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Solaranlage
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Photovoltaik
Geschichte der Photovoltaik:
Der photoelektrische Effekt wurde bereits im Jahre 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 Photoeffekt 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 in der Satellitentechnik gefunden. Als erster Satellit mit Solarzellen startete Vanguard 1 am 17. März 1958 in die Erdumlaufbahn. In den 1960er und 1970er Jahren führte die Nachfrage aus der Raumfahrt zu entscheidenden Fortschritten in der Entwicklung von Photovoltaikzellen.
Ausgelöst durch die Energiekrisen in den 1970er Jahren und das gestiegene Umweltbewusstsein wird seitdem verstärkt versucht, die Erschließung dieses Energiewandlers durch technische Fortschritte auch wirtschaftlich interessant zu machen. Zu nennen sind dabei das 70.000 Dächerprogramm in Japan (1994), welches im Jahr 2002 bereits 144.000 Dächer erreicht hatte. Das 1.000.000 Dächerprogramm in der USA (1997). In Deutschland kann man dabei das 1000 Dächerprogramm (1990), das "Sonne in der Schule"-Programm (1994), das 100.000-Dächer-Programm (2003 wurden ca. 65.000 Dächer erreicht) sowie das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) nennen, welche finanzielle Anreize zum Bau einer PV-Anlage boten bzw. immer noch bieten.
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 erreichte die gesamte Nennleistung der in Deutschland installierten Photovoltaik-Anlagen ein Gigawatt.
Amortisation
Anschaffungskosten und Amortisationszeiten
Durch die im EEG festgelegten Einspeisevergütungen ergibt sich in Deutschland sowie in den weiteren Ländern, die ebenfalls Subventionsgesetze nach dem Modell des EEG eingeführt haben, für die wirtschaftliche Amortisation von Photovoltaik-Anlagen eine grundsätzlich andere Situation als es unter ungeregelten Marktumständen der Fall wäre. Durch die gegenüber dem Marktpreis wesentlich angehobenen Vergütungssätze wird die Amortisationszeit für den Betreiber der Anlage wesentlich verkürzt (bei bestenfalls 43,01 Euro-Cent pro kWh gegenüber 21,4 Euro-Cent Ökostrom-Preisdurchschnitt), und somit gegenüber dem Eigenverbrauch zu normalen Marktpreisen wirtschaftlich überhaupt erst rentabel gemacht. Für Endverbraucher, die eine Photovoltaik-Anlage betreiben, ergibt sich unter Anwendung des EEG, abhängig von der gewählten Technologie, evtl. Finanzierungskosten, sowie den Margen von Großhändlern und Monteur, derzeit Amortisationszeiten zwischen acht und fünfzehn Jahren, je nach Inbetriebnahmejahr. In Ländern ohne vergleichbare Subventionspolitik würde sich die gleiche Anlage (gleichbleibendes Klima vorausgesetzt) erst nach zehn bis dreißig Jahren amortisieren. Dennoch können Phototovoltaikanlagen gerade in Ländern ohne solche Subventionen wegen des geeigneteren Klimas häufig besonders wirtschaftlich betrieben werden (etwa in Ländern entlang des Äquators), da die Sonneneinstrahlung pro Fläche dort um ein Vielfaches höher ist.
Aufgrund eines massiven Überangebots sind die Preise für Solarstromanlagen im Jahr 2009 deutlich gefallen. Ein kWp schlüsselfertig installierte Leistung einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage war gemäß der Photon-Marktübersicht im April 2009 für teilweise 3150 Euro erhältlich. Den Preis, den man maximal bezahlen sollte, taxierte die Branchenzeitschrift Photon für 2009 auf 3450 Euro/kWp. Dieser Preis umfasst sämtliche Kosten, das heißt inklusive Module, Zubehör, Material, Montage und Netzanschluss. Nicht inbegriffen ist die Umsatzsteuer.[56]
Eine hierzulande installierte Anlage liefert in Süddeutschland nach dem aktuellen Stand der Technik einen Jahresertrag von etwa 850 bis 1200 kWh pro kWp, in Abhängigkeit von Zellentyp, Ausrichtung, Dachneigung, Sonneneinstrahlung und Temperatur: Das Wetter bietet nicht jedes Jahr die gleichen Einstrahlungswerte, in Simulationsrechnungen geht man von den gemittelten Werten der letzten zehn Jahre für den jeweiligen Standort aus.
Zu den Investitionskosten zählt auch die CO2-Kreislaufbilanz der Herstellung. Diese ist abhängig von der Erzeugungsart des eingesetzten Stroms im Rahmen der Herstellung, also innerhalb der gesamten Produktions- und Transportkette. Im Idealfall sind die CO2-Emissionen durch den Einsatz regenerativer Energien im Rahmen der Herstellung gleich null, erhöhen sich aber typischerweise durch Grauenergien während des Transportes (etwa durch den Betrieb von Verbrennungsmotoren in Schiffen und LKW), bzw. durch weitere Grauenergien im Rahmen der Anfahrt und den Inbetriebnahme-Arbeiten des Monteurs vor Ort.
Aus der Absicht, durch Photovoltaik Strom zu erzeugen, ergibt sich ein Interesse an der kurzfristigen Amortisation des während der Herstellung eingesetzten Stroms. Die Zeiten bis zur energetischen Amortisation betragen technologieabhängig zwischen etwa drei Monaten bei in Drucktechnik hergestellten Dünnschichtmodulen, etwa drei Jahren bei typischen Cadmiumtellurid-Dünnschichtmodulen, bis zu deutlich über fünf Jahren bei monokristallinen Siliziummodulen. Die Energieaufwändigkeit verschiedener Herstellungsverfahren korreliert in etwa mit den Herstellungskosten, wodurch sich beim Kauf von Modulen aus weniger energieaufwändigeren Verfahren typischerweise ein Preisvorteil bei den Anschaffungskosten ergibt.