home

Fotovoltaikanlage
 

Solarstrom vom Dach der Käthe-Kollwitz-Realschule

fotovoltaik

>>> Leistungsdaten der Photovoltaikanlage Solarstromdaten.de

Aktuelle Daten sind in ebenfalls in diesen Grafiken ablesbar:



Die Schüler der KKS haben Ihre Zukunft in der Hand - oder besser gesagt auf dem Dach. Im Jahr 2005 planten und realisierten sie ihre eigene Solarstromanlage auf dem Schuldach. Am 06.12.2006 haben wir in einer Forumsveranstaltung mit Vertretern der Stadt, Sponsoren, der Elternschaft und natürlich mit Schülern und Lehrern unsere neue Fotovoltaikanlage eingeweiht.

Unsere Fotovoltaikanlage ist fester Bestandteil des Schulalltags. Eine Schülergruppe kümmert sich um die Wartung und Instandhaltung, andere Schüler kümmern sich um die Dokumentation der Stromeinspeisung und die Überprüfung der elektrischen Teile. In den naturwissenschaftlichen Fächern dient die Anlage der praktischen Anschauung und der Auswertung für alternative Energieerzeugung. Der Bau und die Nutzung unserer Fotovoltaikanlage tragen erheblich zur Profilbildung der KKS bei.

Warum gerade eine Fotovoltaikanlage an der Schule?

warum fotovoltaik

Unser Projekt stellt einen, wenn auch sehr kleinen Beitrag zu einer umweltfreundlichen Stromerzeugung und somit zu einer zukunftsträchtigen Entwicklung dar. Es soll ein Zeichen in Sachen Klimaschutz setzen und sichtbar machen, dass ein Umsteuern in diesem Bereich notwendig und möglich ist. Allein durch unsere kleine Fotovoltaikanlage werden jährlich etwa 1200 kg CO2 eingespart. Darüber hinaus trägt unser Projekt dazu bei, die Nachfrage nach dieser Technologie zu vergrößern. lm Rahmen des schulischen Auftrages soll es aber auch Vorbild- und Modellfunktion haben und die Schüler und Lehrer zu einer aktiven Auseinandersetzung mit einer Zukunftstechnologie anregen.
Selbst an kurzen sonnigen Wintertagen wurden schon mehrfach 6 kWh pro Tag produziert. Die Anlage hat eine Spitzenleistung von ca. 2200 Watt und soll pro Jahr etwa 1900 kWh liefern, womit etwa 50% des elektrischen Energiebedarfs eines 4-Personen-Haushaltes abgedeckt werden können.

Welche Vorteile haben Solarzellen?


· Solarzellen können zu Solarstromgeneratoren jeder beliebigen Größe zusammengestellt werden
· Solarzellen benötigen keinen "Treibstoff"
· Solarzellen haben keinen Verschleiß
· Solarzellen erzeugen bei der Stromproduktion weder Schmutz, noch Lärm, Abgase oder Gestank
· Die Sonne ist die größte und sicherste Energiequelle. Sie steht garantiert noch einige Milliarden Jahre zur Verfügung
· Solarenergie wird direkt vor Ort genutzt. Es entstehen keine Transportkosten und keine großen Leitungsverluste
· Die Energie zur Herstellung einer PV-Anlage ist nach etwa fünf Jahren erwirtschaftet. Danach liefert die Solaranlage reine Energiegewinne
· Solaranlagen sind technisch ausgereift, haben eine lange Lebensdauer und sind eine Wertsteigerung des Hauses
· Solaranlagen stehen für Lebensqualität und zeigen Umweltbewusstsein
· Das Prinzip der Nachhaltigkeit wird täglich durch die Solarenergie in die Tat umgesetzt
· Solarenergie ist CO2- und schadstofffrei und somit absolut umweltfreundlich
· Solarenergie macht unabhängiger von Energiepreisänderungen. Hat man einmal in die Solarenergieanlage investiert, hat man wenig Folgekosten
· Durch Solarenergie können fossile Brennstoffe eingespart werden Anstatt einen wertvollen Bodenschatz wie Erdöl zu verbrennen, wird er als Rohstoff eingesetzt (z.B. für die Produktion von Kunststofferzeugnissen). Solarenergie leistet somit einen wichtigen Beitrag, die Reichweite fossiler Energien zu verlängern
· Regional können Arbeitsplätze entstehen. Neue Exportmöglichkeiten werden geschaffen, denn schließlich sind innovative Energietechniken weltweit gefragt

fotovoltaik

Wie wurde unsere Fotovoltaikanlage finanziert?

Die Finanzierung der Anlage war eine besondere Herausforderung.
Es mussten ca. 20.000 € organisiert werden. Ein Großteil wurde durch Schüler selbst in Form eines Sponsorenlaufs eingebracht (13660€). Weitere Mittel wurden durch die Verbundsparkasse Emsdetten-Ochtrup, die Raumfabrik Schöpker, verschiedene Emsdettener Unternehmen, Privatspender und durch Fördermittel des Bundes und des Landes zur Verfügung gestellt.
Die Anlage ist somit vollständig finanziert, die Aufnahme von Fremdmitteln war nicht mehr notwendig.
Dadurch erwirtschaftet die Anlage ab dem 1. Betriebstag gewinnbringende Einnahmen, die vollständig in den naturwissenschaftlichen Unterricht zurückfließen.
Diese zusätzlichen Einnahmen, die über 20 Jahre erwirtschaftet werden, sorgen für eine über den Grundbedarf hinausführende Ausstattung des naturwissenschaftlichen Unterrichts. Dies wird ein deutlicher Beitrag zur Verbesserung und Entwicklung des Unterrichts sein.

