Solarenergie führt die grüne Revolution an. Wenn Sie erwägen, eine Photovoltaikanlage (PV) in Ihrem Haus zu installieren, müssen Sie nicht wissen, wie die PV-Zellen funktionieren. Ihr Solardienstleister kennt die Details und weiß, welche Arten von Modulen in einer bestimmten Anwendung zu verwenden sind.
Doch PV-Anlagen kosten viel Geld, und Kunden sind generell daran interessiert, möglichst viel über die Details zu erfahren. Je mehr Sie verstehen, desto besser wird Ihr eigener Entscheidungsprozess sein.
Eine Standard-PV-Zelle ist ein dünnes Halbleiter-Sandwich mit zwei Schichten hochreinen Siliziums. Photovoltaik-Arrays sind nichts anderes als riesige Matrizen miteinander verbundener Halbleiter-Sandwiches. Nutzbare PV-Anlagen umfassten alle Arten von Geräten, die den Benutzer vor Stromschlägen schützen, den Strom in Batteriebänken speichern und den Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandeln, den die Menschen in ihren Häusern verwenden. Aber das Herzstück jedes Systems ist ein einfacher Konvertierungsprozess.
Eine Photovoltaikzelle wandelt Licht in Strom um.
Eine Basiszelle ist etwa 1/100 Zoll dick und hat eine Vielzahl von Oberflächen. Eine typische Lebensdauer beträgt über 25 Jahre, und es gibt Zellen, die seit über 40 Jahren zuverlässig Strom produzieren. Diese Langlebigkeit ist letztendlich auf die Beschichtungen und Rahmenstrukturen zurückzuführen, die die Zellen schützen.
Ein Modul ist eine Anordnung von einzelnen Zellen, die in Reihe und parallel geschaltet sind, um eine optimale Leistung zu erzielen.
In einer Reihenschaltung addiert sich die Spannung, während sich in einer Parallelschaltung der Strom addiert.
Eine typische PV-Zelle erzeugt etwa ein halbes Volt elektrische Leistung. Bei einer Reihenschaltung von 36 PV-Zellen ergibt sich ein 18-Volt-Modul. Ein Modul oder Panel ist eine Anzahl einzelner Zellen, die miteinander verbunden und in einem fertigen Produkt untergebracht sind. Ein typisches PV-Modul in einer Wohnanwendung misst etwa 2,5 Fuß mal 1,5 Fuß, entweder in Blau oder Schwarz. Rahmen sind entweder aluminiumfarben oder schwarz, wobei letzteres heutzutage die überwältigende Wahl der meisten Hausbesitzer ist (sie sehen einfach besser aus).
Je nach Verschaltung der einzelnen Zellen lassen sich unterschiedlichste Spannungs- und Stromausgänge realisieren. Die Leistung, die ein Modul erzeugen kann, ist eine Funktion der Gesamtfläche sowie der auf das Modul auftreffenden Sonneneinstrahlung.
Typische Module sind rechteckig und in verschiedenen Größen und Konfigurationen erhältlich. Kleine Module (die Art, die in Taschenrechnern verwendet wird) geben weniger als ein einziges Watt Leistung ab, während ein typisches Wohnmodul ungefähr 200 Watt Leistung mehr oder weniger produziert.
Module zeichnen sich aus durch:
Zellmaterial oder Art des verwendeten Siliziumprozesses
Verglasungsmaterial
Rahmen und elektrische Anschlüsse
Das wichtigste Merkmal einer Zelle ist die Zusammensetzung der Siliziumstruktur. Einkristalline Zellen können in einen Block aus mehreren Kristallen gegossen werden. Oder die kristallinen Materialien können auch als dünner Film abgeschieden werden, der als amorphes Silizium bezeichnet wird .
Einzelne Siliziumwafer zur Herstellung von PV-Zellen werden mit metallischen Kontakten (Drähten) eingebettet. Die Zellen sind mit einem Antireflexionsmaterial beschichtet, damit die maximale Menge an Sonnenlicht in jede Zelle absorbiert wird.
Einkristalline Zellen sind effizienter als polykristalline, da in polykristallinen Zellen Zwischenkorngrenzen einen Widerstand gegen den Stromfluss (der Energie verbraucht) einführen. Amorphes Silizium ist in der Herstellung deutlich kostengünstiger, wandelt Sonnenlicht aber nur etwa halb so effizient in nutzbare elektrische Energie um. Praktisch bedeutet dies, dass ein amorphes System die doppelte Fläche benötigt, um die gleiche Leistung abzugeben. Je nachdem, wie viel Oberfläche zur Verfügung steht, kann dies ein Problem sein oder auch nicht. In den meisten Wohnanwendungen ist die geeignete Dachfläche begrenzt, daher ist die Effizienz ein wichtiger Faktor.
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