanzierungsdauer über 20 Jahre, linearer Tilgungsplan, Vorausplanung mit Zinskosten von 4 %.
1. Stromgestehungskosten im ersten Betriebsjahr
Kosten ct / kWh Fotovoltaik Steinkohle
Investitionskosten (Tilgung) 21 ~ 1
Kapitalkosten (Zins) 17 ~ 1
Betriebskosten 2 1
Brennstoffkosten - 3
gesamt 40 6
Preisunterschied + 34
Im ersten Betriebsjahr treten die Kapitalkosten der Fotovoltaik voll heraus, die Brennstoffkosten der konventionellen Stromerzeugung sind moderat. Strom aus Fotovoltaik ist in der Herstellung gut sechsmal teurer.
2. Stromgestehungskosten im elften Betriebsjahr
Kosten ct / kWh Fotovoltaik Steinkohle
Investitionskosten (Tilgung) 21 ~ 1
Kapitalkosten (Zins) 9 ~ 1
Betriebskosten 2 1
Brennstoffkosten - 7
gesamt 32 10
Preisunterschied + 22
Nach zehn Betriebsjahren haben sich die Kapitalkosten der Fotovoltaik halbiert, die Brennstoffkosten der konventionellen Stromerzeugung hingegen verdoppeln sich, bei einer zugrunde gelegten Energie-Inflationsrate von 8 %. In den Jahren 2000 bis 2005 lag diese bei ca. 10 % pro Jahr, Anfang 2006 sogar bei 13 %. Strom aus Fotovoltaik ist jetzt noch circa dreimal so teurer.
3. Stromgestehungskosten im zwanzigsten Betriebsjahr
Kosten ct / kWh Fotovoltaik Steinkohle
Investitionskosten (Tilgung) 21 ~ 1
Kapitalkosten (Zins) 1
Betriebskosten 3 2
Brennstoffkosten - 13
gesamt 24 16
Preisunterschied + 8
Nach zwanzig Jahren, im letzten Jahr vor Ablauf der Finanzierung, sind die Kapitalkosten nicht mehr relevant, die Brennstoffkosten schlagen weiter durch. Strom aus der im Jahr 2006 gebauten Fotovoltaikanlage liegt nun preislich im Rahmen des konventionellen Stroms.
4. Stromgestehungskosten im einundzwanzigsten Betriebsjahr
Kosten ct / kWh Fotovoltaik Steinkohle
Investitionskosten (Tilgung) - -
Kapitalkosten (Zins) - -
Betriebskosten 3 2
Brennstoffkosten - 14
gesamt 3 16
Preisunterschied + 13
Nach Ablauf von Abschreibung und Finanzierung im 21. Jahr ergibt sich eine völlig umgekehrte Situation als zu Beginn. Strom aus der im Jahr 2006 gebauten Fotovoltaikanlage ist nun bis zum Ende der Lebensdauer um ein mehrfaches günstiger als derjenige aus konventioneller Erzeugung. Die ebenfalls in diesem Jahr auslaufende EEG-Förderung ist problemlos zu verkraften, der Preisunterschied zum konventionellen Strom ist direkter Reingewinn.
Negative Effekte bei fossiler Stromerzeugung wie die höheren externen Kosten, Kosten für CO2-Zertifikate und die staatliche Steinkohlesubventionen sind bei dieser Betrachtung ausgenommen, sie würden die Situation der Fotovoltaik deutlich verbessern. Ferner ist keine steuerliche Abschreibung für Betriebsmittel berücksichtigt, sie würden den Preis für Solarstrom jeweils um ca. 3 ct/kWh reduzieren.
Für nach dem Jahr 2006 gebaute Fotovoltaikanlage wird das Ergebnis dieser Betrachtung ebenfalls verbessert, da die sinkenden Herstellungskosten die Kapitalkosten weiter verringern.
Vergleich über Finanzierungskosten und Einstrahlung
Die Tabelle bildet die Stromgestehungskosten bei 4% Kapitalkosten, 1% Betriebskosten und 20 Jahren Abschreibung in Cent/kWh ab. In der Regel sind aber Fotovoltaikanlagen bis weit über den Abschreibungszeitraum voll funktionsfähig.
