Kosten, Aufbau und Arten einer Solarzelle
Eine Solarzelle besteht aus zwei Schichten Silizium. An den Grenzflächen der beiden Schichten bildet sich ein elektrisches Feld. Phyikalische Vorgänge bei Lichteinstrahlung bewirken, dass zwischen Metallkontakten, welche an diese Siliziumschichten angebracht werden, elektrischer Strom fliesst.
Die n-Schicht verhält sich wie der Minuspol und die p-Schicht wie der Pluspol einer Batterie. Zwischen Ihnen wird eine Spannung erzeugt, die dann an den Elektroden anliegt.
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Es gibt unterschiedliche Typen, die sich im Verwendungszweck, der Leistung und Herstellung der Siliziumbeschichtung unterscheiden:
* Solarzellen aus monokristallinem Silizium
* Solarzellen aus polykristallines Silizium
* Dünnschichtzellen
Bei Photovoltaikanlagen werden bisher hauptsächlich kristalline Zellen verwendet, da ihr Wirkungsgrad meist höher ist. Vor allem Dachanlagen werden so gut wie immer mit kristallinen Zellen realisiert.
Dünnschichtzellen gibt es in verschiedenen Variationen, je nach Substrat und aufgedampften Materialien. Die Spannbreite der physikalischen Eigenschaften und der Wirkungsgrade ist entsprechend groß. Die Modulwirkungsgrade liegen normalerweise zwischen 5 und 7 %. Als Zellenmaterial wird amorphes Silizium, Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) oder Cadmiumtellurid (CdTe) eingesetzt.
Der große Vorteil ist von Dünnschichtmodulen ist, dass es keine Material-Engpässe gibt, selbst bei der Produktion im Terawatt-Maßstab. Es gibt mittlerweile sogar Dünnschichtzellen, die einen gleich hohen Wirkungsgrad haben, wie kristalline Zellen. CIS-Dünnfilmmodule z.B. haben einen Wirkunsgrad von 11-12% und werden oft für große Flächen verwendet.
Solarzellen - Strahlung und Temperatur
Ganz allgemein gilt natürlich: Der erzeugte Strom von Solarzellen ist umso größer, je mehr Sonne auf die Zelle einstrahlt. Der Strom nimmt proportional zur Strahlungsstärke zu (die Spannung nimmt auch etwas zu).
Mathematisch sieht das ganze so aus:
* Spannung (Volt) x Stromstärke (Ampere) = Watt (Leistung der Zelle)
Problem ist jedoch, dass mit zunehmender Temperatur der Solarzellen der Wirkungsgrad wieder verringert wird. Wird die Zelle / das Solarmodul durch Wind und dementsprechend eine gute Belüftung (auch von der Montageart abhängig) gekühlt, kann man diese Verluste verringern.
Ohne Lüftung sind die Verluste ca. 5% höher als mit einer Belüftung.
Bei hohen Tempraturen kann man ca. 0,5% Leistungsminderung pro Grad Celsius angeben. Erhöht sich die Temperatur eines Solarmoduls von den (laut Testbedingungen) vorgesehenen 25°C z.B. auf 55°C, sinkt die Modulleistung um ca. 15%.
Wen die Technik nicht sonderlich interessiert, der darf hier getrost abschalten und schon zur nächsten Seite gehen. für alle anderen:
Definition der Leistung
Die Leistung eines Solarmodules wird in Watt peak (Wp) oder Kilowatt peak (kWp) angegeben.
kWp Wert beschreibt die optimale Leistung von Solarmodulen unter genormten Testbedingungen (1000 W/m2 Einstrahlung, 25 °C Modultemperatur, 1,5 Air Mass).
Bei bewölktem Himmel oder Erwärmung des Moduls ist die Leistung des Solargenerators geringer.
In unseren Breitengraden können mit 1 kWp-Photovoltaik-Anlage (entspricht 9-10 m² Fläche) etwa 800 bis 1000 kWh Strom pro Jahr erzeugt werden. (Bei optimaler Ausrichtung.) Der durchschnittliche jährliche Stromverbrauch eines Vier- Personen- Haushalts in Deutschland liegt bei etwa 4.000 kWh.
Reihen- und Parallelschaltung von Solarzellen
Die Parallelschaltung wird nur kurz erwähnt, aber eigentlich nicht verwendet. Bei der Parallelschaltung von Solarzellen ist die Spannung (Volt) an allen Zellen gleich aber die Ströme (Ampere) addieren sich zu einem Gesamtstrom.
Bei der Reihenschaltung ist dem entgegen der Strom an allen Solarzellen gleich, aber die Spannung der einzelnen Solarzellen addiert sich zu einer Gesamtspannung.
Auch hier noch einmal - Abschattung
Das Thema gehört auch hier noch einmal hin. Wenn Teile Teile der Solarzelle im Schatten liegen, kann der Ertrag des ganzen Modules sinken, weil sich dieser Teil in diesem Moment als Widerstand im Stromkreis verhält.
Lösung sind hier sogenannte Bypass-Dioden. Die Bypass-Diode leitet den Strom an dem abgeschatteten Modul vorbei.
Auf der nächsten Seite wird das noch näher erklärt.
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