In einer Welt, in der Nachhaltigkeit und erneuerbare Energie an erster Stelle stehen, ist es wichtig, die Funktionsweise von Photovoltaikanlagen zu verstehen. Vectura, der belgische Spezialist für nachhaltige Energielösungen, bietet Ihnen einen detaillierten Einblick in den Prozess der Umwandlung von Sonnenlicht in saubere und erneuerbare Elektrizität.

Was ist ein Photovoltaik-Solarkraftwerk?

Ein photovoltaisches Solarkraftwerk ist eine Anlage, die die Lichtenergie der Sonne einfängt und in Elektrizität umwandelt. Im Gegensatz zu einem thermischen Solarkraftwerk, das Wärme nutzt, nutzt ein Photovoltaikkraftwerk die Eigenschaften von Halbleiterzellen, um elektrischen Strom zu erzeugen.

Die wichtigsten Schritte beim Betrieb einer Photovoltaikanlage

Der Betrieb basiert auf einem mehrstufigen Prozess:

  1. Einfangen von Sonnenstrahlen: Solarpaneele, die aus photovoltaischen Zellen bestehen, fangen das Sonnenlicht ein.
  2. Umwandlung von Lichtenergie in Elektrizität: Die Zellen nutzen den photovoltaischen Effekt, um einen elektrischen Gleichstrom zu erzeugen.
  3. Umwandlung des Stroms: Die Wechselrichter wandeln diesen Gleichstrom in Wechselstrom um.
  4. Netzanschluss: Der Wechselstrom wird dann über Transformatoren an das Stromnetz weitergeleitet.

Die Komponenten des Betriebs einer Photovoltaikanlage

Eine Photovoltaikanlage ist ein großer, komplexer Komplex, der Folgendes umfasst:

  • Photovoltaikpaneele: Die Paneele sind das sichtbarste Element einer Photovoltaikanlage. Sie bestehen aus Solarzellen, die das Sonnenlicht einfangen und in Elektrizität umwandeln.
  • Wechselrichter: Die Wechselrichter wandeln den von den Photovoltaikmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Dieser Schritt ist für den Betrieb einer PV-Anlage wichtig, da er den Strom mit dem globalen Stromnetz kompatibel und somit nutzbar macht.
  • Verschiedene Kabel: Kabel und Anschlüsse spielen eine wesentliche Rolle bei der Verbindung der PV-Module untereinander, aber auch bei der Verbindung mit den Wechselrichtern und dem Stromnetz. Ihre Qualität und Stärke bestimmen die Entfernung, die der Strom ohne Energieverlust zurücklegen kann.

Auch andere Komponenten können für den Betrieb einer PV-Anlage von Bedeutung sein: Unterkonstruktionen, Sonnenverfolgungssysteme (zur Optimierung der Effizienz), Überspannungsableiter etc.

Die Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität in einem Solarkraftwerk

Das Herzstück eines Solarmoduls ist der photovoltaische Effekt:

  • Photovoltaikzellen, die hauptsächlich aus Silizium bestehen, fangen das Sonnenlicht ein.
  • Dieses Licht erzeugt einen Strom vonElektronen, wodurch ein elektrischer Gleichstrom entsteht.
  • Dieser Prozess wandelt Lichtenergie direkt in elektrische Energie um, ohne bewegliche Teile oder Emissionen.

Die 5 wichtigsten Schritte zur Stromerzeugung in einer Photovoltaikanlage

Der Weg vom Sonnenlicht zur Elektrizität in unseren Haushalten besteht aus mehreren Schritten:

  • Einfangen: Das Licht wird von den Sonnenkollektoren eingefangen.
  • Umwandlung: Die Zellen wandeln dieses Licht in Gleichstrom um.
  • Transport: Dieser Strom wird zu den Wechselrichtern transportiert.
  • Umwandlung: Die Wechselrichter wandeln diesen Strom in Wechselstrom um.
  • Einspeisung: Der Strom wird schließlich in das Stromnetz eingespeist.

Einfache Analogie, um die Funktionsweise einer Photovoltaikanlage zu verstehen.

Stellen Sie sich den Betrieb einer Photovoltaikanlage wie eine hochentwickelte Fabrik vor. Die Photovoltaikmodule sind die Fenster, die das Sonnenlicht einfangen. Die Solarzellen sind die Maschinen, die dieses Licht in elektrische Energie (Gleichstrom) umwandeln. Und die Wechselrichter sind die Transformatoren, die diese Energie für den täglichen Gebrauch anpassen und bereit sind, über das Stromnetz verteilt zu werden (Wechselstrom).

