Die PV-Anlage in der Praxis
Es gibt zwei Haupttypen: autonom und netzangebunden
Autonome Systeme werden meistens an abgelegenen Orten ohne Stromversorgung installiert. Das PV-System besteht aus 1 oder mehrere Solarmodulen die Gleichstrom erzeugen, welcher sofort von elektrischen Geräten verwendet werden kann. Der Strom kann auch in Akkus gespeichert werden woraus eventuell zu einem späteren Zeitpunkt Strom entzogen werden kann. Autonom sind zum Beispiel die Verkehrszähler entlang der Straße; mit einem Draht über der Straße, einen Pfahl mit einem Sonnenpanel und einen Akkubehälter. Auch nutzt man autonome Systeme für (Ferien)Wohnungen in sonnigen Ländern wie Spanien an Orte weit weg von der Stromversorgung.
Netzangebundene Systeme sind mit dem Lichtnetz verbunden. In der Praxis kommt dies am meisten vor. Es sind dann keine (teure) Akkus notwendig um nicht sofort verwendeten Strom zu speichern. Strom ist immer verfügbar, auch nachts, einfach indem es aus dem Netz entzogen wird. Das Stromversorgungsnetz funktioniert also als Zwischenspeicher. Der von den Solarmodulen erzeugte Strom muss allerdings umgewandelt werden in Wechselstrom um aufs Netz zu können. Hierfür werden Wechselrichter (Inverters) genutzt. Wechselrichter setzen den Gleichstrom der Solarmodule um in Wechselstrom mit der Spannung und geben das weiter an die elektrische Anlage Ihres Hauses oder Betriebes.
Eigene PV; niedrigere Stromrechnung
Je mehr Strom Sie selber produzieren, je niedriger Ihrer Stromrechnung. Hierbei gilt in den Niederlanden allerdings eine Aufrechnungsregelung wobei Sie kurzgesagt bis 5000kWh an Strom produzieren können gegen den vollen Stromtarif (ca. € 0,23/kWh). Für alles was Sie mehr produzieren empfangen Sie weniger (ca. € 0,08/kWh). In der Realität und abhängig von dem konkreten Verbrauch- und Produktionsmuster, ist die richtige Berechnung etwas komplexer; siehe Sonnenenergie verrechnen und Energiekosten anderswo auf dieser Website.
Die PV-Anlage; Prinzipien
Es dreht sich alles um die Sonne. Oder besser gesagt das Sonnenlicht welches die Erde erreicht. Dieses Licht stellt zu jedem Moment weitgehend 8000 x mehr Energie wie der Bedarf aller Erdbewohner zusammen da. Es ist also Sache diese Energie, oder sogar nur ein ganz kleiner Teil davon, umzusetzen in für uns brauchbare Energie. Ein Teil der Energie, das infrarote Licht, ist als Wärmequelle einsetzbar. Zum Beispiel indem man mit Sonnenkollektoren Wasser erwärmt. Ein anderer Teil, größtenteils das sichtbare Licht, kann dank des sogenannten photovoltaische Effekts, direkt in Strom umgesetzt werden. Dies ist genau was passiert in Solarmodulen, auch PV-Module genannt (wegen dem PhotoVoltaischen Effekt).
Solarmodulen
Solarmodulen bestehen aus mit einander verbundene Solarzellen. Eine Solarzelle besteht aus einer Schicht Kristallin halbleitendes Material, meistens Silizium woran an der Oberseite Phosphor und an der Unterseite Borium hinzugefügt wird. Hierdurch entstehen eine sogenannte P-Schicht und eine N-Schicht, mit dazwischen eine dünne Grenzschicht. Photonen aus dem Sonnenlicht lösen in der P-Schicht Elektronen heraus. Damit entsteht eine elektrische Spannung zwischen den beiden Schichten. Jetzt kann man Strom entziehen indem man den Stromkreis schließt (in der Abbildung über dem Spannungsmesser). Weil die Spannung einer einzelnen Solarzelle sehr niedrig ist, ungefähr 0.6 Volt, werden eine Anzahl von Zellen in Serie miteinander verbunden und zwischen einer Glasplatte und einige Kunststofffolien laminiert.
Ein Solarmodul besteht meistens aus einer Serie von 54, 60 oder 72 Solarzellen (jedes 5 bis 6 Inch im Durchschnitt) und liefert heutzutage ein Vermögen von 180 bis 280 Watt Peak (Wp). Ein Solarmodul liefert Gleichstrom. Um eine Wechselspannung von 230 Volt zu bekommen ist ein Wechselrichter (Inverter) notwendig wonach die Spannung in das reguläre Netz oder ein Haushaltsgerät geleitet werden kann.
Drei Typen Solarmodulen
Die wichtigsten kommerziell anwendbaren Ausführungen sind:
Monokristalline Solarmodule wobei die Zellen aus monokristallinem Silizium Solarzellen bestehen. Die verwendeten Siliziumtafeln werden aus einem großen Monokristall gesägt. Dies ist ein relativ teurer Prozess. Das Resultat ist eine dunkelblaue bis schwarze Platte mit einem hohen Ertrag, besonders bei einer senkrechten Sonneneinstrahlung.
Poly- oder multikristalline Solarmodule wobei die Zellen gegossen werden. Dies ist ein einfacherer und billigerer Prozess. Das Endresultat ist ein etwas ungleichmäßiger aussehendes Modul mit einem etwas niedrigeren Ertrag. Wirkt sehr gut bei diffusem Licht.
Dünnschichtsolarmodule womit bis vor kurzem vor allem amorphe Modulen gemeint wurden. Bei diesen Platten wird amorphes Silizium aufgedampft auf einem unterstützenden Material. Der Ertrag ist nicht sehr hoch (8 – 9%), aber die Zellen, und damit die Modulen, sind viel preisgünstiger. Diese amorphen Module sind deshalb eine gute Option bei einer großen verfügbaren Fläche. Außerdem funktionieren sie relativ gut bei staubigen Umgebungen und Schatten. Heutzutage werden auch viele Dünnschichtmodule produziert mit anderen aufgedampften Materiale (zum Beispiel CIS, CIGS oder CdTe), womit hohe Erträge erzielt werden können (11-13%). Die Herausforderung besteht momentan darin die Herstellungskosten dieser jetzt noch teuren Methode herunter zu bekommen.
