Photovoltaik

Bei der Photovoltaik werden durch Solarzellen in Solarmodulen Strom erzeugt. Er kommt bei Kleingeräten (Taschenrechnern, Uhren) oder bei der Haushaltsstromversorgung zum Einsatz.

Aufbau der Photovoltaikanlage

PhotovoltaikanlageDie Photovoltaikanlage besteht aus den Solarmodulen. Die Module sind aus Solarzellen in der Regel aus hochreinem Silizium hergestellt. Sie werden aus Quarzsand gewonnen und zu Scheiben von wenigen Zehntel Millimeter Dicke verarbeitet.
Zu Modulen zusammengebaut wechseln sie Sonnenlicht zu Strom um. Eine Solarstromanlage mit Netzeinspeisung benötigt einen Wechselrichter zur Umwandlung von Gleich- auf Wechselstrom.

Aufbau der Solarzelle

Zwei dünne Siliziumschichten mit unterschiedlichen Anteilen von Fremdstoffen werden aufeinandergelegt und Ober- und Unterseite mit Metallkontakten versehen. Zwischen den beiden Schichten entsteht eine kleine elektrische Spannung. Bei Lichteinfall werden freie Ladungsträger erzeugt. Sie bauen ein elektrisches Feld zwischen beiden Bereichen auf. Der Strom fließt von den Leitern zum Verbraucher. Solarzellen gibt es verschiedenen Bauarten. Sie unterscheiden sich durch ihre Kristallstruktur bzw. Zusammenbau. Es gibt z.B.: Monokristalline Zellen, Polykristalline Zellen und Amorphe Zellen.

Solarmodule

Die Spannung einer Solarzelle beträgt rund 0,5 Volt. Um eine größere Leistungsfähigkeit zu erreichen werden einzelne Solarzellen zu Modulen aus 36 bis 40 Zellen hintereinander geschaltet. Damit lassen sich bedarfsgerechte Einheiten für Photovoltaikanlagen herstellen. Sie werden in einem Rahmen verbaut. Die Vorderseite wird mit einer Glasscheibe und von die Unterseite mit einer Kunststoffschicht geschützt. Sie besitzen zwei Anschlüsse mit Plus- und Minuspol.

Energiegewinnung

Bei voller Sonneneinstahlung in unseren Breiten von 1000 Watt pro Quadratmeter wird in einer Photovoltaikanlage ungefähr eine elektrische Leistung von 125 Watt erzeugen. PhotovoltaikanlageScheint die Sonne nur halb so stark, halbiert sich auch die Leistung der Solaranlage.

Eine Solaranlage mit einer Leistung von 1 KW braucht eine Dachfläche von 10 qm. Sie erzeugt rund 1000 kWh Strom pro Jahr. Zur Netzeinspeisung ist ein Wechselrichter notwendig. Fast alle Haushalte sind an das öffentliche Stromnetz mit 220 V Wechselspannung angeschlossen. Die Solaranlage produziert Niedervolt-Gleichstrom. Der Wechselrichter wandelt den Solarstrom mit hohem Wirkungsgrad in ‚Haushaltsstrom‘ um. Wird mehr Strom erzeugt, als im Haushalt verbraucht wird, wird er ins öffentliche Netz gespeist und vergütet. Wenn die Sonne nicht scheint, wird der Strom vom Energieversorger bezogen.

Einzelanlagen

Eine interessantes Einsatzgebiet von Solaranlagen ist der Inselbetrieb. Eine Reihe von den folgenden Einrichtungen (ohne Netzanschluß) werden erfolgreich Einzelanlagen betrieben: Ferien- und Gartenhäuser, Wohnwagen, Berghütten, Forsthäuser, Einzelgehöfte sowie im Straßenverkehr. Zum Betrieb der Anlage sind zur Zwischenspeicherung des Stroms große Akkus notwendig. Die elektrischen Geräte sollten auf 24 V ausgerichtet sein. Zusätzliche Wandlungsverluste und Kosten für den Wechselrichter können so vermieden werden.

Durch verbesserte Zellen- und Fertigungstechnologie ist der Preis für Photovoltaik gesunken. Die Anwendungen zur Stromerzeugung reichen heute vom Kleinstverbrauch (Taschnrechner usw.) im Milliwattbereich bis zu Kraftwerken im Megawattbereich. Sie können im Vergleich zu anderen Systemen umso günstiger eingesetzt werden, je kleiner die benötigte Leistung ist und je entfernter der Aufstellungsort vom Stromnetz liegt.

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