Welche Art von Strom wird in einer Photovoltaikanlage verwendet?

Beim Betrieb einer Photovoltaikanlage wird durch die Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität zunächst Gleichstrom (DC) erzeugt. Dieser Strom wird dann von einem Wechselrichter in Wechselstrom (AC) umgewandelt, so dass er mit den Stromnetzen von Haushalten und Industrie kompatibel ist. Gleichstrom mit seinem konstanten Elektronenfluss ist optimal für die Energiespeicherung wie z.B. Batteriespeicher, während Wechselstrom, der periodisch seine Richtung ändert, für die Energieverteilung in großem Maßstab geeignet ist. Dieser Übergang zwischen Gleich- und Wechselstrom ist ein grundlegender Aspekt des Betriebs einer Photovoltaikanlage, der die Effizienz und Praktikabilität der Nutzung von Solarenergie gewährleistet.

Die verschiedenen Arten von Solarkraftwerken und ihre Funktionsweise

Die Nutzung von Solarenergie nimmt stetig zu und damit auch die Vielfalt der Arten von Photovoltaikanlagen. Vectura, der Experte für nachhaltige Energielösungen, bietet Ihnen einen Überblick über die verschiedenen Arten von Photovoltaikanlagen, die jeweils auf spezifische Bedürfnisse und Umgebungen zugeschnitten sind.

1. Photovoltaikanlagen am Boden

Freiflächen-Photovoltaikanlagen werden typischerweise auf großen Flächen, oft in ländlichen Gebieten, errichtet. Sie zeichnen sich durch eine große Fläche von Photovoltaikmodulen aus, die auf dem Boden aufgereiht sind.

Vorteile :

  • Große Produktionskapazität: Aufgrund ihrer Größe können diese Kraftwerke eine bedeutende Menge an Elektrizität erzeugen.
  • Geringere Installationskosten: Die Installation auf flachem und offenem Gelände senkt die Kosten. Der Betrieb dieser Photovoltaikanlagen ermöglicht es, die Exposition des Geländes durch eine nach Süden ausgerichtete Installation maximal auszunutzen.

Nachteile :

  • Visuelle Auswirkungen: Diese Anlagen können die Ästhetik der natürlichen Landschaft beeinträchtigen.
  • Beanspruchung von Ackerland: Die Nutzung von potenziell kultivierbarem Land kann ein Streitpunkt sein. Idealerweise sollten die Kraftwerke auf wenig fruchtbarem oder geneigtem Land errichtet werden, das schwer zu bewirtschaften ist.

2. Photovoltaikanlagen auf Dächern

Diese Anlagen werden auf den Dächern von Wohn-, Gewerbe- und Industriegebäuden installiert. Sie ermöglichen die Nutzung von Flächen, die häufig ungenutzt bleiben. Der Betrieb dieser Photovoltaikanlagen ermöglicht es dem Unternehmen, das die Gebäude nutzt, kostengünstigen Strom zu beziehen und in einigen Fällen finanzielle Vorteile zu erhalten. In Anbetracht der zunehmenden Beliebtheit von Ladestationen für Elektroautos stellen diese Anlagen in der Regel einen Mehrwert für die Gebäude dar.

Vorteile :

  • Architektonische Integration: Die Paneele können so gestaltet werden, dass sie mit der Ästhetik des Gebäudes harmonieren.
  • Nutzung von ungenutzter Fläche: Sie bieten eine praktische Lösung, ohne dass zusätzliches Land benötigt wird.

Nachteile :

  • Begrenzte Produktionskapazität: Die Größe und Ausrichtung des Daches kann die Menge der produzierten Energie begrenzen.
  • Abhängigkeit von der Gebäudestruktur : Die Tragfähigkeit des Daches kann die Installation einschränken. Obwohl diese Strukturen relativ leicht sind, erfordern sie eine vorherige Überprüfung der strukturellen Stabilität.

3. Schwimmende Kraftwerke

Ein innovatives Konzept, bei dem diese Kraftwerke auf Wasserflächen wie Seen oder künstlichen Teichen installiert werden. Der Betrieb dieser PV-Kraftwerke ermöglicht es, eine ansonsten „verlorene“ Fläche zu nutzen, um erschwinglichen Strom zu erzeugen.

Vorteile :

  • Geringe visuelle Auswirkungen: Aufgrund ihrer Lage auf dem Wasser sind sie visuell weniger aufdringlich als andere Photovoltaikanlagen.
  • Reduzierung der Wasserverdunstung: Die Paneele helfen, die Verdunstung von Wasserflächen durch Schattenwurf zu reduzieren.

