Wie funktioniert es?

Solarzellen werden auch Photovoltaik-Zellen genannt oder PV-Zellen abgekürzt und sind auf vielen kleinen Geräten wie Taschenrechnern und sogar auf Raumfahrzeugen zu finden. Sie bestehen aus Silizium, eine spezielle Art von geschmolzenem Quarzsand.

Wenn die Sonne auf die Solarzelle einstrahlt, werden Elektronen (rote Kreise) freigesetzt. Sie bewegen sich in Richtung der behandelten Oberseite (dunkelblaue Farbe). Es entsteht ein Elektronen-Ungleichgewicht zwischen der Ober-und Unterseite. Wenn die beiden Oberflächen über Metallkontakte verbunden sind, kann die elektrische Spannung zwischen den positiven und negativen Seiten abgegriffen werden.

Diese einzelnen Solarzellen werden zu PV-Modulen verschaltet, und die Module sind in eine Solaranlage zusammengefasst. Einige von den Solaranlagen werden mit Ortungsgeräten ausgestattet, die dem Sonnenlicht über den Tagesverlauf folgen können.

Eine PV-Anlage wandelt Solarenergie in Solarelektrizität für den Verbrauch von Elektrogeräten in Ihrem Haushalt um. Es besteht aus drei Teilsystemen.

*PV Kollektor

*Verbraucher

*Balance of System (BOS)

Der PV Kollektor produziert die Solarenergie durch die Umwandlung des Sonnenlichts in Gleichstrom.

Der Verbraucher ist einfach das Gerät, das den Strom verbraucht. Ihr Kühlschrank ist ein gutes Beispiel dafür.

Als BOS werden alle Kernkomponenten bezeichnet, die zwischen dem PV Kollektor und dem Haushaltsgerät angeschlossen sind. Dazu gehören sowohl das Montagesystem für den PV Kollektor, als auch der Wechselrichter zum Transformieren des erzeugten Gleichstroms in netztauglichen Wechselstrom, der vom Verbraucher genutzt wird, als auch der Batterienspeicher, der Energie bedarfsabhängig zur Verfügung stellt.

Montagesystem: Das Montagesystem ist erforderlich, um Ihre PV-Anlage in das Struktursystem im Haus zu integrieren

Array DC Trennschalter: unterbricht den Stromfluss aus der PV-Anlage, welcher bedeutend für die Systemwartung und Fehlerbehebung ist.

Laderegler: schützt den Batteriespeicher vor Überladung und auch Tiefentladung.

Batteriespeicher: Eine Gruppe von miteinander verbundenen Batterien, die die von der PV-Anlage zu produzierende Energie für den späteren Gebrauch bereitstellt.

PV Anlageüberwachung: ermöglicht Ihnen, die Leistung und den Status Ihrer PV-Anlage zu kontrollieren.

DC Haupttrennschalter: trennt den Stromfluss vom Batteriespeicher bis zum Wechselrichter.

Solar-Wechselrichter: PV-Anlagen erzeugen Gleichstrom (DC). Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Standard-Wechselstrom (AC) um.

AC Stromkasten: Dies ist das gleiche Leistungsschalterfeld, welches Sie bereits in Ihrem Haus haben. Hier werden der Strom aus PV-Array und das Dienstprogramm zu Ihnen nach Hause über die elektrische Anlage weitergeleitet.

Stromzähler: misst Stromverbrauch oder Stromerzeugung in Ihrem Haus.

Notstromaggregat: erzeugt den Wechselstrom, der in Gleichstrom durch den Wechselrichter fürs Speichern im Batteriespeicher umgewandelt wird.

Wie viel Energie erzeugen Solar-Module?

