Skip to content

Wie funktionieren Solarmodule, d.h. Photovoltaikmodule?

Solarmodule bestehen aus Gruppen von photovoltaischen (PV) Zellen, die die Energie der Sonne nutzen, um Strom zu erzeugen. Diese PV- oder photovoltaischen Zellen wandeln Sonnenlicht in Elektrizität um, indem sie ein elektrisches Feld zwischen einer positiven Ladung auf der einen Seite und einer negativen Ladung auf der anderen Seite aufbauen.

PV-Zellen werden in Gruppen angeordnet, um PV-Paneele zu bilden, die Strom erzeugen können, um alles von Handgeräten bis hin zu ganzen Gemeinden zu versorgen. Diese Solarmodule können auch zu einer Solaranlage zusammengeschaltet werden. Je mehr Module Sie verwenden, desto mehr Energie können Sie erzeugen.

Zu den jüngsten Fortschritten in der Solarzellentechnologie gehört die Entwicklung von Zellen, die nur 1,3 Mikrometer dick und so leicht sind, dass sie auf einer Seifenblase Platz finden und dennoch so viel Energie erzeugen können wie herkömmliche Zellen auf Glasbasis. Diese leichteren Zellen eröffnen mehr Anwendungsmöglichkeiten für die Solarenergie.

Jede Solarzelle besteht aus zwei Scheiben aus halbleitendem Material (häufig Silizium), das mit anderen Materialien „dotiert“ wurde, um jeder Scheibe entweder eine positive oder eine negative Ladung zu verleihen. Die obere Schicht ist in der Regel mit Phosphor dotiert, um Elektronen hinzuzufügen und eine negative Ladung zu erzeugen, während die untere Schicht mit Bor dotiert ist, was zu weniger Elektronen und einer positiven Ladung führt. Jede Schicht enthält auf einer Seite leitende Metallplatten, und an der Verbindungsstelle zwischen diesen Schichten wird das elektrische Feld erzeugt.

Wenn ein Photon des Sonnenlichts auf die Zelle trifft, löst es Elektronen aus ihren Atomen. Diese freigesetzten Elektronen können dann zwischen den Leitern und durch den Stromkreis fließen und Strom erzeugen. Dieser Gleichstrom fließt innerhalb der Solarzellen vom Minuspol zum Pluspol aber im geschlossenen Stromkreis außerhalb der Strom- oder Spannungsquelle vom Pluspol zum Minuspol. Der Gleichstrom (DC) muss jedoch durch einen Wechselrichter geleitet werden, um ihn in Wechselstrom (AC) umzuwandeln, der dann in das Stromnetz eingespeist, in privaten Solarsystemen oder für die Stromversorgung von Unternehmen verwendet werden kann. Wechselstrom zieht und schiebt die Elektronen, wobei sich die Richtung des Stromflusses periodisch umkehrt. Diese Art von Strom wird mit einem Wechselrichter erzeugt, der auch für die Systemstatistik und den Kurzschlussschutz sorgt. Mikro-Wechselrichter, die jedes einzelne Solarmodul in einem System optimieren, können die Leistung des gesamten Systems verbessern, da ein problematisches Modul (z. B. ein verschmutztes oder im Schatten liegendes) nicht die Leistung der gesamten Solaranlage beeinträchtigt.

Die Sonne ist eine der größten natürlichen Energiequellen der Welt. Jede Stunde erreicht genug Energie die Erde, um potenziell den weltweiten Energiebedarf problemlos zu decken. Darüber hinaus ist die Solarenergie eine vollständig nachhaltige und erneuerbare Energiequelle, die keine schädlichen Treibhausgase in die Atmosphäre abgibt.

