Die Funktionsweise von Photovoltaik Anlagen. Eine einfache Erklärung für ein komplexes Thema.
Photovoltaikanlagen sind eine großartige Möglichkeit, Geld zu sparen und gleichzeitig einen Beitrag zum Umweltschutz zu leisten. Aber wie genau funktionieren sie eigentlich? Photovoltaikanlagen sind aus modernen Innenstädten kaum noch wegzudenken und finden sich heutzutage auf immer mehr Dächern sowie Balkonen, Terrassen und Hausfassaden. Diese Anlagen werden genutzt, um aus Sonnenstrahlen Strom zu erzeugen. Doch wie funktioniert dieser Prozess? Lassen Sie uns gemeinsam einen vereinfachten Blick auf dieses komplexe Thema werfen.
Was versteht man unter Photovoltaik Anlagen?
Photovoltaik, ein Begriff abgeleitet aus den griechischen Wörtern "photos" (Licht) und "Volt" (elektrische Spannung), beschreibt ein Verfahren, bei dem Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Dies geschieht durch den Einsatz des photoelektrischen Effekts in Solarzellen, die Sonnenstrahlen in Gleichstrom umwandeln. Dieser Gleichstrom wird dann mithilfe eines Wechselrichters in den im Haushalt verwendbaren Wechselstrom umgewandelt. Übrigens: Der Begriff "Solaranlage" wird oft stellvertretend für "Photovoltaikanlage" verwendet, obwohl er eigentlich eine Sammelbezeichnung für Technologien ist, die Sonnenstrahlung nutzen, um Energie zu erzeugen. Dazu gehören sowohl Photovoltaik als auch Solarthermie-Anlagen.
Aus diesen Komponenten besteht jede Solaranlage
Ob es sich um traditionelle Solaranlagen auf Dächern, Balkonkraftwerke oder um Industrieanlagen handelt, Photovoltaikanlagen setzen sich aus mehreren, immer gleichen Komponenten zusammen: Solarmodule, Halterungen, diverse Kabel und ein Wechselrichter bilden die Grundausstattung. Optional kann auch ein Speicher angeschlossen werden um noch unabhängiger vom Netzanbieter und Stromschwankungen zu werden.
Photovoltaik Solarmodulen
Solarmodule sind die zentralen Bausteine von Photovoltaikanlagen. Sie bestehen aus mehreren Solarzellen, die in Reihe geschaltet sind. Diese Zellen wandeln Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um, indem sie den photoelektrischen Effekt nutzen. Die meisten Solarmodule bestehen aus Silizium und sind mit Glas und Aluminiumrahmen ummantelt, um sie vor Witterungseinflüssen zu schützen.
Photovoltaik Solarkabel
Es werden spezielle Kabel benötigt, die den Gleichstrom von den Solarmodulen zum Wechselrichter transportieren und dann den erzeugten Wechselstrom ins Stromnetz leiten. Sie sind darauf ausgelegt, den Witterungsbedingungen standzuhalten und sind besonders stabil und langlebig. Solarkabel spielen eine entscheidende Rolle bei der sicheren und effizienten Übertragung der erzeugten Solarenergie.
Photovoltaik Halterungen
Für Balkonkraftwerke gibt es verschiedene Halterungen, die je nach Art der Platzierung der Anlage verwendet werden. Diese Halterungen sind speziell entworfen, um die Solarmodule sicher und stabil auf dem Balkon zu befestigen. Dazu gehören Halterungen für Flachdächer, Gittergeländer von Balkonen, Hausfassaden, Betonbalkonen oder Schrägdächer. Jede Halterung ist darauf ausgelegt, eine optimale Ausrichtung der Solarmodule zu gewährleisten, um die Sonneneinstrahlung bestmöglich zu nutzen und eine effiziente Energieerzeugung zu ermöglichen.
Photovoltaik Wechselrichter
Der Wechselrichter ist ein entscheidendes Element in Photovoltaikanlagen. Er wandelt den erzeugten Gleichstrom der Solarzellen in den im Haushalt nutzbaren Wechselstrom um. Dadurch ermöglicht er die Einspeisung des erzeugten Stroms ins öffentliche Netz oder dessen direkte Verwendung im Haushalt. Es gibt auch Batterie-Wechselrichter, die den Strom für einen späteren Gebrauch speichern können.