20 Jahre, 4% 2400 kWh 2200 kWh 2000 kWh 1800 kWh 1600 kWh 1400 kWh 1200 kWh 1000 kWh 800 kWh
200 € / kWp 0,8 0,9 1,0 1,1 1,3 1,4 1,7 2,0 2,5
600 € / kWp 2,5 2,7 3,0 3,3 3,8 4,3 5,0 6,0 7,5
1000 € / kWp 4,2 4,5 5,0 5,6 6,3 7,1 8,3 10,0 12,5
1400 € / kWp 5,8 6,4 7,0 7,8 8,8 10,0 11,7 14,0 17,5
1800 € / kWp 7,5 8,2 9,0 10,0 11,3 12,9 15,0 18,0 22,5
2200 € / kWp 9,2 10,0 11,0 12,2 13,8 15,7 18,3 22,0 27,5
2600 € / kWp 10,8 11,8 13,0 14,4 16,3 18,6 21,7 26,0 32,5
3000 € / kWp 12,5 13,6 15,0 16,7 18,8 21,4 25,0 30,0 37,5
3400 € / kWp 14,2 15,5 17,0 18,9 21,3 24,3 28,3 34,0 42,5
3800 € / kWp 15,8 17,3 19,0 21,1 23,8 27,1 31,7 38,0 47,5
4200 € / kWp 17,5 19,1 21,0 23,3 26,3 30,0 35,0 42,0 52,5
4600 € / kWp 19,2 20,9 23,0 25,6 28,8 32,9 38,3 46,0 57,5
5000 € / kWp 20,8 22,7 25,0 27,8 31,3 35,7 41,7 50,0 62,5
Kilowattstunden pro Jahr
* Süddeutschland: ~900-1130 kWh/Jahr
* Italien, Sizilien: ~1800 kWh/Jahr
* Südspanien: ~1800 kWh/Jahr
* China, Takla Makan: ~1840 kWh/Jahr
* USA, Great Basin: ~1930 kWh/Jahr
* Spanien, Kanaren: ~2000 kWh/Jahr
* USA, Hawaii: ~2100 kWh/Jahr (Haushaltsstrompreis: ca. 30 Cent/kWh)
* Afrika, Sahara: ~2270 kWh/Jahr
* Australien, Great Sandy: ~2320 kWh/Jahr
* Naher Osten, Arabien: ~2360 kWh/Jahr
* Südamerika, Atacama: ~2410 kWh/Jahr
Modulpreise
Mittlerweile sind kristalline Solarmodule ab 3500 €/kWp erhältlich. Markenmodule kosten einwenig mehr. (etwa 3800,00 EUR je kWp Netto)
Die Branche muss extrem wachsen, da weltweit erst 0,055 % des Stroms aus Solarenergie erzeugt wird. Das für die Investitionen (Bau neuer Fabriken) nötige Kapital wird hauptsächlich über die Gewinne durch den Modulverkauf finanziert. Im Jahr 2004 lagen die Modulpreise noch bei 3.400 $/kWp und sind seitdem bis auf 4.500 $/kWp angestiegen. Um in naher Zukunft einen nennenswerten Anteil durch Solarstrom decken zu können müssen die Modulpreise weiter steigen um ein starkes Wachstum zu erreichen. Gemessen an den Herstellungskosten (ca. 1.900 €/kWp) kostet Solarstrom bei 1.000 kWh/Jahr ca. 19 Cent pro Kilowattstunde bzw. 9,5 Cent/kWh bei 2.000 kWh/Jahr. Die Stromgestehungskosten aus steuerfreien Dieselkraftstoff (43 Cent/Liter) in einem modernen Dieselstromaggregat betragen bei den üblichen 37% Wirkungsgrad 11,9 Cent/kWh ohne die Anschaffungs- und Betriebskosten für das Aggregat selbst miteinzubeziehen! Bei 115 Cent/Liter erhöhen sich die Stromgestehungskosten entsprechend auf 31,7 Cent/kWh.
Da Fotovoltaikanlagen keine beweglichen Teile beinhalten, sind sie sehr langlebig. Sie können also durchaus über einen Zeitraum von 30 Jahren abgeschrieben werden. Folgende Tabelle zeigt die Stromgestehungskosten bei 30-jähriger Abschreibung.