Der Wirkungsgrad eines Solar-Moduls, der angibt, welcher Teil der Strahlungsenergie in nutzbaren elektrischen Strom verwandelt wird, hängt von vielen klimatischen, geografischen und witterungsbedingten Faktoren ab. Arides Klima ist ideal für die Sonnenkollektoren, die noch mehr Energie dort produzieren, wo sie direkter Sonneneinstrahlung bei klarem Himmel ausgesetzt sind. Aber die erzielte Spitzenleistung eines Solarmoduls und die gelieferte Energie sind zwei sehr verschiedene Angelegenheiten. Es gibt Wege herauszufinden, wie viel Energie ein Solar-Modul produzieren könnte. Wenn ein Modul, zum Beispiel über eine Leistung von 180W verfügt, entspricht es seiner maximal möglichen Leistung bei Standardbedingungen, das heißt einer optimalen Sonneneinstrahlung von 1 000 Watt pro Quadratmeter. Leben Sie jedoch direkt auf dem Äquator, hat es keinen wesentlichen Einfluss auf das Solar-Modul. Der einfachste Weg es auszuarbeiten ist die Anzahl der Sonnenstunden an Ihrem Standort zu finden, die täglich empfangen werden, während deren die Bestrahlungsstärke durchschnittlich 1.000 Watt pro Quadratmeter erreicht. Nachdem Sie diesen Wert erhalten haben, können Sie den Wirkungsgrad des Solar-Moduls mit der Anzahl der Sonnenstunden an Ihrem Standort multiplizieren. Seien Sie sich bewusst, dass Sonnenstunden anhängig von der Saison mit den wenigsten Schwankungen im Winter sind.

Typen der Solar-Module

Grundsätzlich lassen sich die Module in 3 Varianten einteilen, die den Hausbesitzern zur Auswahl stehen:

Monokristalline Module

Polykristalline Module

Dünnschicht-Module

Aus einer Siliziumschmelze werden einkristalline Stäbe gezogen und anschließend in dünne Scheiben gesägt.

Polykristalline Solarzellen werden aus mehreren Siliziumkristallen hergestellt. Dabei wird flüssiges Silizium in Barren gegossen. Nach dem Abkühlen der Barren werden sie in Scheiben gesägt.

Dünnschicht-Solarzellen werden meist aus amorphem Silizium erzeugt, das als dünne Schicht auf ein Substratmaterial aus Glas oder Metall aufgesprüht wird. Im Gegensatz zu mono- und polykristallinen Modulen sind viele Dünnschicht-Module flexibel und können unterschiedlich eingesetzt werden.

Vergleich der Solar-Module

Sonnenkollektoren unterscheiden sich (zwischen monokristalline, polykristalline und amorphe) ja nach Art von Silizium, Effizienz, Kosten und physikalischer Struktur.

Monocrystalline Solarzellen

Diese Typen von Solarmodulen verwenden Solarzellen, die aus einem sehr reinen ganzen großen Kristall gesägt werden. Sie sind die effizienteste Art der Solarzellen, dafür auch die teuerste. Ihre Leistung ist etwas besser bei schlechten Lichtverhältnissen (aber auch nicht so gut wie es die Werbung versucht uns glaubwürdig zu machen). Der Gesamtwirkungsgrad liegt im Durchschnitt bei etwa 12-15%. Die meisten Module dieser Art haben eine Garantie von 20-25 Jahren. Sie sind meist blau-grau von der Farbe und haben eine ziemlich gleiche Festigkeit.

Polycrystalline Solar-Module

Die Struktur der polykristallinen Module ist kristallisiert, wie der Name vermuten lässt. Diese sind in der Regel etwa doppelt so effizient wie amorphe Zellen, die normalerweise als Industriestandard gelten. Der Wirkungsgrad liegt im Bereich zwischen 12-16%. Derzeit sind polykristalline Solarmodule am häufigsten vertreten. Sie sind etwas weniger effizient als Einkristalle, aber als Set in einem Rahmen mit 35 oder etwas mehr Zellen ergeben sie keinen tatsächlichen Unterschied in Watt pro Quadratmeter.

Amorphe Dünnschicht-Solar-Module

Amorphe Solarmodule nutzen locker miteinander verbundenes, nicht-kristallisiertes Silizium, das auf das Trägermaterial aufgesprüht wird. Diese werden allgemein als „Dünnschicht-Module“ bezeichnet. Sie sind für die parallelen Zeilen bekannt, deren Oberflächen abgedeckt sind. Diese Module sind in der Regel am billigsten, dafür aber am wenigsten effizient (7% Effizienz) und haben die kürzeste Lebensdauer (ca. fünf Jahre). Daher werden die Module meistens für Fahrzeuge und kleinere Gebäude verwendet.