Photovoltaik Stromspeicher
Ein Speicher für Solaranlagen ermöglicht die Zwischenspeicherung des überschüssigen erzeugten Stroms, der nicht sofort verbraucht wird. Dieser gespeicherte Strom kann dann zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden, wenn die Sonnenenergie nicht verfügbar ist, beispielsweise nachts oder an bewölkten Tagen. Durch die Integration eines Speichersystems wird die Unabhängigkeit von externen Stromquellen erhöht und der Eigenverbrauch des erzeugten Solarstroms optimiert. Somit trägt ein Speicher zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Effizienz einer Solaranlage bei.
Aufbau und Funktionsweise
Photovoltaik Solarmodulen
Solarmodule bestehen aus mehreren Solarzellen, die miteinander verbunden sind. Jede Solarzelle besteht aus zwei Silizium-Halbleiterschichten, die durch eine Übergangsschicht voneinander getrennt sind. Durch die Einstrahlung von Sonnenlicht werden Elektronen in Bewegung gesetzt, was einen Stromfluss erzeugt. Die Solarzellen sind mit metallischen Leiterbahnen verbunden, über die der erzeugte Strom abgeleitet wird.
Die Leistung eines Solarmoduls hängt von der Anzahl und der Effizienz der enthaltenen Solarzellen sowie von der Intensität des einfallenden Sonnenlichts ab. Monokristalline Siliziumzellen haben in der Regel eine höhere Effizienz als polykristalline oder Dünnschicht-Module. Die maximale Leistung eines Solarmoduls wird in Wattpeak (Wp) angegeben und kann je nach Größe und Typ des Moduls variieren.
Die Menge an Energie, die Solarzellen erzeugen können, ist ebenfalls von verschiedenen Faktoren abhängig, darunter die Größe der Anlage, die Ausrichtung und Neigung der Module, sowie die Sonneneinstrahlung am Standort. Eine typische Solaranlage kann genug Energie produzieren, um einen erheblichen Teil des Strombedarfs eines Haushalts zu decken, und je nach Größe und Effizienz der Anlage sogar Überschussstrom ins Netz einspeisen.
Welche Arten von Photovoltaik Solarmodulen gibt es derzeit am Markt?
Es gibt verschiedene Arten von Solarmodulen, die sich in ihrem Aufbau und ihren Eigenschaften unterscheiden:
Monokristalline Siliziumzellen: Diese Module bestehen aus einem einzigen Siliziumkristall und zeichnen sich durch eine hohe Effizienz aus. Sie benötigen weniger Fläche, haben jedoch oft höhere Anschaffungskosten.
Polykristalline Module: Im Gegensatz zu monokristallinen Modulen bestehen polykristalline Module aus mehreren kristallinen Strukturen. Sie sind in der Regel etwas weniger effizient, haben jedoch eine etwas bessere Leistung bei diffuserem Licht.
Bifaziale Module: Diese Module können Sonnenlicht auf der Vorder- und Rückseite einfangen, was ihre Effizienz erhöht. Sie sind besonders geeignet, wenn sie leicht erhöht montiert werden oder von hellen Oberflächen reflektiertes Licht empfangen. Allerdings sind die Anschaffungskosten in der Regel höher.
Dünnschicht-Module: Diese Module verwenden andere Halbleitermaterialien, die in einer dünnen Schicht auf Trägermaterialien wie Glas, Kunststoff oder Metall aufgebracht werden. Sie sind flexibel einsetzbar und können oft besser bei diffusen Lichtverhältnissen arbeiten, haben jedoch im Vergleich zu kristallinen Modulen eine geringere Effizienz.
Flex-Solarmodule: Diese basieren ebenfalls auf der Dünnschicht-Technologie, verwenden jedoch ein flexibles Trägermaterial, was sie ideal für gebogene Oberflächen wie runde Balkongeländer oder Wohnwagendächer macht. Sie haben oft niedrigere Wirkungsgrade als andere Module.
Jede Art von Solarmodul hat ihre eigenen Vor- und Nachteile, die bei der Auswahl berücksichtigt werden sollten, abhängig von den spezifischen Anforderungen und Gegebenheiten des Projekts.