30 Jahre, 4% 2400 kWh 2200 kWh 2000 kWh 1800 kWh 1600 kWh 1400 kWh 1200 kWh 1000 kWh 800 kWh
200 € / kWp 0,7 0,8 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,7 2,1
600 € / kWp 2,1 2,3 2,5 2,8 3,1 3,6 4,2 5,0 6,3
1000 € / kWp 3,5 3,8 4,2 4,6 5,2 6,0 6,9 8,3 10,4
1400 € / kWp 4,9 5,3 5,8 6,5 7,3 8,3 9,7 11,7 14,6
1800 € / kWp 6,3 6,8 7,5 8,3 9,4 10,7 12,5 15,0 18,8
2200 € / kWp 7,6 8,3 9,2 10,2 11,5 13,1 15,3 18,3 22,9
2600 € / kWp 9,0 9,8 10,8 12,0 13,5 15,5 18,1 21,7 27,1
3000 € / kWp 10,4 11,4 12,5 13,9 15,6 17,9 20,8 25,0 31,3
3400 € / kWp 11,8 12,9 14,2 15,7 17,7 20,2 23,6 28,3 35,4
3800 € / kWp 13,2 14,4 15,8 17,6 19,8 22,6 26,4 31,7 39,6
4200 € / kWp 14,6 15,9 17,5 19,4 21,9 25,0 29,2 35,0 43,8
4600 € / kWp 16,0 17,4 19,2 21,3 24,0 27,4 31,9 38,3 47,9
5000 € / kWp 17,4 18,9 20,8 23,1 26,0 29,8 34,7 41,7 52,1
Mittlerweile sind die 10-jährigen KfW Kredite auf 4,85% (effektiv) angestiegen. Bei 5.000 €/kWp wird Solarstrom pro Prozentpunkt um 5 Cent/kWh teurer. Durch das nötige starke Wachstum und die damit verbundenen Investitionen in Milliardenhöhe werden auch alternative Energien immer teurer werden müssen, bis das Wachstum nachlässt und sich die Preise wieder entspannen können. Dieser Effekt betrifft natürlich nicht nur die Fotovoltaik, sondern auch alle anderen regenerativen und fossilen Energieträger. Es muss deshalb rechtzeitig gehandelt werden, damit es erst gar nicht dazu kommt bzw. der Effekt gemildert ausfällt.
20 Jahre, 12% 2400 kWh 2200 kWh 2000 kWh 1800 kWh 1600 kWh 1400 kWh 1200 kWh 1000 kWh 800 kWh
200 € / kWp 1,5 1,6 1,8 2,0 2,3 2,6 3,0 3,6 4,5
600 € / kWp 4,5 4,9 5,4 6,0 6,8 7,7 9,0 10,8 13,5
1000 € / kWp 7,5 8,2 9,0 10,0 11,3 12,9 15,0 18,0 22,5
1400 € / kWp 10,5 11,5 12,6 14,0 15,8 18,0 21,0 25,2 31,5
1800 € / kWp 13,5 14,7 16,2 18,0 20,3 23,1 27,0 32,4 40,5
2200 € / kWp 16,5 18,0 19,8 22,0 24,8 28,3 33,0 39,6 49,5
2600 € / kWp 19,5 21,3 23,4 26,0 29,3 33,4 39,0 46,8 58,5
3000 € / kWp 22,5 24,5 27,0 30,0 33,8 38,6 45,0 54,0 67,5
3400 € / kWp 25,5 27,8 30,6 34,0 38,3 43,7 51,0 61,2 76,5
3800 € / kWp 28,5 31,1 34,2 38,0 42,8 48,9 57,0 68,4 85,5
4200 € / kWp 31,5 34,4 37,8 42,0 47,3 54,0 63,0 75,6 94,5
4600 € / kWp 34,5 37,6 41,4 46,0 51,8 59,1 69,0 82,8 103,5
5000 € / kWp 37,5 40,9 45,0 50,0 56,3 64,3 75,0 90,0 112,5
Diese Kosten bei Großanlagen liegen gegenwärtig etwa 5 mal höher als die Kosten für konventionelle Erzeugung. Gemessen an den Haushaltsstrompreisen (ca. 20 ct/kWh; 18 ct/kWh + 2 ct/kWh Grundgebühr) und Solarkleinanlagen ergeben sich 2,5-fach höhere Kosten.
