Photovoltaikanlage: worum es sich handelt. Ein grundlegender Leitfaden, zum Verständnis, wie eine Energieerzeugungsanlage funktioniert und welche Vorteile sie für Wohnanlagen hat

Als photovoltaischer Effekt wird ein natürliches Phänomen bezeichnet, das in dem Moment auftritt, in dem die Solarstrahlung auf ein Halbleiterelement trifft, wie z.B. Silizium-Kristall.

Silizium und photovoltaischer Effekt

Was passiert, wenn die Struktur eines Siliziumkristalls, das mit geeigneten Materialien behandelt (dotiert) wurde, durch Sonnenlicht (einfallende elektromagnetische Strahlung) getroffen wird?

Das Sonnenlicht setzt sich aus energetischen Teilchen, sogenannten Photonen zusammen. Wenn Photonen das Halbleitermaterial der Pphotovoltaikzelle treffen, wird ein Teil der Energie reflektiert, ein Teil wird in Wärme umgewandelt und der letzte Teil bewirkt im Halbleitermaterial eine Verschiebung der Elektronen der Atome.

Die Energie des Photonenflusses befreit eine bestimmte Anzahl von Elektronen. Die verschobenen Elektronen im Halbleitermaterial der Atomstruktur beginnen zu fließen. Sie produzieren somit einen elektrischen Strom im Halbleiterkörper.

Der elektrische Strom ist proportional zur Zelloberfläche und der Intensität der Sonneneinstrahlung. Zum Beispiel kann eine quadratische Zelle von 10 cm Seitenlänge, die den Sonnenstrahlen ausgesetzt ist und senkrecht getroffen wird, bei vollen Lichtverhältnissen, eine elektrische Leistung von etwa 1,3 W bei einer Spannung von 0,5 V liefern.

Funktionsweise Solarzelle

Funktionsweise der Solarzelle

Die Photovoltaik-Anwendungen benötigen meistrelativ hohe Werte an Leistung, Strom und Spannung. Diese kann man erhalten indem man mehrere Zellen gleichzeitig in Serie oder parallel montiert.

Es werden mehrere Photovoltaik-Zellen in einer Struktur zusammengebaut, die das Photovoltaik-Modul bilden.

Um höhere Spannungen zu erhalten, werden natürlich serienmäßige oder parallele Verbindungen zwischen mehreren elementaren Photovoltaik-Zellen verwendet.

Mehrere Zellen bilden ein Modul. Mehrere in Serien verbundene Module bilden eine Reihe und eine Gruppe von Reihen, bilden den Photovoltaik-Generator.

Von der Zelle zum Generator

Von der Zelle zum Generator

Was ist eine Photovoltaikanlage

Eine Photovoltaikanlage ist ein System, das die Sonnenstrahlung nutzt, um elektrischen durch den photovoltaischen Effekt Strom erzeugen.

Durch Serien/Parallel-Verbindung einr Gruppe dieser Photovoltaik-Module erhält man einen Photovoltaik-Generator mit dem gewünschten Strom und Spannung. Die Modularität ermöglicht eine große Anwendungsflexibilität.

In der ersten Phase wird kontinuierlicher Strom erzeugt, der später mittels Inverter in Wechselstrom umgewandelt wird.

Dieser Strom kann verwendet werden, um Elektrogeräte zu versorgen oder in das Netz eingespeist werden.

Es gibt zwei Haupttypen von Photovoltaikanlagen:

  • Isolierte Anlagen
  • Mit dem Stromnetz integrierte Anlagen
Grid connected Stand alone

Beispiel einer Anlage Grid connected Stand alone

Isolierte Anlagen (stand alone)

Isolierte Anlagen sind in der Regel autonome Systeme, die normalerweise verwendet werden, um Elektrizität Nutzer zu liefern, die schwer mit dem Netz zu verbinden sind.

Eine isolierte Anlage ist außerdem durch die Notwendigkeit gekennzeichnet, den gesamten Energiebedarf der Benutzer zu decken. Die Elemente, die sie bilden, sind:

  • Photovoltaik-Module
  • Laderegler
  • Speichersystem (Batterien)
  • Wechselrichter

Diese Systeme sind wirtschaftlich vorteilhaft in Fällen, in denen die Netzversorgung fehlt oder schwer erreichbar ist.

Mit dem Netz verbundene Systeme (grid connected)

Die mit dem Netz verbundenene Photovoltaikanlagen können mit diesem elektrische Energie austauschen.

Der Austausch kann in zwei Richtungen erfolgen: wenn die Energieproduktion des photovoltaischen Systems den Verbrauch überschreitet, wird der Überschuss in das Netz eingespeist. In den Stunden, in denen der Generator nicht genügend Strom für die Nutzer bereitstellt, wird die Energie aus dem Netz entnommen. Normalerweise verfügt man über zwei Zähler, die für die Berechnung der Energie zuständig sind die in beide Richtungen ausgetauscht wird. Es ist außerdem ein Wechselrichter vorhanden, der den produzierten Gleichstrom der Photovoltaik-Anlage in Wechselstrom umwandelt.

Mit dem Netzwerk verbundene Systeme, benötigen natürlich keine Batterien, da das Vertriebsnetz bei Abwesenheit der Sonnenstrahlung für die Stromverorgung sorgt.

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