Der Begriff „Photovoltaik“ setzt sich aus zwei Wörtern zusammen: Photonen – der Prozess der Umwandlung von Licht in Elektrizität – und Spannung. Die Solarzellentechnologie, wie wir sie heute kennen, gibt es eigentlich schon seit den 1950er Jahren, als Wissenschaftler eine praktische, funktionierende Solarzelle aus Silizium entwickelten. Die Kosten verhinderten zunächst eine massenhafte Vermarktung der Technologie, aber die Preise sanken, als die Zellen nach und nach immer effizienter bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom wurden.
Das PV-Solarmodul
Solarzellen sind aneinandergereiht und bilden ein Photovoltaikmodul. Sicherlich haben Sie schon einmal die Gitter auf PV-Solarmodulen gesehen. Dabei handelt es sich um die einzelnen Zellen innerhalb des Moduls. Die Module oder PV-Paneele werden dann miteinander verbunden, um das Solarsystem zu bilden.
Die Zellen sind klein und können jeweils etwa 1 bis 2 Watt Leistung erzeugen. Sie sind unglaublich dünn – etwa so dick wie vier menschliche Haare. Sie enthalten ein Material, das in der Lage ist, Strom zu leiten, sobald das Sonnenlicht Energie liefert. Bei diesem Material handelt es sich in der Regel um Silizium, das als Halbleiter fungiert. Mit „Halbleiter“ meinen wir, dass das Material den Strom besser leitet als ein Isolator, aber weniger als ein Metall.
Wie PV-Strom erzeugt wird
Photovoltaik-Energie wird durch diese Schritte erzeugt:
- Der Halbleiter absorbiert Licht und überträgt diese Energie auf negativ geladene Teilchen, die sogenannten Elektronen.
- Die Elektronen fließen als elektrischer Strom durch den Halbleiter – andere Zellschichten entnehmen den Strom aus dem Halbleiter.
- Der Strom fließt durch Metallkontakte – die gitterartigen Linien auf einer Solarzelle -, bevor er zu einem Wechselrichter fließt.
- Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom (DC) in einen Wechselstrom (AC) um.
- Der Wechselstrom wird in das Stromnetz eingespeist oder, je nach System, an den Stromkreis des Gebäudes angeschlossen.
Weitere Informationen zu Wechselrichtern finden Sie in unserem Leitfaden zu Solarwechselrichtern. Erfahren Sie außerdem mehr über die anderen PV-Solarenergielösungen, die Sie benötigen, unter Arten von Solaranlagen, erklärt.
Wie die Photovoltaik-Technologie möglich wird
Um Jahr für Jahr beständig photovoltaische Solarenergie zu erzeugen, müssen photovoltaische Solarmodule der Witterung standhalten. Die Leistungsfähigkeit hängt in hohem Maße von den Photovoltaikmaterialien ab, die langlebig und robust sein müssen. Wir haben bereits erwähnt, dass die Zellen eines photovoltaischen Solarmoduls aus einem Silizium-Halbleiter bestehen. Dieser Halbleiter ist von einem Schutzmaterial in einem Metallrahmen eingeschlossen. Das Schutzmaterial ist ein Verkapselungsmaterial, das aus transparentem Silizium oder einem Butyryl-Kunststoff besteht und um die Zellen herum geklebt wird. Die Zellen werden dann in Ethylenvinylacetat (EVA) eingebettet.
Als Trägermaterial wird eine Polyesterfolie – zum Beispiel Mylar – verwendet. Eine Glasabdeckung oder manchmal auch ein leichter Kunststoff umhüllen das Feld, während der Rahmen aus Stahl oder Aluminium besteht. Silizium verbindet alles miteinander. Der Großteil der elektronischen Teile besteht in der Regel aus Kupfer.
Von der Solarzelle zum Solarmodul
Ein Solarzellenmodul-Array ist Teil eines photovoltaischen Solarmodulsystems. Was ist ein Array in PV-Solarsystemen? Es handelt sich um eine Ansammlung von photovoltaischen Solarmodulen. Die Paneele sind miteinander verdrahtet, um ein groß angelegtes photovoltaisches PV-Solarenergiesystem zu bilden. Eine PV-Anlage wird in der Regel mit Solarparks in Verbindung gebracht, aber in Wirklichkeit handelt es sich um eine beliebige Gruppierung von miteinander verbundenen Modulen.
Leistung von Fotovoltaikmodulen
Die Umwandlung von Sonnenlicht in nutzbare Solarenergie beträgt bei Photovoltaikanlagen in der Regel 20 %. Das bedeutet, dass die Leistung eines Photovoltaikmoduls theoretisch 400 Watt übersteigen kann. Je effizienter das Modul bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Energie ist, desto höher ist die Leistung.
Die meisten Solarmodule mit 60 Zellen erzeugen zwischen 270 und 300 Watt. Nehmen wir an, Ihre Paneele sind fünf Stunden am Tag dem direkten Sonnenlicht ausgesetzt. Nehmen wir als Beispiel die Leistung eines Solarmoduls mit 60 Zellen und einer Leistung von 290 Watt. Die Berechnung für die Schätzung Ihrer Energieleistung wäre wie folgt: