Solarenergie Technik

Sonnenenergietechnik

Die Photovoltaik (PV) ist die direkte Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie mittels Solarzellen. Sonneneinstrahlung wird in der Solartechnik zur Erzeugung von Strom oder Wärme genutzt. Technologie & Funktionalität der Solarenergie Beim Einsatz der Solarenergie wird zwischen der Wärmeerzeugung durch Solarenergie (Solarthermie) und der Stromerzeugung durch Solarenergie (Photovoltaik) unterschieden. Die Fotovoltaik ist eine auf dem photoelektrischen Effekt basierende Technik, die direkt aus der Sonne Strom gewinnt. Die Bezeichnung Fotovoltaik besteht aus dem antiken griechischen Ausdruck Fotos für Strom und Wasser, der Maßeinheit für den elektrischen Strom.

Lärm- und abgasfrei erzeugen Solaranlagen Elektrizität unmittelbar auf dem Dach des Hauses, die als Außenfassade oder als Freiluftsystem in das Gebäude integriert ist. Der CO2-neutrale, umweltschonende Weg der Stromerzeugung ist ein unverzichtbarer Bestandteil des Energiemixes der Zeit. Der Einsatz für den Umweltschutz veranlasst viele Konsumenten, sich mit der Stromerzeugung aus Solarenergie auseinanderzusetzen.

Die erzeugte Elektrizität wird in der Regel in das Stromnetz des lokalen Stromlieferanten eingespeist, für den dieser eine feste Minimalvergütung für 20 Jahre bezahlt. Eine Photovoltaikanlage als alternativer Weg der Stromerzeugung zu betrachten, hat gute Gründe: Die Sonneneinstrahlung ist eine unbegrenzte und kostenfrei nutzbare Quelle für Energie. Das Rohmaterial Silikon ist ein natürliches Mineral.

Der Bund hat im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) eine Mindestbezahlung festgesetzt, die der Anlagenbetreiber für 20 Jahre von dem Stromlieferanten bekommt, bei dem der eingespeiste Elektrizitätsbedarf entsteht. Der Preisverlauf für Elektrizität aus fossilien Brennstoffen ist eindeutig. In rund zehn Jahren erwartet der Verband der Solarindustrie (Bundesverband Solarwirtschaft), dass Sonnenstrom vom eigenen Hausdach günstiger ist als herkömmlicher Stecker.

Die Nutzung der Solarenergie ist daher sowohl aus ökologischer Sicht als auch aus wirtschaftlicher Sicht von großem Vorteil. Silicium, der Hauptbestandteil von Solarmodulen, ist nach der Sauerstoffzufuhr das am zweithäufigsten vorkommende Bestandteil der Erdkruste und steht daher in nahezu unbegrenzten Mengen zur Verfuegung. Jede Zelle einer Solaranlage ist aus zwei halbleitenden Schichten (z.B. Silizium) aufgebaut. Dadurch wird zwischen den an der Solarzellenoberfläche befestigten metallischen Kontakten eine elektrische Energie erzeugt.

Diese Wirkung führt zu keinem Lärm, keinem Gestank und Verbrauch von Primär-Energie, sondern sorgt für umweltschonenden Elektrizität. Es werden unterschiedliche Solarzellentypen vorgeschlagen, die sich nach mehreren Merkmalen auszeichnen. Entscheidend ist hier die Dicke des Materials auf der einen Seite und des Materials selbst auf der anderen Seite, aus dem die Zelle gebildet wird. Am weitesten verbreitet ist das bei weitem am weitesten verbreitete Werkstoff Silicium.

Beim monokristallinen Silicium werden die höchsten Effizienzwerte (d.h. das VerhÃ?ltnis der emittierten Elektroenergie zur eingestrahlten Lichtenergie) realisiert. FÃ?r die Produktion von monokristallinen Wafern wird zunÃ?chst ein zylindrischer Monokristall aus geschmolzenem, reinem Silicium bei etwa 1400 C gezeichnet, aus dem dann eine viereckige SÃ??ule herausgetrennt wird. Marktfähige Siliziumzellen aus mono-kristallinem Silicium erzielen einen Wirkungsgrad von 17 bis 19%.

