Was ist ein Solarmodul und wie funktioniert es?

Haben Sie vor, eine Solaranlage zu installieren? Wenn ja, möchten Sie vielleicht mehr über das Solarmodul oder das Gerät wissen, das PV-Systeme antreibt, wie Solaranlagen auch genannt werden. Aus diesem Grund haben wir diesen umfassenden Leitfaden über die Funktionsweise von Solarmodulen und ihre verschiedenen Typen erstellt. Fangen wir also gleich mit der Bedeutung von Solarmodulen an.

Was ist ein Solarmodul?

Das Solarmodul ist ein photovoltaisches Gerät und kann eine elektrische Spannung und Strom Nutzung der Sonnenstrahlen. Man sieht sie oft auf den Dächern von Häusern und Unternehmen oder in der Nähe des Bodens in Solarparks.

Wenn Solarmodule in einem PV-System aneinandergereiht sind, werden sie üblicherweise als Solaranlage bezeichnet und entweder in seriell oder parallel. Meistens wird ein Array für die Stromversorgung Ihres Hauses oder Unternehmens verwendet. Einzelne Paneele hingegen werden in der Regel für den Betrieb einzelner Geräte mit geringer Leistung verwendet.

Woraus bestehen Solarmodule?

Die Hauptbestandteile eines Solarmoduls sind: gehärtetes Glas, Verkapselung, Solarzellenschicht, Rahmen, Rückwand, Rahmen und die Anschlussdose. Hier erfahren Sie mehr über sie.

  • Glasplatte: Dieses Teil besteht aus starkem Glas und einer Entspiegelungsschicht. Sie bietet Schutz und reduziert gleichzeitig die Anzahl der Reflexionen.
  • Verkapselung: eine Schutzschicht, in der Regel aus Kunststoff, die die stromerzeugenden Zellen abschirmt.
  • Solarzellen: Hier findet die Stromerzeugung statt.
  • Rückblatt: die Rückwand des Solarmoduls bietet sowohl Schutz als auch elektrische Isolierung.
  • Rahmen: Der aus Aluminium gefertigte Rahmen für die Solarmodule ist leicht und bietet die nötige strukturelle Stärke, um zusammenzuhalten.
  • Abzweigdose: enthält die Anschlüsse und Kabel, mit denen die Schalttafel mit anderen Schalttafeln und Stromkreisen verbunden wird.

Arten von Sonnenkollektoren
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Ressource: https://www.mdpi.com

Arten von Solarmodulen

Die Hersteller von Solarmodulen verwenden verschiedene Technologien zur Herstellung des Geräts. Daraus ergeben sich verschiedene Arten von Modulen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Zu den heute erhältlichen Arten von Solarmodulen gehören: monokristalline Solarmodule, polykristalline Solarmodule, Dünnschichtsolarmodule und PERC-Solarmodule.

Monokristallines Panel

Das monokristalline Solarmodul wird so genannt, weil es ein einziges Modul verwendet, reines Silizium Kristalle in den Energieerzeugungszellen. Aus diesem Grund sind diese Arten von Solarmodulen durch eine schwarze oder dunkle Farbe und achteckige Zellen gekennzeichnet.

Das monokristalline Panel ist der einfachste aller Solarmodultypen. Es ist auch recht effizient und wandelt mehr Sonnenlicht in Strom um als der weiter unten beschriebene polykristalline Typ. Die Herstellung ist jedoch eine größere Herausforderung - und sie kostet mehr.

Polykristalline Platte

Polykristalline Solarmodule enthalten, wie der Name schon sagt, viele Siliziumkristalle in einer einzigen Zelle. Obwohl sie dadurch einfacher herzustellen sind, sind diese Arten von PV-Paneelen weniger effizient, d. h. sie wandeln weniger Sonnenlicht in Strom um als der monokristalline Typ.

Das polykristalline Solarmodul ist auch preiswerter, da es einfacher zu produzieren ist. In Bezug auf die Anwendung eignet es sich für weniger anspruchsvolle Situationen, in denen die Erschwinglichkeit attraktiver ist als eine höhere Effizienz der Energieerzeugung. Polykristalline Module sind an ihrer charakteristischen blauen Farbe zu erkennen.

Dünnfilm-Panel

Das Dünnschicht-Solarmodul wird durch Aufbringen einer Schicht (oder mehrerer Schichten) aus einem photovoltaischen Material auf eine Oberfläche hergestellt. Bei der Oberfläche kann es sich um Glas, Kunststoff oder Metall handeln. Andererseits können verschiedene Materialien für die lichtempfindliche Schicht verwendet werden, was zu verschiedenen Untertypen des Paneels führt, darunter:

  • Solarmodul aus amorphem Silizium
  • Cadmiumtellurid-Solarzellen
  • Kupfer-Indium-Gallium-Selenid

Im Vergleich zu den mono- und polykristallinen Typen ist die Dünnschichtplatte die weniger effiziente Option. Wie Sie sich denken können, ist sie auch die günstigste. Außerdem sind sie leicht und als flexible Paneele erhältlich, die Sie für einzigartige Anwendungen nutzen können.

PERC-Panel

PERC steht für Passivated Emitter and Rear Cell. Diese Arten von Solarmodulen haben im Grunde eine Schicht unter ihnen oder auf der Rückseite, weshalb sie auch als "Rückseitenzellen" bezeichnet werden. Diese Schicht dient dazu, die Lichtmenge, die sonst durch ein typisches Paneel fallen würde, zu reflektieren.

Aufgrund der zusätzlichen Rückschicht ist das PERC-Solarmodul effizienter. Normalerweise wird die reflektierende Schicht dem monokristallinen Paneel hinzugefügt, wodurch die Effizienz der Energieerzeugung noch weiter erhöht wird. Diese Art von Paneelen wird meist in kommerziellen Stromerzeugungssystemen verwendet.

