Woraus besteht eine Photovoltaik-Anlage?

Grafik: Animierte Photovoltaikanlage

Die Komponenten einer Photovoltaikanlage:

  • Auf Montagegestellen werden
  • Solarmodule mit zahllosen Solarzellen aus Halbleiter-Material montiert.
  • Über die Verkabelung gelangt der aus der Sonnenenergie erzeugte Gleichstrom
  • in einen Wechselrichter, wo er in 230 Volt Wechselstrom umgewandelt wird
  • und anschließend über einen Zähler problemlos in das lokale Stromnetz eingespeist werden kann.
  • Eine Anlagenüberwachung stellt die einwandfreie Funktion sicher.

Was ist eine Solarzelle?

Die Solarzellen sind die Kraftwerke einer Photovoltaikanlage

Eine Solarzelle ist ein elektrisches Bauelement, das Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt. Sie besteht aus zwei dünnen Lagen von Halbleiter-Materialien, wobei sich an den Grenzflächen der beiden Schichten ein elektrisches Feld bildet.

Silizium ist der Grundstoff einer Solarzelle und besteht hauptsächlich aus Quarzsand, nach Sauerstoff das zweithäufigste Element des Erdmantels.

Indem Solarzellen und Photovoltaikmodule durchdacht verbunden werden, kann genau die richtige Menge Elektrizität für jede gewünschte Anforderung erzeugt werden, ganz gleich wie groß oder gering der Bedarf ist.

Es gibt unterschiedliche Typen von Solarzellen, die sich in der Herstellung unterscheiden:


Bild: Monokristalline Solarzellen

Monokristalline Technik

Herstellung:
Aus einer Schmelze mit hochreinem Silizium werden Einkristalle gezogen. Diese werden dann in Blöcke und anschließend in Wafer geschnitten. So entstehen monokristalline Solarzellen.


Bild: Polykristalline Solarzellen

Polykristalline Technik

Herstellung:
Bei polykristallinen Zellen, wird die Silizium-Schmelze direkt in Blöcke gegossen und nach dem Aushärten in Stangen geschnitten. Die Stangen werden dann in dünne Wafer zersägt.


Bild: Dünnschichttechnik

Dünnschichttechnik

Herstellung:
Die amorphen Dünnschichtzellen sind im Gegensatz zu den anderen Solarzellen etwa um das 100fache dünner. Das Beschichtungsmaterial wird auf das Trägermaterial aufgedampft.


Wie funktioniert eine Solarzelle?

  • Die obere Halbleiter-Lage, die negative Schicht, ist mit winzigen Mengen von Phosphor "geimpft", sodass rund jedes tausendste Silizium-Atom durch ein Phosphor-Atom ersetzt wird. Dies erzeugt freie negativ geladene Elektronen (Materie-Teilchen).
  • Die untere Halbleiter-Lage, die positive Schicht, ist mit mikroskopischen Mengen von Boron angereichert. Ungefähr jedes millionste Silizium-Atom wird durch ein Boron-Atom ersetzt und erzeugt freie positive Ladungen, die Protonen oder Antimaterie-Teilchen.
  • Wenn nun die positive und die negative Schicht in der Solarzelle eng beieinander liegen, ziehen sich positive und negative Materie-Teilchen an, was ein starkes elektrisches Feld rund um die Grenze zwischen beiden Lagen erzeugt.
  • Auftreffendes Sonnenlicht bewirkt jedoch wieder eine sofortige Spaltung von Elektronen und Protonen und diese Reaktion erzeugt eine Spannung von immerhin rund 0.5V rund um die Grenze zwischen den Lagen.
  • Diese Spannung drückt nun die Elektronen und Protonen in einem "Gleichstrom" zur Ober- und Unterseite der Solarzelle, wo sie im Kabelsystem der Photovoltaik-Anlage aufgenommen werden und zum Wechselrichter 'strömen'.

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Standort

Welcher Standort eignet sich am besten?

Die durchschnittliche Globalstrahlung der Sonne in Deutschland bewegt sich je nach Standort zwischen rund 950 und 1.160 kWh/m² jährlich. Das bedeutet: Natürlich sind Sie mit einem Standort in Bayern oder Baden-Württemberg leicht im Vorteil. Aber auch im Norden lassen sich mit einer Photovoltaikanlage interessante Renditen erzielen.

Grafik: Einstrahlungskarte Deutschland

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Bild: Solarstromrechner

Optimale Vorraussetzungen:

Eine Photovoltaikanlage liefert den höchsten Ertrag bei:

  • Ausrichtung der Module nach Süden
  • Neigungswinkel von 20°-45°
  • Fläche frei von Schattenfall

Aber auch andere Ausrichtungen oder ein anderer Neigungswinkel, bzw. Flachdächer, können problemlos genutzt werden.

Bei kristalliner Technik werden pro kWp installierter Leistung ca. 7-9m² Fläche benötigt.