Alternativ gibt es das kostengünstigere multi- oder multikristalline Silicium, das billiger in der Produktion ist und einen etwas geringeren Effizienz von 14 bis 16% aufweist. In einem großen Schmelztiegel verfestigt sich das Flüssigsilizium zu einem polykristallinen Molekül, aus dem durch Mehrfachsägetechnik eine große Anzahl von Kolonnen erhalten werden kann. Dazu gehören unter anderem kristallines Silicium, Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) und Cadmium-Tellurid (CdTe).

Ihre Effizienz beträgt zwischen 7 und 12%. Grundsätzlich genügt die Stromleistung einer einzigen Solaranlage nicht, um in der praktischen Anwendung vernünftig genutzt zu werden. Deshalb werden mehrere Solarmodule in Reihe (zur Erhöhung der Spannung) und gleichzeitig (zur Erhöhung des entnehmbaren Stroms) angeschlossen. Im Regelfall entsteht durch die Kopplung eine geschmolzene und transparent verfestigte Kunststoffolie, die wie bei einer VSG zwischen den Solarmodulen und den Scheiben oder der Rückwand aufgetragen wird.

Diese Konstruktion sorgt einerseits für den Feuchtigkeitsschutz und andererseits für die UV-Stabilität und Elektroisolation der Zelle. Unter Standardbedingungen (Kilowatt peak, kWp) wird die Ausgangsleistung von Baugruppen oder ganzen Systemen in Peakleistung ausgedrückt. Je nach Größe und Typ des Systems werden die Einzelmodule zu einer großen Gesamteinheit, dem so genannten Solarmodul, miteinander verbunden.

Diese Solarmodule werden größtenteils über eine besondere Unterbaukonstruktion auf dem Dach des Hauses ("Dachsystem") installiert. Dach- und Fassadenintegrationssysteme eröffnen weitere Einsatzmöglichkeiten. Glas und Glaslaminate auf Glasdach- und Fassadenabschnitten oder in die Dachdeckung integrierten Einzelzellen (z.B. Solarzelle in Dachziegeln) können z.B. baulich gut integriert werden. Am einfachsten lässt sich die Leistung einer PV-Anlage über die netzverbundene Anlage bereitstellen.

Damit besteht die Moeglichkeit, den produzierten Sonnenstrom mindestens zeitweilig in das Versorgungsnetz des lokalen Stromnetzbetreibers zu speisen. Zu diesem Zweck muss der von den Solarmodulen generierte DC-Strom mit einem sogenannten Wechselrichter in 230 V-Wechselstrom umgewandelt werden. Zusätzlich ist zwischen der Fotovoltaikanlage und dem Stromversorgungsnetz eine Schutzeinrichtung installiert, die die Solaranlage bei auftretenden Fehlern selbständig vom Versorgungsnetz trennt.

Mit einem zusätzlichen Einspeisemesser wird dann die eingespeiste Solarstrommenge gemessen. Zusätzlich zur Einspeisemöglichkeit des Sonnenstroms in das Stromnetz gibt es auch die Option, den Elektrizität selbst zu nützen. Solche Systeme treffen wir im Alltag an Parkticketautomaten, Verkehrsüberwachungsanlagen und bei der Ausleuchtung von Haltestellen, da sie es ermöglichen, auf die zeitaufwändige Kabelverlegung im Erdreich zu verzichten.

Netzgekoppelte PV-Systeme haben im Vergleich zu Einzelanlagen (Anlagen ohne Netzanschluss) oder Solarthermieanlagen (Solaranlagen zur Wärmeerzeugung) keinen speziellen Dimensionierungsbedarf, da der produzierte Elektrizitätsbedarf nicht nur für den eigenen Bedarf genutzt, sondern auch in das Netz eingespeist, d. h. veräußert werden kann. Ein Photovoltaiksystem mit einer Nennleistung von einem Kilowatt peak hat einen Platzbedarf von 6 bis 12 m2 (Durchschnitt: 8 m2), abhängig vom Wirkungsgradverhältnis des Systems.

In der Privatwirtschaft werden Systeme zwischen 2 und 5 Kilowatt empfohlen.

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