Nachteile :

  • Höhere Installationskosten: Die technischen Herausforderungen bei der Installation auf dem Wasser erhöhen die Kosten für die Installation und den Betrieb dieser Photovoltaikanlagen.
  • Komplexere Wartung: Zugang und Wartung dieser Einrichtungen können aufgrund ihrer Lage schwieriger sein.

4. Photovoltaik-Parkplatz und Solarschatten

Eine bemerkenswerte Innovation im Bereich der Photovoltaikanlagen sind Photovoltaik-Parkplätze, die mit Solarschattierungen ausgestattet sind. Diese Anlagen ermöglichen es, den Schutz von Fahrzeugen mit der Optimierung des Energiepotenzials einer ungenutzten Fläche zu verbinden. Der Betrieb dieser Photovoltaikanlagen ermöglicht es, vor Ort Strom zu erzeugen, der zum Aufladen von Elektro- und Hybridfahrzeugen an Ladestationen benötigt wird.

Vorteile :

  • Vielseitige Stromerzeugung : Diese Strukturen produzieren nicht nur Strom, sondern können auch Ladestationen für Elektrofahrzeuge betreiben und bieten so eine intelligente Energielösung.
  • Schutz von Fahrzeugen: Neben der Energieerzeugung bieten Solarschattierungen auch Schutz vor Wetter und Sonne für die darunter geparkten Fahrzeuge. Schluss mit heißen Autos im Sommer oder der Angst vor Hagelkörnern und Schnee.

Nachteile :

  • Abhängigkeit vom Parkplatz: Die Durchführbarkeit und die Produktionskapazität hängen von der Größe und der Konfiguration des Parkplatzes ab, der Ihnen zur Verfügung steht.
  • Installationskosten: Obwohl diese Installationen einen erheblichen Mehrwert für Ihren Außenbereich darstellen, kann ihre Installation aufgrund der Höhe, in der die Paneele montiert werden müssen, eine größere Anfangsinvestition darstellen.

Was sind die Schritte in Wallonien, um ein Projekt für eine Photovoltaikanlage zu untersuchen und zu entwerfen?

PHASE 1: Entwicklung des Solarprojekts

Die erste Phase besteht aus der Analyse des Potenzials des für den Solarpark vorgesehenen Standorts und der Durchführung verschiedener technischer und umweltbezogener Studien.

  • Untersuchung des Solarpotenzials: In diesem Schritt wird der Grad der Sonneneinstrahlung am Standort bewertet, um die Durchführbarkeit und Effizienz des Projekts zu bestimmen. Werkzeuge wie Solarmodellierung und Sensoren vor Ort ermöglichen eine genaue Messung der Sonneneinstrahlung.
  • Umweltstudien: Diese sind erforderlich, um die potenziellen Auswirkungen des Projekts auf die Biodiversität, das Wasser, den Boden und die umliegenden Ökosysteme zu bewerten. Dazu gehören auch Beratungen mit Ökologieexperten und Feldstudien.
  • Projektdesign: Auf der Grundlage der Ergebnisse der Studien wird ein geeignetes Design des Parks entwickelt. Dabei werden die lokalen Beschränkungen, die Raumoptimierung und die Art der zu verwendenden Solartechnologie (fest installiert, Tracker usw.) berücksichtigt.

PHASE 2: Beantragung der belgischen Genehmigung und gesetzlichen Erlaubnis

Die Genehmigungsphase ist entscheidend, um die notwendigen Genehmigungen für den Start des Projekts zu erhalten.

  • Baugenehmigung: Je nach Region müssen spezifische Genehmigungen eingeholt werden, wie z.B. die einmalige Genehmigung der Klasse 2 in Belgien. Diese Phase umfasst öffentliche Anhörungen, um die Meinungen der Anwohner und anderer Interessengruppen einzuholen.
  • Öffentliche Anhörung: Eine öffentliche Anhörung wird durchgeführt, um die potenziellen Auswirkungen des Projekts zu bewerten und die Einwände oder Vorschläge der lokalen Gemeinschaft zu sammeln.
  • Entscheidung der Behörden: Die technischen Beamten und die lokalen Behörden prüfen die eingereichten Studien und entscheiden, ob das Projekt genehmigt werden kann. Sobald die Genehmigung erteilt wurde, kann das Projekt in die nächste Phase übergehen.

PHASE 3: Ausführung der Photovoltaikanlage

Die Bauphase markiert den Beginn der Umwandlung des Projekts in eine konkrete Realität.