In Italien ist Solarstrom erstmalig seit diesem Jahr (2006) auch ohne Fördermittel günstiger als Strom aus der Steckdose und damit wirtschaftlich geworden. Die Kilowattstunde Haushaltsstrom kostet dort ohne Grundgebühr durch die überraschend stark gestiegenen Rohstoffpreise 21,08 Cent/kWh. Mit durchschnittlich 1.600 kWh (Sizilien sogar 1.800 kWh) Solarstrahlung pro Jahr, 4 % Kapitalrendite und 25 Jahren Abschreibung kostet Solarstrom bei 4.600 €/kWp nur noch 20,91 Cent/kWh. Bei Großanlagen mit 3.900 € pro installiertem kWp sinken die Kosten sogar auf 17,75 Cent/kWh und ist somit über 15 % günstiger. Bei weiter sinkenden Preisen für Solarzellen von jährlich 8 % und steigenden Kosten für Haushaltsstrom von 5 % klafft diese Lücke weiter auf, wodurch der Solarmarkt sehr viel schneller als bisher erwartet wachsen könnte. Um in Italien einen 19 %igen Solarstromanteil zu erreichen, müssten 34 000 MWp Leistung installiert werden, die 0,09 % der Landesfläche beanspruchen würden. 9 % der Fläche Siziliens könnten 25 % des Strombedarfs der gesamten EU (ca. 2.100 TWh/Jahr) decken.
Vermiedene Kosten
Durch die absolute Emissionsfreiheit im Betrieb weist die Fotovoltaik extrem niedrige externe Kosten auf. Liegen diese bei Stromerzeugung aus Stein- und Braunkohle bei ca. 6 bis 8 ct/kWh, betragen sie bei Fotovoltaik nur ca. 1 ct/kWh. Zu diesem Ergebnis kommt ein aktuelles Gutachten [3], welches vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR, Stuttgart) und dem Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung (ISI, Karlsruhe) erstellt wurde.
Aktuelle Situation der Preisentwicklung
Die reinen Herstellungskosten der Module sind in den letzten Jahren (bis 2006) stark gesunken. Das EEG hat somit wie geplant bewirkt, dass dank Massenproduktion, Produktivitätssteigerungen und technischem Fortschritt die Kosten gesenkt werden konnten.[4] Nur leider hat die weltweit andauernd hohe Nachfrage nach Solarmodulen dazu geführt, dass die Hersteller diese Situation genutzt haben, um Preissenkungen zu verhindern. Die Preise für Solarmodule sind in den Jahren 2004 und 2005 um durchschnittlich rund zehn Prozent gestiegen, seit Anfang 2006 stagnieren sie. Darüber ob sie im Jahr 2006 wieder gesunken sind, gibt es verschiedene Angaben. Fest steht allerdings, dass der größte deutsche Solarzellenhersteller seine Preise Mitte 2006 um rund fünf bis zehn Prozent angehoben hat, was sich auch auf das Endprodukt Solarmodule ausgewirkt haben könnte. Die Preise für Solarmodule lagen Anfang 2006 heute höher als 1999, dem Jahr vor der Einführung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes. (Quelle: Zeitschrift Photon 3/2006, Seite 52). Allerdings gilt dies für Kleinanlagen im unteren kWp-Bereich; die Investitionskosten für große Freiflächen- und Dachanlagen im MWp-Segment sind so niedrig wie nie. Dies ermöglicht u.a. großen Fonds, renditeträchtige Solarparks zu bauen, dem Häuslebauer bleibt hingegen eine positive Rendite tendenziell wegen der hohen Preisen der Kleinanlagen eher verwehrt. Oftmals wird als Ursache der steigenden Modulpreise die Verteuerung des Rohstoffes Silizium genannt.
Mittlerweile (August 2006) gibt es weltweit 35 Länder (u.a. Deutschland, Japan, Frankreich, Spanien, Kalifornien(USA), Südkorea, Italien, Griechenland und China) mit Einspeisevergütungen. Allerdings unterscheiden sich viele davon in einem wesentlichen Detail deutlich von den deutschen Regelgungen. So wird in vielen Ländern der maximale Zubau von Solarstromanlagen begrenzt. In Italien dürfen beispielsweise jährlich maximal Solarstromanlagen mit einer Leistung von 50 MW zugebaut werden, in Spanien bis zum Jahr 2010 durchschnittlich jährlich rund 50 bis 80 MW. In Deutschland hingegen gibt es keine Höchstgrenze für den Zubau, wodurch im Jahr 2006 voraussichtlich rund 600 MW zugebaut werden.