TWI

Im Bereich der Energietechnik bietet TWI eine Reihe von Dienstleistungen im Zusammenhang mit erneuerbaren Energiequellen, einschließlich Solarenergie. Zu den Projekten in diesem Bereich gehören die Entwicklung einer Beschichtung zur Verbesserung der Leistung von Solarzellen und von Methoden zur Erkennung von Defekten bei Solarzellen. Darüber hinaus bietet TWI Dienstleistungen im Bereich der Solarreflektometrie an, bei denen der Reflexionsgrad und die Absorption von Sonnenstrahlen auf Oberflächen gemessen werden, um zur Eindämmung des Klimawandels beizutragen.

TWI ist eine auf industrieller Mitgliedschaft basierende Organisation. Die Experten von TWI können Ihrem Unternehmen eine Ergänzung zu Ihren eigenen Ressourcen bieten. Unsere Experten haben es sich zur Aufgabe gemacht, der Industrie bei der Verbesserung von Sicherheit, Qualität, Effizienz und Rentabilität in allen Aspekten der Schweiß- und Fügetechnik zu helfen. Die industrielle Mitgliedschaft im TWI erstreckt sich derzeit auf über 600 Unternehmen weltweit und umfasst alle Industriezweige.

Sie können mehr erfahren, indem Sie sich auf Englisch mit uns in Verbindung setzen:

kontakt@twi-deutschland.com

Wirkungsgrad von Solarmodulen

Die Solartechnik ist effizienter, als viele Menschen glauben. Solarzellen brauchen keinen strahlenden Sonnenschein, um zu funktionieren, und können auch an einem bewölkten Tag Strom erzeugen. Natürlich sind sie bei hellem Sonnenlicht am effizientesten, und es gibt auch eine Reihe von Maßnahmen, die Sie ergreifen können, um die Effizienz der Stromerzeugung mit Solarmodulen zu verbessern.

Unterschiedliche Größen, Dicken und Reinheiten von PV-Zellen erzeugen unterschiedliche Mengen an Energie, wobei die reineren Typen mehr Strom erzeugen, aber auch teurer sind. Außerdem sollten Sie Ihre Solarmodule so ausrichten, dass sie so viel Sonnenenergie wie möglich einfangen. In der nördlichen Hemisphäre bedeutet dies, dass die Paneele nach Süden ausgerichtet werden, während dies in der südlichen Hemisphäre umgekehrt ist. Der Winkel der Paneele wirkt sich auch auf ihre Effizienz im Wechsel der Jahreszeiten aus und hängt davon ab, wo auf der Welt Sie sich befinden. So sind z. B. Solarmodule auf einem Dach in London, England, am besten in einem Winkel von 51 Grad angebracht, während sie im etwa 550 Meilen entfernten Aberdeen, Schottland, in einem Winkel von 57 Grad effizienter sind.

Es lohnt sich auch, Schattenquellen wie Bäume in Betracht zu ziehen und daran zu denken, dass sich die Menge des Schattens im Laufe des Jahres ändern kann, zum Beispiel wenn es in der Nähe Laubbäume gibt, die ihre Blätter abwerfen.

Je mehr Module Sie haben und je größer sie sind, desto mehr Energie können Sie erzeugen. Sie können den Platzbedarf verringern, indem Sie die Reinheit der verwendeten Solarzellen erhöhen, aber auch das hat Auswirkungen auf die Kosten.

Ein Solarmodul für den Einsatz in der Nacht?

Solarmodule nutzen die Energie des Sonnenlichts, um Energie zu erzeugen. Aber was wäre, wenn wir diese Technologie auch zur Stromerzeugung bei Dunkelheit einsetzen könnten?

Forschungsarbeiten an der Universität von Kalifornien haben zur Entwicklung eines Nachtsolarpaneels (NSP) geführt, das unter idealen Bedingungen in der Nacht 50 W Energie pro Quadratmeter erzeugen kann. Das ist etwa ein Viertel der Energie, die mit herkömmlichen Sonnenkollektoren erzeugt werden kann, wobei man hofft, dass weitere Forschungen die Leistung und Effizienz dieser Kollektoren verbessern werden.

