Anwendungen der Photovoltaik: Isolierte Netze und Netzanbindung

Anwendungen der Photovoltaik

Es gibt eine Reihe von elektrischen Geräten, die durch Photovoltaik mit Strom versorgt werden können. Diese lassen sich in zwei Hauptgruppen klassifizieren:

Isolierte Netz-Anwendungen (Stand-alone)

Dies sind Anlagen, bei denen die Stromerzeugung für den Eigenverbrauch genutzt wird. Innerhalb dieser Gruppe finden sich:

• Space-Anwendungen
• Ländliche Elektrifizierung mit Einzelsystemen
• Beleuchtung
• Photovoltaische Wasserpumpen: Dies ist eine der wichtigsten Anwendungen der Photovoltaik. Ihr Hauptvorteil ist, dass keine Batterien benötigt werden, da die Sonnenenergie direkt zur Umwandlung von Wasserpotenzial genutzt wird. Diese Systeme sind sehr zuverlässig, weshalb sie weltweit tausendfach eingesetzt werden. Die Leistung des Stromerzeugers liegt typischerweise zwischen 1 und 10 kWp, mit einer Fördermenge zwischen 500 und 4.000 m³/Tag.
• Telefonie und Telekommunikation
• Kathodenschutzsysteme

Anwendungen in Verbindung mit dem Netz (Netzanbindung)

Hier wird der tagsüber erzeugte Strom in das öffentliche Netz eingespeist. Dazu gehören:

• Gebäudeintegrierte Anlagen (BIPV): Die Technologie ist modular aufgebaut. Es ist möglich, die Module an verschiedenen tragenden Strukturen des Gebäudes anzubringen, sodass das Gebäude selbst die Gestaltung der Installation bestimmt. Diese Art der Installation ist besonders wichtig in Ländern wie Deutschland und Japan. Japan beherbergt die größte gebäudeintegrierte Anlage in einer Sharp-Fabrik mit 5,21 MWp installierter Leistung. Der Vorteil dieser Anlagen ist, dass sie keinen zusätzlichen Platz beanspruchen, was gerade in dicht besiedelten Gebieten eine einzigartige Möglichkeit bietet, da andere erneuerbare Energien Freiflächen für die Installation benötigen. Wenn die Anlage in das Gebäude integriert wird, kann sie vollständig ästhetisch angepasst werden und sogar andere Funktionen wie die eines Innenhofs oder einer Markise übernehmen.
• Weitere Installationen: Zum Beispiel Lärmschutzwände an Autobahnen oder Bahnstrecken sowie Parkplatzüberdachungen.

Konzept der Globalstrahlung und ihrer Komponenten

Die Strahlung, die die Erdatmosphäre außerhalb erreicht, wird als extra-atmosphärische Strahlung bezeichnet. Auf ihrem Weg interagiert sie mit den atmosphärischen Komponenten durch Absorptions-, Reflexions- und Streuungsprozesse. Aus diesem Grund erreicht die Strahlung die Erdoberfläche mit weniger Energie. Die Strahlung, die aus dem Rest des Himmels kommt, wird als diffuse Komponente bezeichnet.

Der Photovoltaik-Generator erfasst zusätzlich zu diesen beiden Komponenten auch die von der Erde reflektierte Strahlung, die als Albedo-Strahlung bekannt ist. Durch die Addition dieser drei Komponenten – direkt (B), diffus (D) und Albedo (R) – erhält man die Globalstrahlung. Zur Messung der Globalstrahlung werden spezielle Geräte verwendet, die als Pyranometer bezeichnet werden.