Photovoltaik: Solarenergie effizient nutzen

Photovoltaische Solarenergie: Effiziente Nutzung

Photovoltaische Solarenergie ist eine Methode, um Energie aus Sonnenlicht zu gewinnen. Der Strom wird über ein Solarpanel freigegeben. Dank der Fortschritte in dieser Technologie kann die Solarenergie in großem Umfang genutzt werden. Sie eignet sich für den Konsum in Haushalten, für isolierte Anwendungen im Bereich der Haushaltsgeräte, für Einrichtungen auf dem Land (und damit für Landwirte und landwirtschaftliche Anwendungen) sowie für Beleuchtungs- und Kommunikationstechnik (Telefone, Radio usw.).

Erneuerbare Energien: Eine Definition

Erneuerbare Energien sind Energiequellen, die eine unerschöpfliche Versorgungsquelle darstellen. Sie stammen direkt oder indirekt von der Sonne und stehen regelmäßig zur Verfügung.

Vorteile erneuerbarer Energien:

• Verbesserung der Energieversorgungssicherheit
• Umweltfreundlichkeit: Erneuerbare Energien sind umweltfreundlich.
• Förderung der Entwicklung von industriellen Aktivitäten und der regionalen Wirtschaftsintegration

Nachteile erneuerbarer Energien:

• Verfügbarkeitsprobleme: Sie sind nicht immer verfügbar, wenn man sie braucht.
• Hohe Anfangsinvestitionen: In bestimmten Fällen können die notwendigen Investitionen das System unrentabel machen und eine lange Amortisationsdauer erfordern.
• Internalisierung der Kosten: Die Internalisierung der Kosten, die sich aus ihrem sozialen oder ökologischen Nutzen ergeben, würde zu mehr Wettbewerb mit konventionellen Energien führen.

Anwendungen der Photovoltaik

Es gibt zwei Hauptgruppen von Anwendungen:

1. Netzunabhängige Anlagen (z. B. Gehäuse, die vom herkömmlichen Stromnetz getrennt sind, öffentliche Beleuchtung, landwirtschaftliche und Viehzuchtanwendungen, Signal- und Kommunikationsanlagen)
2. Netzgekoppelte Anlagen
   • Photovoltaik-Kraftwerke: Der erzeugte Strom wird direkt in das Stromnetz eingespeist.
   • Photovoltaik-Anlagen in Gebäuden und in der Industrie: Ein Teil der erzeugten Energie wird für den Eigenverbrauch des Gebäudes verwendet, die überschüssige Energie wird in das Netz eingespeist.

Vorteile der Photovoltaik:

• Keine Verbrennung: Es werden keine Schadstoffe am Ort der Nutzung erzeugt.
• Keine schädlichen Auswirkungen wie saurer Regen oder Treibhauseffekt.

Nachteile der Photovoltaik:

• Auswirkungen auf den Herstellungsprozess der Solarmodule.

Solarzellen: Funktionsweise und Herstellung

Die photovoltaische Umwandlung erfolgt über den photoelektrischen Effekt, d. h. die Umwandlung von Lichtenergie der Sonne in elektrische Energie. Solarzellen bestehen aus Halbleitermaterialien, an die künstlich ein konstantes elektrisches Feld angelegt wurde.

Herstellung von Solarzellen:

Solarzellen werden aus quarzreichen Gesteinen hergestellt. Nach dem Schmelzen wird die Kristallisation eingeleitet. Wenn die Bedingungen stimmen, entstehen kristalline Silizium-Ingots. Das Zerteilen dieser Ingots ist sehr wichtig, da bis zu 50 % des Materials verloren gehen können. Nach dem Schneiden erfolgt das Strippen, bei dem Unregelmäßigkeiten und Mängel, die durch den Schnitt entstanden sind, sowie Reste von Staub oder Spänen entfernt werden.

Wichtige Definitionen in der Photovoltaik

Sonneneinstrahlung:

Energie, die von der Sonne in Form von elektromagnetischen Wellen ausgeht.