Anders als in Deutschland ist Solarstom in Spanien (1800 kWh/m²/a, 14,33 ct/kWh ohne Installationskosten) mittlerweile gegenüber Gaskraftwerken zur Deckung der Spitzenlast wirtschaftlich geworden. Bremsender Faktor sind nach wie vor fehlende Investitionen in Solarsilizium produzierende Anlagen. Die Siliziumpreise am Spotmarkt stiegen von ursprünglich 15 $/kg (Chipsilizium mit 1000x höherer Reinheit) auf über 100 $/kg. Für die Produktion von 1 kWp sind ca. 10 kg Silizium notwendig. Die Herstellungskosten für Solarmodule (Netto) bewegen sich derzeit zwischen 1,7 und 2,3 €/Wp (6,6 - 9,1 ct/kWh bei 1800 kWh/m²/a (Spanien)). Im Großhandel kostet 1 Wp (Juni 2006) 3,6 € (Netto). Die Gewinne werden teilweise ausgeschüttet - so zahlt die Solarworld AG beispielsweise eine Dividende - teilweise wieder investiert. Mittlerweile sind zahlreiche Investmentfonds an Solarunternehmen beteiligt. Diese streben gewöhnliche eine maximale Rendite an.
Weltweit werden 0,06% des Strombedarfs bzw. 0,01% des Primärenergiebedarfs mit Fotovoltaik gedeckt (2006).
Da die Herstellungskosten um 20% pro Verdopplung der produzierten Menge sinken (Massenproduktionsgesetz) errechnet sich bei einer 1%igen Versorgung, einem 25%igen jährlichen Wachstum der Branche und einer Sonneneinstrahlung von 1300 kWh/m²/a (weltweiter Durchschnitt 1500 kWh/m²/a) ein an den Herstellungskosten gemessener Preis von 2,0 Cent/kWh (660 €/kWp im Jahre 2018) am Strombedarf bzw. 1,1 Cent/kWh (370 €/kWp im Jahre 2026) am Primärenergiebedarf. Dabei ist allerdings noch nicht berücksichtigt, dass der weltweite Bedarf steigt und sich bis 2050 der Primärenergiebedarf und Strombedarf verdreifachen könnte. Auch sei hier betont: wenn die Herstellungskosten sinken, sinken nicht gleichzeitig die Preise der Anlagen. In den vergangenen Jahren war vielmehr oft der Fall, dass die Hersteller ihre Kosten gesenkt haben, ihre Preise aber gleichzeitig erhöht.
Aufgrund der Vergütungssenkung im EEG rechnen sich neue Solarstromanlagen nur noch an guten Standorten. Auch wer seine Anlage mit zinsgünstigen Krediten zum Beispiel aus dem Programm »Solarstrom erzeugen« der KfW-Bankengruppe finanziert, muss bei dem derzeitigen Preisniveau sehr sorgfältig kalkulieren und sollte vor allem seinen Solarstrombetrieb als Unternehmen führen. Das ist unkompliziert und bietet (unter anderem) die Möglichkeit, sich die Mehrwertsteuer erstatten zu lassen, dann kann sich eine Anlage unter guten Umständen noch rentieren. [5] Die Rendite von privaten Solarstromanlagen ist für den Laien schwer zu berechnen, es existieren allerdings detaillierte Berechnungsprogramme die alle wesentlichen Faktoren berücksichtigen[6] Der Anbieter des vorgenannten Berechnungsprogrammes arbeitet mit der SAG Solarstrom AG zusammen. Über die Webseite kann somit auch ein Angebot für den Kauf von Solarstromanlagen angefordert werden. [7].
Einspeisevergütung
Die Vergütung des Solarstroms in Deutschland ist im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) geregelt und liegt derzeit (Inbetriebnahme 2006) bei 40,6 bis 51,8 ct/kWh und ist für Personen, welche ihre Anlage im Jahr 2006 installieren bis 2026 garantiert. Ab 2007 verringert sich die jährliche Einspeisevergütung auf 37,9 bis 49,2 ct/kWh, bleibt dann aber auch für 20 Jahre konstant.
Installationen, Exportraten und weltweit führende Hersteller
2004 wurden in Deutschland gemäß einer umfangreichen Untersuchung der Zeitschrift Photon Solaranlagen mit einer Gesamtleistung von 700 MWp installiert. Damit wurden - bedingt durch die Förderung über die Einspeisevergütung (siehe oben) - nirgends in der Welt so viele Solarstromanlagen ans Netz genommen wie in Deutschland. Erhebungen der Zeitschrift Photon zufolge wurden knapp die Hälfte aller weltweit produzierten Solarzellen im vergangenen Jahr auf deutschen Dächern und Freiflächen installiert.
Während in Deutschland im Jahr 2005 am meisten Solarstromanlagen installiert wurden, haben die japanischen Hersteller von Solarzellen ihre weltweite Führungsposition bei der Produktion verteidigt. Wie aus einer internationalen Markterhebung der Zeitschrift Photon International hervorgeht, wurden in vergangenen Jahr 45 Prozent aller Solarzellen von japanischen Unternehmen produziert, 19 Prozent von deutschen.