Wie ein Solarmodul funktioniert
Wie ein Solarmodul funktioniert
Ressource: https://www.researchgate.net

Wie funktionieren Solarmodule?

Der Betrieb von Solarmodulen basiert in der Regel auf dem Prinzip der Fotoanregung. Dabei regen Lichtenergiepakete (so genannte Photonen) Elektronen an und lösen sie aus den Atomen eines Materials. In einem Solarmodul wird dadurch ein elektrischer Strom erzeugt. Die meisten Paneele werden heute aus Silizium hergestellt, was die Funktionsweise von Solarzellen gut veranschaulicht.

  • Ein typisches Solarmodul besteht aus einzelnen stromerzeugenden Einheiten (Zellen genannt), die miteinander verbunden sind. Jede Zelle besteht aus zwei dünnen Siliziumschichten.
  • Eine Schicht (die die Oberseite bildet) ist eine P-Typ Halbleiter, der durch Dotierung mit Phosphor hergestellt wird.
  • Die andere Seite ist mit Bor dotiert, so dass sie einen Elektronenmangel aufweist, und heißt Typ N Halbleiter.
  • Die P-Schicht hat einen Überschuss an Elektronen, wodurch sie negativ geladen ist.
  • Die N-Schicht enthält Leerräume für Elektronen. Diese werden Löcher genannt.
  • Wenn die beiden Schichten miteinander verbunden sind, bilden sie eine so genannte PN-Verbindung.
  • Dieser Übergang erzeugt ein elektrisches Feld, das die Elektronen nur in eine Richtung fließen lässt.

Schritt für Schritt arbeiten

Schauen wir uns nun Schritt für Schritt an, wie ein Solarmodul funktioniert. So können Sie sich ein Bild davon machen, was passiert, wenn die Sonne auf das Modul scheint, bis Ihre elektrische Last eingeschaltet wird.

  • Wenn das Sonnenlicht auf die Oberfläche des Solarmoduls trifft, schlägt es Elektronen aus den Siliziumatomen heraus.
  • Die gestoßenen Elektronen sind nun frei beweglich.
  • Aufgrund des elektrischen Feldes im PN-Übergang können diese Elektronen jedoch nicht durch die Siliziumschichten wandern.
  • Wenn ein externer Stromkreis an das Paneel (Last) angeschlossen wird, können die freien Elektronen nun einen Weg finden, um hineinzufließen.
  • Die Elektronen fließen dann über mehrere Leiter, die an jeder Zelle angebracht sind, durch die Last.
  • Dadurch entsteht ein so genannter elektrischer Strom

Das funktionierende Solarmodul erzeugt Gleichstrom, den so genannten DC. Dieser kann nur von einigen wenigen Geräten genutzt werden. Um ihn besser nutzen zu können, wird der Strom in Wechselstrom (AC) umgewandelt. Dies erfordert den Einsatz eines Geräts, das als Solarwechselrichter bekannt ist.

Wie funktionieren Solarmodule bei Nacht?

Können Solarzellen auch nachts funktionieren? Schauen wir mal. In der Nacht scheint die Sonne nicht. Da die Paneele auf Lichtenergie angewiesen sind, um zu funktionieren, bedeutet dies, dass keine Elektronen freigesetzt werden und kein Strom in den externen Stromkreis fließt. Zu dieser Zeit kann das Modul Ihre Verbraucher nicht mit Strom versorgen oder ein Speichersystem aufladen.

Beachten Sie, dass die von Ihren Solarmodulen erzeugte Strommenge direkt proportional zur Lichtmenge ist, die auf ihre Zellen fällt. In der Abenddämmerung sinkt diese Menge beträchtlich, bis sie am frühen Morgen allmählich ansteigt.

Sonnenkollektoren für Haushalte
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Quelle: https://youtu.be/_ZxPopPSBbA?

Verwendung von Solarmodulen

Durch die Fähigkeit, aus Sonnenlicht Strom zu erzeugen, können Solarmodule praktisch alles versorgen, was Strom verbraucht, vorausgesetzt, die vom Modul erzeugte Strommenge entspricht dem Stromverbrauch des betreffenden Geräts. Typische Verwendungszwecke für ein Solarmodul sind unter anderem folgende.

  • In Privathaushalten werden Solarmodule zur Stromversorgung von Lampen und Küchengeräten bis hin zu HLK-Systemen und praktisch allen Arten von elektrischen Geräten eingesetzt.
  • Unternehmen können auch Solaranlagen installieren, um verschiedene Verbraucher mit Strom zu versorgen.
  • Große Solarfarmen verwenden große Paneele, um Strom für die Verteilung an die Kunden zu erzeugen.
  • Solarmodule werden heute für die Stromversorgung von Ladestationen für Elektrofahrzeuge eingesetzt
  • Einige elektronische Produkte sind mit Mini-Solarzellen ausgestattet, um sie mit Strom zu versorgen. Dazu gehören Taschenrechner, Radios und so weiter.
  • Normalerweise werden Solarzellen auf Raumfahrzeugen installiert, um dort oben im Weltraum Strom zu erzeugen.

Schlussfolgerung

Das Solarmodul, das auch als Photovoltaikmodul bezeichnet wird, ist in der modernen Welt ein weit verbreitetes Gerät. Es ermöglicht die Erzeugung von sauberer Energie und bietet zudem eine kostengünstige Möglichkeit zur Stromerzeugung. Da sich die Welt auf umweltfreundlichere Stromquellen zubewegt, werden Solarmodule immer beliebter und werden sowohl in Privathaushalten als auch in Unternehmen eingesetzt.

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