Wie funktioniert Photovoltaik?
PV-Anlagen – So funktionieren sie!
Photovoltaikanlagen gewinnen an immer mehr Popularität aufgrund ihrer Rolle als günstige und umweltschonende Alternative zum öffentlichen Strom. Im Folgenden erklären wir Ihnen, wie eine PV-Anlage überhaupt funktioniert.
Grundsätzlich unterscheiden sich verschieden große Photovoltaikanlagen nicht in ihrer Funktionsweise. Sonnenlicht scheint auf die Solarzelle, die daraus Gleichstrom erzeugt. Alle Solarzellen eines Moduls arbeiten nach diesem Prinzip und sind zu einem Solargenerator zusammengeschaltet. Der erzeugte Gleichstrom wird im nächsten Schritt mithilfe eines Wechselrichters zu Wechselstrom umgewandelt, der dann genutzt oder in das öffentliche Netz eingespeist werden kann.
Wie funktioniert eine PV-Anlage?
Wie funktionieren die einzelnen Solarzellen einer PV-Anlage?
Fast alle Solarzellen werden aus dem Quarzsand Silizium hergestellt. Silizium gilt als eines der am häufigsten natürlichen in der Erdschicht vorhandenen Elemente. Um aus dem Quarzsand eine Siliziumscheibe zu formen, muss der er zunächst gereinigt und kristallisiert werden. Das fertige Produkt wird dann im Anschluss in Scheiben geformt und mit Leiterbahnen zum Stromtransport versehen.
Wenn nun Licht auf die Siliziumscheibe fällt, werden Elektronen freigesetzt. Um diese Elektronen nutzbar machen können, muss die Siliziumscheibe gezielt mit unterschiedlichen Fremdatomen verunreinigt werden. Häufig kommen hier Bor und Phosphor zum Einsatz, die dafür sorgen, dass sich die Elektronen auf der einen Seite und die Protonen auf der anderen Seite der Scheibe sammeln. So entsteht ein Plus- und ein Minuspol wie bei einer Batterie. Wenn man jetzt ein Verbrauchsgerät anschließt, kann der Strom fließen. Dadurch dass das Sonnenlicht die Freisetzung der Elektronen auslöst, gilt folgende Regel. Je mehr Sonneneinstrahlung es gibt, desto mehr Solarstrom kann durch die Photovoltaikanlage produziert werden.
Welche verschiedenen Solarzellentechniken gibt es?
Grundsätzlich unterscheidet man in drei unterschiedliche Zelltypen anhand der Kristallart.
- Monokristalline Solarzellen
Monokristalline Siliziumzellen werden aus einem hochreinen Halbleitermaterial gefertigt. Sie sind ausgezeichnet durch ihren hohen Wirkungsgrad. - Polykristalline Solarzellen
Zur Herstellung der polykristallinen Zellen wird flüssiges Silizium verwendet. Sie sind kostengünstiger als die monokristallinen Solarzellen, aber haben dafür einen etwas geringeren Wirkungsgrad. - Amorphe Solarzellen
Amorphe Zellen werden auch als Dünnschichtzellen bezeichnet, weil die photoaktiven Halbleiter hier als dünne Schicht auf einer Glasscheibe angebracht werden. Durch die geringen Materialkosten, sind die Produktionskosten auch geringer. Sie sind die günstigste Alternative, aber haben dafür den geringsten Wirkungsgrad.
Was ist ein Solarmodul und wie funktioniert es?
Die einzelnen Solarzellen werden miteinander verschaltet und wetterfest verpackt und bilden so ein Solarmodul. Diese Solarmodule werden von oben durch eine Glasscheibe und von unten durch eine Schutzfolie geschützt. Solarmodule können sich in ihrer Größe und Leistung unterscheiden und müssen ständig kontrolliert werden, um die höchstmögliche Qualität zu gewährleisten. Heutzutage gibt es sogar schon Solardachziegel als Alternative zum klassischen Solarmodul.
Beim Auftreffen auf die Solarzelle verursacht das Sonnenlicht eine elektrische Spannung, die bereits an der Oberfläche abgenommen wird. Diese Solarzellen bilden in ihrer Gesamtheit das Solarmodul und sind elektrisch miteinander verschachtelt. Je nach Art der Solarzelle liegt der Wirkungsgrad des Solarmoduls in den meisten Fällen zwischen 9 und 16 Prozent.
Die Systemtechnik einer Photovoltaikanlage
Was die Systemtechnik der Photovoltaikanlage angeht, unterscheidet man wieder zwei Arten voneinander. Bei einer netzgekoppelten Anlage erzeugt der Solargenerator, wie oben beschrieben, Gleichstrom durch das Sonnenlicht, das durch den Wechselrichter zu Wechselstrom umgewandelt wird. Dieser erzeugte Strom lässt sich nutzen oder einspeisen, wenn ein öffentliches Netz angebunden ist. In Regionen ohne Netzanbindung werden sogenannte Inselsysteme mit Energiespeichern verwendet.
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