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Ob als Kleinkraftwerk am heimischen Balkon, mit mehreren Kilowatt Leistung auf dem Hausdach oder als hektargroßer Solarpark neben der Autobahn: An Land ist Fotovoltaik ein Baustein beim Ersatz fossiler Energieträger und nimmt mehr und mehr zu. Gleichzeitig wächst bei vielen Eignern der Wunsch nach längerer Autarkie, also der Unabhängigkeit von Landstrom oder Dieselgenerator. Mit stromsparender LED-Technik und großen, effektiv zu ladenden Lithiumakkus sind die Voraussetzungen dafür in den letzten Jahren deutlich besser geworden.
Allerdings steigt auch der Komfortanspruch der Segler. Instrumente mit großen Farbdisplays, leistungsstarke Autopiloten, Radaranlagen, Wechselrichter und vielfältige Multimedia-Ausstattung gehören genauso zum Bordalltag wie Kühl- oder gar Tiefkühlschapps und die 230-Volt-Kaffeemaschine. In Summe nimmt der Energiebedarf der Yachten daher eher zu als ab. Zusätzliche Ladequellen sind also gefragt. Dabei steht die Fotovoltaik hoch im Kurs. „Wir erleben eine enorme Nachfrage“, attestiert Arne Gründel von Ferropilot. Der Elektronikspezialist vertreibt die Module des schwedischen Herstellers Sunbeam System.
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An Land lässt die weite Verbreitung die Preise purzeln. Ein 400-Watt-Glasmodul kostet inklusive Versand rund 100 Euro. Komplette Balkonkraftwerke mit 1000 Watt Solarleistung und 600-Watt-Wechselrichter gibt es steckerfertig mitunter schon für 450 Euro. Das entspricht 45 Cent bis 2,5 Euro pro Watt. Für den Einsatz an Bord sind die günstigen Glasmodule aber bestenfalls auf einem Geräteträger nutzbar. Sie sind schwer, bruchempfindlich, nicht begehbar und in der Regel mit sehr scharfkantigen Aluminiumrahmen versehen.
Unterschiedliche Solarmodule für den Bordgebrauch
Als bordtaugliche Variante kommen nur semiflexible Module infrage. Die bestehen zwar aus den gleichen Zellen, schlagen aber immer noch mit 2,7 bis 11,0 Euro pro Watt zu Buche. Das liegt zum einen am Wegfall der Mehrwertsteuer für Hausanlagen und zum anderen an den unterschiedlichen Stückzahlen.
Die ortsfesten Glasmodule sind nur in wenigen Baugrößen zu haben und werden vollautomatisiert produziert. Bei den semiflexiblen Modulen kocht dagegen jeder Hersteller sein eigenes Süppchen, was das Format, Layout und die Zellenbestückung angeht, das drückt die Stückzahl und erhöht die Produktionskosten.
Auf den ersten Blick lässt sich ein 50-Euro-Modul kaum von einem zehnmal so teuren Markenmodell unterscheiden. Tatsächlich ist der Grundaufbau der Module in etwa gleich. Bei den Zellen kommen praktisch ausschließlich monokristalline Siliziumzellen zum Einsatz, die in ein Sandwich aus mehreren Lagen Polymerkunststoff eingebettet sind. Doch damit enden die Gemeinsamkeiten auch schon. Wie genau das Sandwich aufgebaut ist, hat großen Einfluss auf die Lebensdauer der Module. Eine besonders hohe Flexibilität ist dabei nicht unbedingt zielführend. Denn die etwa 0,16 Millimeter starken Siliziumzellen sind brüchig und reagieren auf Punktbelastungen und Knicke extrem empfindlich.
Bei einem zu weichen Modulaufbau können die Zellen schon beim Handling während der Installation beschädigt werden. Problematisch ist auch der mobile Einsatz weicher Module. Denn je öfter das Modul bewegt wird, desto eher kommt es zu Zellenbrüchen oder Problemen mit der Kontaktierung. Die Module der Markenhersteller sind daher in der Regel steifer.
Noch einen Schritt weiter geht der deutsche Produzent Sunware. Durch eine zusätzliche Trägerplatte aus Aluminiumsandwich sinkt die Gefahr von Zellbrüchen, zudem werden die unvermeidlichen Temperaturunterschiede im Modul ausgeglichen, wodurch die Lebensdauer der Zellen steigt, siehe auch Seite 88.
Sonne hat starken Einfluss auf den Wirkungsgrad
Apropos Temperatur: Solarmodule heizen sich in der Sonne stark auf, sodass im Sommer nicht selten Temperaturen von 70 Grad und mehr erreicht werden. Das verschlechtert den Wirkungsgrad, bringt aber auch mechanische Probleme mit sich: Die Siliziumzellen haben eine sehr geringe thermische Ausdehnung, ganz im Gegensatz zu dem sie umschließenden Kunststoffsandwich. Dadurch arbeitet das Modul stark, Längenänderungen von mehreren Millimetern sind an der Tagesordnung. Problemstellen sind die elektrischen Verbindungen der Zellen, die dadurch regelrecht gefaltet und gestreckt werden und oft brechen. Das Risiko ist umso größer, je weniger Versteifungen das Modul hat und je dicker die Verbinder ausfallen.