Im vergangenen Jahr wurden weltweit Solarzellen mit einer maximalen Leistung von 1.818 Megawatt (MW) hergestellt. Davon stammten 824 MW aus Japan, deutsche Hersteller kamen mit 332 MW auf Platz zwei. Die nächstplatzierten sind die amerikanischen Hersteller mit 156 MW sowie die chinesischen mit 150 MW. Chefredakteur Michael Schmela von PHOTON International: „Chinesische Hersteller von Solarzellen haben ihre Produktion 2005 verdreifacht. 60 Prozent aller weltweit nachgefragten Solarzellen kommen mittlerweile aus Asien.“ Im Vergleich zum Vorjahr stieg die weltweite Zellproduktion 2005 um 45 Prozent.
Der weltweit größte Hersteller ist seit dem Jahr 2000 unangefochten Sharp. Das japanische Unternehmen produzierte im vergangenen Jahr mit 428 MW mehr als alle deutschen Hersteller zusammen. Der deutsche Hersteller Q-Cells konnte sich mit 166 MW auf Platz zwei vorschieben (2004: 76 MW). Die nächstplatzierten deutschen Unternehmen sind Schott Solar auf Platz sechs (95 MW) und die Deutsche Cell (38 MW auf Platz zwölf).
Wie das englischsprachige Magazin Photon International im März 2005 berichtete, wiesen die großen deutschen Hersteller von Solarmodulen 2005 Exportraten von zwei bis sechs Prozent auf. Demgegenüber exportierte der Weltmarktführer Sharp 52 Prozent seiner Produktion, chinesische Hersteller bringen es auf Exportraten von 80 bis 100 Prozent.
Die Autoren der Marktübersicht gehen davon aus, dass das für 2006 prognostizierte Wachstum der internationalen Solarbranche wieder durch die Siliziumknappheit begrenzt sein wird. Rund 93 Prozent aller 2005 weltweit produzierten Solarzellen wurden aus kristallinem Silizium gefertigt.
Quellen: Zeitschriften Photon und Photon International, Januar bis April 2006.
Geschichte der Fotovoltaik
Hauptartikel: Geschichte der Fotovoltaik
Der fotoelektrische Effekt wurde bereits 1839 von dem französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt. 1876 wiesen William G. Adams und Richard E. Day diesen Effekt auch bei einem Selenkristall nach. 1905 gelang es Albert Einstein den Fotoeffekt richtig zu erklären, wofür er 1921 den Nobelpreis für Physik bekam. Nach vielen weiteren Entdeckungen und Entwicklungen gelang es dann 1954 Daryl Chapin, Calvin Fuller und Gerald Pearson, die ersten Siliziumzellen, mit Wirkungsgraden von über vier Prozent, zu produzieren, eine Zelle erreichte sogar einen Wirkungsgrad von sechs Prozent. Die erste technische Anwendung wurde Ende der 1950er Jahre mit dem Vanguard I in der Satellitentechnik gefunden. In den 1960er und 1970er Jahren gab es, in erster Linie durch die Nachfrage aus der Raumfahrt, entscheidende Fortschritte in der Entwicklung von Fotovoltaikzellen.
Ausgelöst durch die Energiekrisen in den 1970er Jahren und das gestiegene Umweltbewusstsein wird verstärkt politisch versucht, die Erschließung dieses Energiewandlers durch technische Fortschritte auch wirtschaftlich interessant zu machen. Führend sind hierbei die USA, Japan und auch die Bundesrepublik Deutschland, welche mit gesetzlichen Maßnahmen wie dem 100.000-Dächer-Programm und dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) erhebliche finanzielle Anreize bietet.
Das 100.000-Dächer-Programm lief Mitte 2003 aus und wurde Anfang 2004 durch die Änderung beziehungsweise Novellierung des EEG kompensiert. Die Einspeisevergütung wurde entsprechend angehoben.
Im Jahr 2005 erreicht die Gesamtleistung der in Deutschland installierten Fotovoltaik-Anlagen 1 Gigawattpeak. Bei Arnstein in der Nähe von Würzburg steht auf dem Gelände des ehemaligen Weinbauversuchsguts Erlasee die momentan größte Fotovoltaikanlage der Welt – das sogenannte Solarfeld Erlasee – mit einer Leistung von mehr als 13 Megawatt, das sind 13.000 kW während der Mittagszeit bei klarem Himmel.
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