Bestrahlungsstärke:

Leistungsdichte, die auf eine Oberfläche auftrifft, oder Energie, die pro Zeit- und Flächeneinheit auf eine Fläche einfällt.

Bestrahlung:

Energie, die pro Flächeneinheit und über einen längeren Zeitraum auf eine Oberfläche auftrifft.

Typisches meteorologisches Jahr (TMY):

Eine Reihe von Bestrahlungswerten für ein Jahr, die durch hypothetische Auswahl aufgebaut wird.

Solarzelle oder Photovoltaik-Gerät:

Ein Gerät, das Sonnenenergie in elektrische Energie umwandelt.

Zelltechnologie-Äquivalent (ZTE):

Solarzellenfertigungstechnologie und -verpackung, die identisch mit der von Photovoltaik-Modulen ist, die den Photovoltaik-Generator bilden.

Photovoltaik-Modul:

Eine Gruppe von miteinander verschalteten Solarzellen, die zwischen Materialien eingekapselt sind, die sie vor Witterungseinflüssen schützen.

Photovoltaik-Strang:

Teilmenge von miteinander verbundenen Photovoltaik-Modulen.

Photovoltaik-Generator:

Parallel geschaltete Photovoltaik-Stränge.

Standardmessbedingungen (STC):

Bestrahlungsstärke- und Temperaturbedingungen, die als Referenz zur Charakterisierung von Zellen, Modulen und PV-Generatoren verwendet werden.

Maximale Leistung des Generators (Spitzenleistung):

Maximale Leistung, die das Modul unter STC liefern kann.

NOCT (Nominale Betriebstemperatur der Zelle):

Temperatur, die die Solarzellen erreichen.

Batterie:

Elektrische Verbindung von Batteriezellen.

Batterie (Akkumulator):

DC-Spannungsquelle, die aus einer Gruppe von miteinander verbundenen elektrochemischen Zellen gebildet wird.

Selbstentladung:

Kapazitätsverlust einer Batterie, wenn sie im Leerlauf bleibt.

Nennkapazität C20 (Ah):

Ladungsmenge, die einer Batterie in 20 Stunden entnommen werden kann.

Kapazität:

Verfügbare oder nutzbare Kapazität einer Batterie.

Ladezustand:

Verhältnis zwischen der Restkapazität einer (teilweise entladenen) Batterie und ihrer Nennkapazität.

Entladetiefe (DOD):

Verhältnis der einer Batterie entnommenen Ladung zu ihrer Nennkapazität.

Lade- (oder Entlade-) Regime:

Parameter, der sich auf die Nennkapazität der Batterie und den Wert des Stromflusses bezieht.

Batteriezelle:

Elementare elektrochemische Zelle, die Teil einer Batterie ist.

Laderegler:

Gerät zum Schutz der Batterie vor Überladung und Tiefentladung.

Abschaltspannung für Nebenverbraucher:

Batteriespannung, unterhalb derer die Versorgung der Nebenverbraucher unterbrochen wird.

Ladeschlussspannung:

Batteriespannung, oberhalb derer die Verbindung zwischen dem PV-Generator und der Batterie unterbrochen wird.

Wechselrichter:

Stromrichter, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt.

Effektivwert der Ausgangswechselspannung (Vrms):

Effektivwert der Ausgangswechselspannung.

Nennleistung (VA):

Leistung, die vom Hersteller angegeben wird und die der Wechselrichter kontinuierlich liefern kann.

Überlastbarkeit:

Fähigkeit des Wechselrichters, für bestimmte Zeitintervalle eine höhere Leistung als die Nennleistung zu liefern.

Wirkungsgrad des Wechselrichters:

Verhältnis zwischen Ausgangs- und Eingangsleistung des Wechselrichters.

Leistungsfaktor:

Verhältnis zwischen Wirkleistung (W) und Scheinleistung (VA).