Module mit sogenannter Multi-Busbar-Technik sind im Vorteil, da die einzelnen Verbinder dünner und flexibler sind. Zudem ist eine gewisse Redundanz vorhanden, beim Bruch eines Zellverbinders fällt also nicht gleich das ganze Modul aus.
Viel hängt aber auch von der Verarbeitung ab, wie Lasse Hochfeld von Flin-Solar aus Kiel bestätigt : „Wir hatten bei unseren ersten Modulserien einige Problem mit frühzeitigem Leistungsverlust durch Mikrorisse und Kontaktprobleme, obwohl sie in Europa gefertigt wurden. Daher haben wir den Lieferanten gewechselt und sind auf Multi-Busbar-Verbinder umgestiegen, die aktuellen Module sind wesentlich robuster.“
Vor- und Nachteile der Solarmodule
Noch ein Wort zu den Zellen. Hochpreisige Module sind häufig mit den Modellen von Sunpower bestückt. Mit bis zu 24 Prozent Wirkungsgrad gelten die Zellen oft als Nonplusultra. In der Praxis produziert aber auch Sunpower unterschiedliche Versionen. „Die Topausführungen sind derart teuer, dass sie eigentlich nur bei Spezialanwendungen wie dem Rennsport verwendet werden“, so Julian Schürer, Gründer und Geschäftsführer von Sunware.
Die normalen Versionen liegen nach seiner Aussage bei einem Wirkungsgrad von rund 22 Prozent, da ist zu herkömmlichen Zellen kaum ein Unterschied. Trotzdem hat die Sunpower-Zelle Vorteile, durch die vergleichsweise massive Kupfer-Rückseite ist sie mechanisch stabiler und verkraftet auch Temperaturschwankungen besser.
„Ein Nachteil ist, dass sie sich nicht schneiden lässt, es sind also nur Module mit ganzen Zellen möglich. Bei herkömmlichen Zellen können wir die Größe individuell zuschneiden. Daher nutzen wir die Sunpower-Zellen nicht bei den Standardmodulen“, so Schürer.
Insgesamt bietet der Markt gegenwärtig eine Vielzahl auch von bordtauglichen Optionen. Sie reichen von der simplen Solartasche für den mobilen Einsatz über das praktische Relingsmodul oder eine mit Solarzellen bestückte Sprayhood bis hin zum individuellen, in die Decksform eingepassten Stromlieferanten.
Verbindungstechnik
2 Bilder
Bauformen
Installationsvarianten für Solarmodule
Mit ihrer rutschfesten Oberfläche lassen sich semiflexible Module gut an Deck installieren – sofern man eine ausreichend große und halbwegs ebene Fläche zur Verfügung hat. Die einfachste Variante ist es, sie zu verschrauben. Etwas mehr Aufwand ist beim Verkleben nötig. Ideal sind selbstklebende Ausführungen, da die Klebebeschichtung die zum Modul passenden Eigenschaften besitzt und so auch die thermische Ausdehnung abfängt. Dauerelastische Dichtmassen lassen dem Modul mitunter zu wenig Bewegungsfreiheit, außerdem ist es kaum möglich, sie ohne Lufteinschlüsse zu verarbeiten. Wenn sich das Modul in der Sonne aufheizt, dehnt sich die Luft aus. An solchen Hügeln kommt es vermehrt zu Zellbrüchen. Eine gute Alternative können Sprayhood und Bimini sein.
Viele Anbieter haben dafür geeignete Module im Programm. Empfehlenswert sind mechanisch robuste Modelle wie die carbonverstärkten Ausführungen von Sunbeam System oder die TX- oder SX-Serien von Sunware. Zum gelegentlichen Nachladen am Ankerplatz sind mobile Lösungen ideal. Großer Vorteil dabei: Die Module können so ausgerichtet werden, dass sie die maximale Leistung bringen und kein Schatten auf sie fällt. Besonders platzsparend sind sogenannte Solartaschen, die oft mit einem Laderegler angeboten werden. Allerdings ist die übliche Verkabelung der Taschen alles andere als seetauglich und kaum wetterfest. Deutlich robuster sind die für den Bordgebrauch gedachten Faltmodule. Hängelösungen sind die Spezialität von Flin-Solar. Der Hersteller bietet mit den Sail und Kite genannten Modellen Module an, die sich ins Rigg ziehen lassen. Damit können vergleichsweise große Modulflächen realisiert werden. Pfiffig ist das für die Reling gedachte Flin-Rail, es lässt sich sehr bequem auf den Relingsdurchzug klipsen und zur Sonne ausrichten.
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