Andere

Konzentrierte Photovoltaik-Solarmodule – Diese Art von Modulen ist mit einer Linse oder einem Spiegel ausgestattet, um die Energie der Sonne auf die einzelnen Solarzellen zu konzentrieren. In der Theorie ist diese Art von Modulen viel mehr effizienter, da weniger Solarzellen durch die Konzentration der Sonnenenergie benötigt wird, um die gleiche Menge an Energie zu erzeugen. Viele der konzentrierten Module nutzen eine Art von Linsen aus Kunststoff, so genannte Fresnel-Linsen zum Einsammeln von Sonnenenergie. Eine andere Art von konzentrierten Solar-Modulen, genannt HELIOtube, welches eine Reihe von Mulden verwendet, durch die die Bewegung der Sonne nachgeführt wird, um größere Sonneneinstrahlung auf die Solarzellen zu liefern. Konzentrierte Solar-Module erlauben die Anzahl an zur Stromerzeugung benötigten Photovoltaik zu reduzieren, und dadurch auch Platz für eine Photovoltaik-Anlage. Ihr Hauptnachteil ist, dass sie allein von direktem Licht abhängen, um Strom zu erzeugen, während Stand-alone-Photovoltaik-Module sowohl direktes als auch diffuses Licht nutzen können. In vielen Regionen gibt es nicht das ganze Jahr ausreichend direktes Licht für diese Systeme, um diese Art von Modulen in der Praxis anzuwenden. Ein weiterer Nachteil ist der Aufwand ihrer Konstruktion, die diese Systeme deutlich schwieriger zum Bauen und Installieren als herkömmliche PV-Anlagen macht. Die Konzentrierten Module sind auch erheblich schwerer als herkömmliche PV-Module und haben eine Reihe von beweglichen Teilen, wodurch sie häufiger als herkömmliche Module von einem Ausfall betroffen sind. Dieser Typ von Modulen eignet sich nicht für PV Solar-Systeme in Wohngebieten.

Gruppe III-V-Technikpaletten- Derzeit besteht reichlich Forschungsbedarf mit der Orientierung auf die Entwicklung der mehr fortgeschrittenen Solarzellen und Module. Solarzellen, die mit dieser Art von fortgeschrittenen Technologien entwickelt wurden, sind oft als Zellen der Gruppe II und IV bezeichnet. Diese Solarzellen wurden unter Verwendung einer Vielzahl an Materialien mit sehr hohem Wirkungsgrad entwickelt, um mehr von dem Lichtspektrum einzufangen. Ein typisches Material bei dieser Technologie ist Galliumarsenit, das mit anderen Materialien kombiniert werden kann, um Halbleiter zu kreieren, welche auf unterschiedliche Arten der Solarenergie reagieren können. Obwohl diese Technologien sehr effektiv sind, ist die heutige Nutzung aufgrund ihrer sehr hohen Kosten begrenzt. Derzeit werden sie nur für die Raumfahrtanwendungen mit Einsatz von Satelliten oder Lunar Rovers wie der Mars-Rover verwendet. Sonnenkollektoren der Gruppe III-IV können einen Wirkungsgrad bis 25% erreichen.

Bei den meisten Solarenergieanwendungen möchte der Hausbesitzer meistens entweder monokristalline oder polykristalline Solarzellen anschaffen. Welche der beiden hängt vom Preis ab. Da die meisten Probleme mit der Dachfläche auf der südlichen Seite haben, wird in der Regel von den amorphen Dünnschicht-Modulen abgeraten. Amorphe Solarzellen müssen viel größer sein, um so viel Energie zu erzeugen, wie Sie benötigen und die von anderen Arten von Modulen erzeugt werden kann. Die meisten Dächer bieten dafür nicht genügend Raum.