Wie funktionieren Photovoltaik-Solarmodule?
Wie funktionieren Photovoltaik-Solarmodule?
Überall sieht man immer mehr Photovoltaikanlagen. Die meisten wissen bereits, dass Solarpaneele Strom erzeugen und dass sie in Wohnhäusern und Betrieben installiert werden können, um Stromkosten zu sparen oder das Einkommen zu steigern.
Wie Solarpaneele funktionieren: Von Grund auf
Betrachten wir zunächst die Sonne. Sie ist ein riesiger Kernreaktor, 147.1 Millionen Kilometer von uns entfernt. Sie sendet ständig Energie zur Erde. Diese Energie wird in Form von Photonen im Universum verteilt.
Die Photonen, die stündlich die Erdoberfläche erreichen, liefern mehr Strom, als wir weltweit in einem ganzen Jahr verbrauchen.
Diese gesamte Energie steht Ihnen völlig kostenlos zur Verfügung.
Diese Energie auf praktische Weise nutzbar machen – genau das leisten Solar-Photovoltaik-Module.
Wie wandeln Solarzellen Sonnenlicht in Strom um?
Ein Solarmodul besteht aus vielen Solarzellen (Photovoltaik, kurz PV) und ist mit Schutzglas abgedeckt und mit einem Rahmen aus Aluminiumlegierung befestigt. Diese Photovoltaik-Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silizium, das in ultradünne Schichten geschnitten wird.
Jede Photovoltaikzelle besteht aus einer negativen und einer positiven Schicht. Die negative Elektrode weist einen Elektronenüberschuss auf, während die positive Elektrode Löcher besitzt, um diese Elektronen aufzunehmen (vergleichbar mit dem Zustand, in dem die Oktopuskugeln noch nicht im Topf sind). Die Elektronen werden durch das eingebaute elektrische Feld bewegt, und gleichzeitig entsteht eine Spannungsdifferenz. Für ein Solarmodul benötigen wir daher lediglich etwas Energie, um die Elektronen aus ihrer elektrischen Begrenzung zu befreien, sodass sie von der negativen zur positiven Schicht fließen können.
Ja, diese Energiequelle ist die Sonne. Die Photonen der Sonne, die ständig auf die Erdoberfläche treffen, sind der Schlüssel zur Lösung des Problems, wie Solarpaneele funktionieren.
Die Energie dieser Photonen befreit die Elektronen im negativen Pol der Photovoltaikzelle aus dem Magnetfeld und bewegt sie, wodurch ein elektrischer Strom fließen kann – dies wird als photovoltaischer Effekt bezeichnet.
Dies ist erst der Anfang, um zu verstehen, wie Solarzellen funktionieren, denn diese Elektronen benötigen Leiter, um sich zu bewegen und auf elektrische Geräte einzuwirken. Wie konnte das also geschehen?
Die von uns geschaffenen Wege für Elektronen werden als Stromkreise bezeichnet. Wenn sie die negative Seite der Zelle verlassen, sollen sie durch unsere Verbraucher (wie LED-Lampen und Haushaltsgeräte) fließen, damit die Elektronen diese Verbraucher mit Strom versorgen können, sobald sie die positive Schicht der Zelle erreichen.
Der Stromfluss ist wichtig
Solarzellen erzeugen Gleichstrom (DC), wir nutzen in unseren Haushalten jedoch Wechselstrom (AC). Um dieses Problem zu lösen, wird unserer Photovoltaikanlage ein Wechselrichter hinzugefügt, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt.
Wechselrichter sind ein Schlüsselfaktor für die Funktionsweise von Solarmodulen, denn ohne Wechselrichter in unserer Photovoltaikanlage können wir mit dem von unseren Solarmodulen erzeugten Strom nicht viel anfangen.
Die wichtigsten Wechselrichtertypen sind zentrale Wechselrichter, String-Wechselrichter und Mikro-Wechselrichter.
Mikro-Wechselrichter
Mikro-Wechselrichter sind kleine Geräte, die direkt unter Solarmodulen installiert werden können. Sie sind dafür ausgelegt, den Strom eines (oder manchmal zweier) Solarmodule zu verarbeiten und wandeln Gleichstrom direkt vor Ort in Wechselstrom um. Einige Hersteller integrieren Mikro-Wechselrichter sogar in Solarmodule und bezeichnen diese als „Wechselstrommodule“.
String-Wechselrichter
Größere String-Wechselrichter sind dafür ausgelegt, den Gleichstrom einer großen Anzahl von Photovoltaikmodulen in ein Photovoltaikfeld umzuwandeln. Ihre Leistung reicht von 3 Kilowatt bis über 200 Kilowatt.
Bei diesen Solarwechselrichtern werden Solarmodule in Reihe geschaltet und mit Gleichspannung versorgt. Der Wechselrichter wandelt diese dann in die für das Haus oder das Unternehmen, in dem die Anlage installiert ist, erforderliche Wechselspannung um.
