Solaranlagen leisten einen wichtigen Beitrag zur alternativen Energiegewinnung und damit zur Energiewende. Immer mehr Gewerbe und Privathaushalte wechseln auf diese saubere Form der Energiegewinnung. Aber wie genau funktionieren Solaranlagen, was ist eigentlich Photovoltaik und wie wird der erzeugte Strom für den Haushalt verwendbar? Wir erklären.
Zum genaueren Verständnis wollen wir uns erst einmal die Funktionsweise einer Solarzelle ansehen:
Solarzellen sind die Basis für Solarmodule und Solaranlagen. Ihre Funktionsweise basiert auf dem photovoltaischen Effekt, der es ermöglicht, Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umzuwandeln.
Die Hauptfunktion einer Solarzelle besteht in der Absorption von Sonnenlicht und dessen Umwandlung in elektrischen Strom. Dies geschieht durch einen Halbleiterkristall, meistens aus Silizium. In diesem Kristall wird bei der Herstellung der Solarzelle ein sogenannter „pn-Übergang“ geschaffen, also ein Übergang zwischen einem Überschuss an Elektronen (n-Typ) und einem Bereich, in dem Elektronen fehlen (p-Typ).
Photonen regen im Halbleiterkristall Ladungsträger an. Dadurch entstehen Elektronen-Loch-Paare. Das heißt, es werden Elektronen freigesetzt, die sich frei bewegen können. Gleichzeitig bleiben positiv geladene "Löcher" zurück, wo Elektronen fehlen.
Diese Ladungsträger werden durch den oben genannten pn-Übergang voneinander getrennt.
Durch die Trennung und Bewegung der Elektronen und Löcher in entgegengesetzte Richtungen entsteht eine Spannung. Über die Verbindung der beiden Schichten durch einen Stromkreis können die überschüssigen Elektronen von der n-Typ-Schicht zur p-Typ-Schicht zurückwandern, wodurch ein Gleichstrom (DC) in der Solarzelle entsteht.
In einem Solarmodul sind die Solarzellen elektrisch hintereinander (also in Serie) geschaltet. Das bedeutet, dass der erzeugte Strom durch jede einzelne Zelle fließt, bevor er aus dem Modul herausgeführt wird.
Bei einem Solarmodul werden die empfindlichen Solarzellen, die eine Dicke von nur etwa 0,2 mm aufweisen, in einem Laminat eingebettet. Dieses Laminat besteht in der Regel aus einer Glasscheibe, einem transparenten Einkapselungsmaterial und einer witterungsbeständigen Rückseitenfolie. So werden die Solarzellen vor Witterungseinflüssen, Feuchtigkeit und mechanischer Belastung geschützt.
Der Rahmen verleiht dem Solarmodul zusätzliche Stabilität, ermöglicht eine einfache Montage auf verschiedenen Untergründen und trägt dazu bei, die mechanische Integrität über die gesamte Lebensdauer des Moduls zu gewährleisten.
Jedes Solarmodul verfügt zudem über wasserdichte Anschlussdosen, an denen die Kabel angeschlossen sind, um den erzeugten Strom aus dem Modul herauszuführen. Diese sogenannten Solarkabel leiten den Strom zum Wechselrichter.
Der Wechselrichter ist die essenzielle Komponente in Solaranlagen, die den Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandelt. Dieser Schritt ist notwendig, da die meisten Haushaltsgeräte und das öffentliche Stromnetz Wechselstrom verwenden. Ein Wechselrichter spielt also eine zentrale Rolle, indem er den erzeugten Gleichstrom in eine Form umwandelt, die für den Betrieb von elektrischen Geräten geeignet ist. Durch ihn kann der erzeugte Solarstrom optimal selbst genutzt, oder aber ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
Moderne Wechselrichter verfügen über fortschrittliche Technologien, die eine effiziente Umwandlung und Steuerung des Stroms ermöglichen. Darüber hinaus bieten viele Wechselrichter Überwachungsfunktionen, mit denen die Leistung der Solaranlage kontinuierlich überwacht und optimiert werden kann.
Es gibt verschiedene Arten von Wechselrichtern, wie z.B. String-Wechselrichter, Mikro-Wechselrichter und Hybrid-Wechselrichter. Diese kommen je nach Anlagentyp und Anforderungen zum Einsatz. Diese Überwachungsfunktionen sind ein wichtiger Aspekt, da sie nicht nur die Leistung der Solaranlage kontinuierlich überwachen, sondern auch Daten zur Analyse und Fehlerdiagnose bereitstellen können. Das trägt erheblich zur Wartungseffizienz und zur Optimierung der Energieerzeugung bei. Außerdem spielen Wechselrichter eine Schlüsselrolle bei der Einhaltung von Sicherheitsstandards und Netzkompatibilitätsanforderungen. Sie sorgen dafür, dass der eingespeiste Strom die richtige Spannung, Frequenz und Phasenlage aufweist, um mit dem Stromnetz kompatibel zu sein.
Wie der Name bereits erahnen lässt, ist dieser notwendig zum Speichern von überschüssigem Strom. Gespeicherter Strom kann so zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden, beispielsweise wenn die Sonne nicht scheint oder der Strombedarf höher ist als die aktuelle Erzeugung.
Der Wechselrichter leitet den überschüssigen Strom an den Stromspeicher weiter, wo er in Batterien oder mit anderen Speichertechnologien gespeichert wird. Diese Speicherung erfolgt dann in der Regel in Form von chemischer Energie.
Ist der Energiebedarf im Haus höher als die aktuelle Solarstromerzeugung, wird der gespeicherte Strom aus dem Stromspeicher entladen. Der Wechselrichter wandelt den gespeicherten Gleichstrom wieder in Wechselstrom um, der dann im Haushalt genutzt werden kann und so die Eigenverbrauchsquote erhöht und die Energiekosten senkt.
Eine Solaranlage ist eine nachhaltige und umweltfreundliche Möglichkeit, um sauberen Strom zu erzeugen und damit einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Indem sie die Energie der Sonne nutzt, kann eine Solaranlage einen erheblichen Teil des Energiebedarfs eines Haushalts decken und gleichzeitig die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduzieren. Durch die Nutzung von Solarzellenzellen, Wechselrichtern und Stromspeichern funktioniert eine Solaranlage als effizientes System, das den erneuerbaren Energien den Weg in unsere Haushalte ermöglicht. Bei uns sogar im Komplettpaket erhältlich.
