Wie funktioniert Photovoltaik?

Komponenten

Photovoltaikanlagen bestehen aus:

• Photovoltaikmodulen
• Wechselrichter
• Befestigungsmaterialien (Dachhaken, Schienen, Schrauben usw., vorwiegend aus Aluminium oder Edelstahl)
• Solarstromleitungen
• und dem Stromzähler (Zählerschrank, Sicherungen).

Photovoltaikmodule

In einem Photovoltaikmodul sind mehrere Solarzellen (Wafer) miteinander verschaltet. Zum Schutz wird über diesen Zellen eine Glasabdeckung angebracht und in einen Rahmen gefasst. Dieser verleiht dem Modul die erforderliche Stabilität, dient der Befestigung und besteht im Normalfall aus Aluminium.

Hinweis:

Es werden auch Cadmiumtellurit Module (CdTe) angeboten. Diese sind günstiger in der Herstellung, doch sollte beachtet werden dass Cadmium ein toxisches Element ist und nicht in die Umwelt gelangen darf. In Modulen ist dies weitgehend unproblematisch. Das Recycling muss jedoch im geschlossenen Stoffkreislauf erfolgen.

Ein Modul kann eine Leistung zwischen 100 und 300 Watt (Wp) haben. Die Leistung ist von der Art und der Anzahl der Zellen abhängig.

Abhängig vom Herstellungsverfahren der Solarzellen unterscheidet man verschiedene Arten von Modulen:

Monokristalline Module:

• Die Solarzellen bestehen aus einem Siliziumkristall
• Die Solarzellen sind in ihrer Herstellung teurer
• Die Module haben einen Wirkungsgrad von ca. 14-18%

Polykristalline Module:

• Die Solarzellen können mit einem geringeren Energieaufwand hergestellt werden
• Der Modulwirkungsgrad beträgt ca. 13-17%

Dünnschicht-Module:

• Dünnschicht-Module bestehen nicht aus einzeln miteinander verschalteten Solarzellen. Bei der Herstellung dieser Module wird photoaktives Halbleitermaterial auf eine Trägerschicht, die normalerweise aus Glas oder Kupfer besteht, aufgedampft
• Bei ihrer Herstellung werden geringere Mengen an Material und Energie verbraucht
• Diese Module haben ein besseres Schwachlichtverhalten
• Sie haben einen geringeren Wirkungsgrad als Mono- oder Polykristalline Module (ca. 4-14%)
• Um mit Dünnschicht Modulen die gleiche Leistung zu erreichen wie mit poly- oder monokristallinen Modulen wird mehr Fläche benötigt.

Solarzellen

Die Solarzellen in einem Photovoltaikmodul bestehen nur aus wenigen zehntel Millimetern dicken Siliziumscheiben. Diese Siliziumscheiben werden beispielsweise mit Phosphor und Bor gezielt verunreinigt (dotiert), wodurch in der dünnen Oberflächenschicht ein Überschuss an Elektronen (n-Silizium) und im Rest des Materials ein Mangel an Elektronen (p-Silizium) erzielt wird. Im Übergangsbereich entsteht dadurch ein inneres elektrisches Feld, welches die bei Lichteinwirkung entstehenden freien Ladungsträger nach ihrer Polarität trennt. Durch beiderseitig angebrachte Kontakte wird dieser elektrische Gleichstrom nach außen geführt.

Wechselrichter

Ein Wechselrichter wandelt den von den Modulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um und speichert Daten über die erzeugten Strommengen. Über Zubehörgeräte können diese Daten ausgelesen werden. Der Euro-Wirkungsgrad der Wechselrichter liegt abhängig vom Typ im Normalfall zwischen 94 und 97,7 %. Anschließend wird dieser Wechselstrom über den Zähler in das öffentliche Stromnetz eingespeist.