Während normale Photovoltaikzellen das Sonnenlicht absorbieren, werden bei Nachtsolarpaneelen thermoradiative Zellen verwendet, die Wärme in Form von Infrarotlicht abstrahlen. Da der Weltraum unglaublich kalt ist, strahlt ein warmes Objekt, das man in den Himmel richtet, Wärme und Infrarotlicht nach oben ab. Dieser Effekt ermöglicht es den thermoradiativen Zellen, Strom zu erzeugen, und zwar nach ähnlichen physikalischen Prinzipien wie bei den Photovoltaikzellen. Während herkömmliche Solarzellen Licht absorbieren, um eine Spannung zu erzeugen und elektrischen Strom fließen zu lassen, funktioniert eine thermoradiative Zelle umgekehrt, indem sie Licht aussendet und die Spannung und den Strom in die entgegengesetzte Richtung fließen lässt.

Auch wenn diese Zellen noch verbessert werden müssen, um den Wirkungsgrad herkömmlicher Solarzellen zu erreichen, glauben die Forscher, dass diese NSPs rund um die Uhr Energie liefern könnten, wenn sie tagsüber im Schatten liegen oder von der Sonne abgewandt sind.

Häufig gestellte Fragen

Wie funktionieren Solarmodule auf einem Haus?

Solarmodule nehmen das Sonnenlicht auf und wandeln es in Gleichstrom (DC) um. Dieser Gleichstrom wird dann mit Hilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom (AC) umgewandelt, da die meisten elektronischen Geräte und Apparate mit Wechselstrom betrieben werden. Dieser Strom kann entweder lokal genutzt oder ins Netz eingespeist werden.

Wie funktionieren Solarmodule bei Nacht?

Streng genommen funktionieren Solarmodule nicht in der Nacht. Das liegt daran, dass sie auf Sonnenlicht als Energiequelle angewiesen sind. Nachts ist einfach nicht genug licht vorhanden, um Strom zu erzeugen. Die von Photovoltaikzellen erzeugte Energie kann jedoch gespeichert und später genutzt werden. Daher wird derzeit an einer neuen Art von Paneelen geforscht, den so genannten Nachtsolarpaneelen (NSP), die nachts Strom erzeugen können, indem sie thermoradiative statt photovoltaischen Zellen verwenden. Mehr darüber erfahren Sie weiter oben.

Bei welcher Temperatur arbeiten Solarmodule am besten?

Die meisten Solarmodule sind so ausgelegt, dass sie ihre maximale Effizienz bei Temperaturen zwischen 15°C und 35°C erreichen. Sie werden bei 25°C getestet, können aber auch Temperaturen von etwa 65°F erreichen. Wenn die Paneele diese höheren Temperaturen erreichen, verlieren sie an Effizienz, daher ist Hitze nicht immer gut für Solarmodule.

Zu welchen Zeiten sind Solarmodule in Betrieb?

Solarmodule sind am effizientesten, wenn die Sonne am höchsten steht und das Wetter klar und sonnig ist. Das bedeutet, dass sie an den meisten Orten um die Mittagszeit am effizientesten sind. Die genauen Arbeitszeiten der Solarmodule hängen jedoch davon ab, wo Sie wohnen und welche Jahreszeit es ist, denn je länger das Tageslicht genutzt werden kann, desto mehr Strom kann erzeugt werden.

Wo funktionieren Solarmodule am besten?

Solarmodule sind dort am besten, wo sie viel und starkes Sonnenlicht erhalten, und arbeiten am effizientesten, wenn die Sonne in den Sommermonaten am höchsten steht. Sie erzeugen weniger Strom, wenn die Sonne noch auf- oder untergeht oder im Winter. Auch die Ausrichtung der Module hat einen Einfluss auf die Produktivität, je nachdem, wie weit nördlich oder südlich des Äquators Sie sich befinden.

Funktionieren Solarmodule ewig?

Die meisten herkömmlichen Solarmodule haben eine Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren und können jahrzehntelang genutzt werden. Dank technologischer Fortschritte, selbstreinigender Beschichtungen und anderer Innovationen könnte sich die effektive Lebensdauer von Solarmodulen jedoch noch weiter erhöhen.

Wie funktionieren Solarmodule bei Schneefall?

Eine dicke Schneeschicht blockiert das Sonnenlicht, so dass die Solarzellen nicht arbeiten können, bis sie entfernt wird (oder schmilzt). Eine kleine Menge Schnee sollte jedoch schmelzen oder weggeweht werden, so dass Solarmodule auch in verschneiten Umgebungen verwendet werden können.

Wie funktionieren Solarmodule bei Bewölkung oder Regen?

Da Solarmodule mit dem sichtbaren Lichtspektrum arbeiten, benötigen sie nur so viel Licht, wie Sie zum Sehen benötigen. Das bedeutet, dass sie auch an bewölkten Tagen funktionieren können, obwohl die Solarmodule umso mehr Strom erzeugen, je stärker das Sonnenlicht ist. Das Gleiche gilt für regnerische Tage, obwohl die erzeugte Energiemenge noch geringer ist. Durchschnittswerte für die Stromerzeugung von Solarmodulen während des Monsuns zeigen, dass Solarmodule an bewölkten Tagen 30–50 % und bei starkem Regen 10–20 % ihrer optimalen Leistung erbringen.

Wann beginnen Solarmodule zu arbeiten?

Die Solartechnik beginnt zu arbeiten, sobald genügend Licht vorhanden ist, das in Energie umgewandelt werden kann. Dies entspricht im Allgemeinen der Lichtmenge, die zum Sehen erforderlich ist. Je stärker das Sonnenlicht ist, desto mehr Energie wird von den Solarmodulen erzeugt.

Wann hören Solarmodule auf zu arbeiten?

Solarmodule können aus verschiedenen Gründen ihren Betrieb einstellen – am häufigsten, wenn es dunkel wird, da sie im Allgemeinen Sonnenlicht benötigen, um zu funktionieren. Sie können aber auch ausfallen, wenn sie zu heiß werden, wenn sie bedeckt sind (z. B. durch dicken Schnee), wenn sie schmutzig werden oder einfach, weil Bauteile kaputt gehen oder beschädigt werden.

Wann funktionieren Solarmodule nicht?

Solarmodule funktionieren das ganze Jahr über und erzeugen zu jeder Jahreszeit Strom, vorausgesetzt, es liegt keine Störung vor, sie sind nicht beschädigt und die Bedingungen sind günstig. Allerdings erzeugen sie bei schwächerem Licht oder im Winter, wenn die Tage kürzer sind, weniger Energie.

Fazit

Die meisten Solarmodule bestehen aus Photovoltaik-Zellen, die durch die Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen einer positiven und einer negativen Ladung Sonnenlicht in Strom umwandeln. Die Paneele können zu größeren Solarzellenfeldern zusammengefügt werden, um die gelieferte Energiemenge zu erhöhen.

Es gibt eine Reihe von Faktoren, die sich auf die Effizienz von Solarmodulen auswirken, z. B. Sauberkeit, Lichtverhältnisse und Wärme. Einmal installiert, liefern Solarmodule jedoch emissionsfreie, erneuerbare Energie, die ausschließlich die natürliche Kraft der Sonne nutzt.

Die von Solarmodulen gelieferte Solarenergie wird sowohl in Privathaushalten als auch in der Industrie eine Rolle in einem breiteren Mix erneuerbarer Energien spielen, da sich die meisten Nationen von der Verwendung fossiler Brennstoffe verabschieden.

Für weitere Informationen senden Sie bitte eine englischsprachige E-Mail an:

kontakt@twi-deutschland.com