Wie entsteht in einer Solarzelle aus Sonnenlicht Strom?

Wenn Licht auf eine Solarzelle trifft, geschieht im Prinzip das gleiche, wie wenn sich ein Fahrraddynamo dreht. Ladungsträger werden zwischen zwei Polen getrennt. An einem Pol sammeln sich positive, am anderen negative Ladungsträger - Plus und Minus. Es entsteht ein Energiepotential in Form einer elektrischen Spannung. Schließt man den Stromkreis zwischen den beiden Polen über einen Verbraucher, fließt Strom. Wie der Fahrraddynamo immer dann elektrische Energie erzeugt, wenn sich der Rotor dreht, so produziert die Solarzelle Strom, wenn Licht auf die Oberfläche trifft.

wie entsteht Strom

Der Fotoeffekt

Lichtelektrischer Effekt
Solarzellen beruhen hauptsächlich auf dem lichtelektrischen Effekt, dass Photonen beim Auftreffen auf bestimmte Materialien Elektronen aus ihrem festen Zusammenhalt herausschlagen. Wenn nun Licht auf die Solarzelle fällt, d.h. Photonen auf das Silicium treffen, treten mehrere Fälle auf: Zum einen kann passieren, dass die auftreffenden Photonen nicht eine bestimmte, vom Material und den äußeren Umständen abhängige Energie besitzen, die nötig ist, ein Elektron aus seinem Verband herauszulösen. In diesem Fall wird das Photon zu Gunsten von Wärme absorbiert (auch falls das Photon überschüssige Energie besitzt).

Elektronen wandern
Sind die auftreffenden Photonen aber solche mit mindestens der Energie, die sie zum Herauslösen der Elektronen brauchen, so können wieder zwei Fälle auftreten:
a. Es werden Elektronen aus der n-Schicht herausgeschlagen. Durch die höhere Potentialdifferenz der n-Schicht und dem elektrischen Feld am p-n-Übergang wandern die frei gewordenen Elektronen zum Frontkontakt.
b. Es werden Elektronen aus der p-Schicht herausgeschlagen. Diese Elektronen bleiben entweder in der p-Schicht und rekombinieren sich wieder mit den erzeugten positiven Löchern, oder sie werden durch den p-n-Übergang in die n-Schicht geschleudert und wandern dort auch zum Frontkontakt.

Löcher wandern
Durch die übriggebliebenen Löcher wird nun eine Kettenreaktion eingeleitet. Ein entstandenes Loch wird nun von einem, näher beim Rückkontakt liegenden, benachbarten Elektron "aufgefüllt", indem dieses in das Loch wandert. Das Elektron hinterlässt aber wiederum ein Loch, das aufgefüllt wird. Zur bildlichen Vorstellung: Das Loch wandert sozusagen zum Rückkontakt. Dieser Vorgang setzt sich so lange fort, bis das Loch direkt am Rückkontakt liegt. Durch das anfangs herausgelöste Elektron, das zum Frontkontakt gewandert ist, und das Loch am Rückkontakt, entsteht nun eine elektrische Spannung zwischen den beiden Kontakten der Solarzelle. Verbindet man diese Kontakte, fließt elektrischer Strom, da das Elektron außerhalb der Solarzelle vom Frontkontakt zum Rückkontakt "fließt". Wenn es dort angelangt ist, rekombiniert es sich mit dem entstandenen Loch. Durch diese Rekombination ist gewährleistet, dass die Solarzelle länger funktioniert.

Solarmodul – und generator
Da die Spannungen der einzelnen Solarzellen oft nur um die 1 Volt liegen, verschaltet man mehrere Solarzellen zu einem Solarmodul (Solarpanel), um Spannungen im Kleinspannungsbereich (bis 30 Volt) zu erzeugen. Bei größeren Solaranlagen (wie z.B. Fotovoltaik-Kraftwerken) zur Erzeugung von Netzspannungen oder Hochspannungen werden mehrere Solarpanele in Reihe und parallel zu Solargeneratoren zusammengeschaltet.

Wechselrichter
Diese Spannung kann man dann mit Wechselrichtern und Transformatoren in Wechselspannung umwandeln und so für den normalen "Hausgebrauch" mit 230 Volt Wechselspannung nutzbar machen bzw. in das übliche Stromnetz einspeisen. Außerdem ist es möglich, ebenfalls den üblichen Netzstrom mit in das System einfließen zu lassen.

Aufbau und Einweihung der Fotovoltaikanlage

In einer Projektwoche außerhalb des regulären Unterrichts fertigten Schüler verschiedener Klassenstufen Teile der Anlage.

Aufbau

Die Anlage wird auf das Schuldach gehoben und verkabelt.

Aufbau auf dem Dach

Schüler der Projektgruppe präsentieren dem Sponsor Verbundsparkasse Emsdetten/Ochtrup, Raumfabrik Schöpker (nicht anwesend) Bürgermeister Georg Moenikes, Vorsitzenden des Fördervereins Herrn Laumann und der Schulleitung die ersten montierten Module.

fotovoltaik_aufbau2.jpg

Einweihung der Anlage: 06.12.2006

 

Ein Wort des Dankes an unsere Sponsoren

An dieser Stelle möchten wir unseren Sponsoren und Unterstützern unseren herzlichen Dank aussprechen:

Verbund Sparkasse

Emsdetten/Ochtrup

Raumfabrik
Schöpker