  • Baubeginn: Die Bauarbeiten beginnen mit der Installation der Fundamente und der Stützstrukturen für die Solarpaneele. Diese Installationen können ohne Beton ausgeführt werden, um die Umweltbelastung zu reduzieren, indem im Boden verankerte Metallstrukturen verwendet werden.
  • Installation der Solarpaneele und Kabel: Die Solarpaneele werden dann auf den Strukturen montiert und die Kabel, die für den Anschluss an das Stromnetz erforderlich sind, werden unterirdisch verlegt. Dies beinhaltet auch die Installation der Wechselrichter, die den Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln.
  • Netzanschluss: Nach der Installation der Module wird der Park an das örtliche Stromnetz angeschlossen, um nach Abschluss der Bauarbeiten mit der Energieproduktion zu beginnen.

PHASE 4: Betrieb und Verwaltung des Parks

Nach dem Bau geht der Solarpark in die Betriebsphase über und produziert Strom für eine erwartete Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten.

  • Inbetriebnahme und Beginn der Produktion: Sobald alles eingerichtet ist, wird der Park in Betrieb genommen und beginnt mit der Produktion von grünem Strom. Es werden erste Tests durchgeführt, um sicherzustellen, dass alles ordnungsgemäß funktioniert.
  • Management und Wartung: Während der gesamten Lebensdauer des Parks (ca. 30 Jahre) wird eine regelmäßige Überwachung durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Solarmodule mit ihrer optimalen Kapazität arbeiten. Die Wartung umfasst die Reinigung der Paneele und die Reparatur von Komponenten, falls erforderlich.
  • Abbau und Recycling: Am Ende der Lebensdauer des Parks werden die Solarmodule abgebaut, recycelt und der Standort in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt. Dadurch wird sichergestellt, dass das Projekt während seines gesamten Lebenszyklus nachhaltig bleibt und keine negativen Spuren in der Umwelt hinterlässt.

Die Geschichte der Solarparks in Belgien und der Welt

Zaghafte Anfänge in den 2000er Jahren

Der erste Solarpark in Belgien wurde in den frühen 2000er Jahren errichtet und markierte den Beginn der Entwicklung der Photovoltaik in diesem Land. Obwohl dieses erste Projekt im Vergleich zu den heutigen Standards bescheiden war, ebnete es den Weg für eine breitere Akzeptanz dieser Technologie. Seitdem sind in Belgien zahlreiche Solarprojekte entstanden, insbesondere dank der staatlichen Anreize und der Einführung von grünen Zertifikaten, die Investitionen in erneuerbare Energien gefördert haben.

Ein Aufschwung für den Sektor

Die wichtigste Entwicklung erfolgte ab 2008 mit der Einführung robusterer Fördermaßnahmen, ähnlich den in Deutschland eingeführten Einspeisetarifen. Dies führte zum Bau mehrerer großer Solarparks im ganzen Land. Heute gibt es in Belgien mehrere hundert Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von mehr als 1 MWp und einige Standorte mit einer Leistung von mehr als 10 MWp.

Parallel dazu haben auch Länder wie die USA, China, Spanien und Indien massiv in Solarenergie investiert, und Belgien bemüht sich, diesen Rückstand aufzuholen, indem es sich auf innovative Projekte wie schwimmende Parks und Installationen auf Industriedächern konzentriert.

Chancen für ehrgeizige belgische Projekte

Bis 2024 will Belgien seine Solarkapazität mit Großprojekten erheblich ausbauen, insbesondere in den Regionen Flandern und Wallonien, wo Parks mit mehreren hundert MWp entwickelt werden, die zum Ziel der Reduzierung der CO2-Emissionen und der Energieunabhängigkeit des Landes beitragen sollen. Obwohl Belgien noch nicht auf dem Niveau großer Solarmächte wie Deutschland oder Italien ist, spielt es weiterhin eine Schlüsselrolle bei der Energiewende in der Europäischen Union.

Haben Sie weitere Fragen zu einem technischen und ehrgeizigen Photovoltaikprojekt?

Vectura ist bekannt für seine Expertise bei der Realisierung anspruchsvoller und komplexer Photovoltaikprojekte. Mit unserer langjährigen Erfahrung auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien unterstützen wir unsere Kunden in jeder Phase des Prozesses, von Machbarkeitsstudien bis hin zur Wartung und dem Betrieb der Anlagen. Mit einem multidisziplinären Team sind wir in der Lage, große Projekte zu managen und dabei die technischen, ökologischen und regulatorischen Herausforderungen zu bewältigen.