Strom aus Sonnenlicht – die Photovoltaik
Mitte des 19. Jahrhunderts wurden die ersten Kraftwerke gebaut, um die Bevölkerung mit elektrischer Energie zu versorgen. Anlagen zur Energieerzeugung wurden im Laufe der Jahre immer größer und leistungsstärker. Nichtsdestotrotz ist es uns erst seit wenigen Jahren möglich, das größte uns zur Verfügung stehende Kraftwerk direkt zu nutzen – die Sonne. Um dies zu erreichen, kommen Photovoltaikanlagen (PV-Anlage) zum Einsatz, welche Sonnenstrahlung in elektrische Energie umwandeln.
Funktionsprinzip einer Solarzelle
Eine Photovoltaik ist eine Anlage zur Produktion von Strom aus Sonnenlicht und besteht aus verschiedensten Bauteilen, wobei das Herzstück die Solarzellen darstellen. Sie sind für die Umwandlung des Lichts in elektrische Energie verantwortlich. Doch wie funktioniert eine solche Solarzelle?
Nur wenige wissen, dass Albert Einstein seinen Nobelpreis im Jahr 1921 nicht für seine bekannte Relativitätstheorie erhalten hat, sondern für die Entdeckung des Photoelektrischen Effekts. Genau dieser ist es, der die Umwandlung von Licht in Elektrizität erst ermöglicht. Der Photoelektrische Effekt besagt, dass Lichtteilchen mit ausreichender Energie, Elektronen aus einem Material herausschlagen können. Genau dies wird in PV-Anlagen ausgenutzt. Solarzellen bestehen aus speziell präparierten Halbleitern, welche dem Sonnenlicht ausgesetzt werden.
Darstellung des Photoeffekts
Halbleiter haben die Eigenschaft, dass ihre Elektronen schwach an das Material gebunden sind. Somit reicht schon die Energie von Sonnenlicht dazu aus, Elektronen im Halbleiter freizusetzen. Diese Elektronen sorgen nun dafür, dass ein elektrischer Strom fließt und eine elektrische Spannung entsteht. Eine typische Solarzelle hat eine Leerlaufspannung von ungefähr 0,6 V. In der Praxis schließt man mehrere Solarzellen in Reihe, wodurch die elektrische Spannung erhöht wird. Dies nennt man dann ein Solarmodul, welches typische Spannungen von 38 V und Leistungen von 240 W bereitstellen kann.
Wirkungsgrad als entscheidender Faktor
Eine typische Photovoltaikanlage in Privatanlagen hat einen Wirkungsgrad von bis zu 25 %. Das bedeutet, 25 % der einfallenden Sonnenstrahlung wird in elektrische Energie umgewandelt. Auf den ersten Blick ist hier noch viel Luft nach oben. Und tatsächlich kann man deutlich höhere Wirkungsgrade erreichen, jedoch nur wenn man einen (meist deutlichen) Aufpreis zahlt.
Der Grund dafür sind die als Grundbaustein genutzten Halbleiter. Im privaten Bereich verwendete Solarzellen werden meist aus Silizium hergestellt. Da Silizium das zweithäufigste Material in der Erdkruste darstellt, sind solche auf Silizium basierenden PV-Anlagen günstig. In der Raumfahrt, wo der Preis nur eine untergeordnete Rolle spielt, werden mehrschichtige Solarzellen verbaut. Diese bestehen aus mehreren Ebenen mit unterschiedlichen Halbleitern und können Wirkungsgrade von 30-40 % erreichen.
Auch Ausrichtung und Neigung einer PV-Anlage hat Auswirkung auf ihre Energieproduktion. Eine Neigung von ungefähr 30° ist optimal, und eine Ausrichtung der Anlage gegen Süden kann die Energieausbeute deutlich erhöhen. In der Praxis werden mittlerweile auch Photovoltaikanlagen genutzt, welche mittels Motors dem Sonnenstand folgen.
PV-Anlage mit Neigung
Messungen an PV-Anlagen durchführen – am besten mit DEWTETRON
Die oberste Priorität beim Betreiben einer PV-Anlage ist die Maximierung des Wirkungsgrades. Geht man von einer gewöhnlichen Photovoltaikanlagen mit 25 % Wirkungsgrad und jährlicher Produktion von 5000 kWh an Energie aus, führt eine Reduktion des Wirkungsgrades um nur 5 % zu Einbußen von 1000 kWh. Umgerechnet sind dies bei einem Strompreis von 0,22 €/kWh rund 220 € pro Jahr. Man sieht also, dass schon kleine Verringerungen im Wirkungsgrad hohe Kosten verursachen können.
Um dies zu vermeiden, ist vor allem bei größeren Anlagen eine routinemäßige Kontrolle der Leistungsdaten notwendig. Wir bei DEWETRON sind genau auf solche Messungen spezialisiert. Unsere in-house entwickelten und produzierten Powermeter lassen sich speziell auf Ihre Bedürfnisse anpassen. Haben Sie die Daten gemessen, ist es Ihnen mit unserer OXYGEN-Software ein Leichtes, Blindleistung, Wirkungsgrad u.v.m. zu bestimmen. Auch unser Customer-Care-Center steht Ihnen bei etwaigen Fragen und Problemen zur Seite.
Haben wir Ihr Interesse geweckt? In diesem Fall können Sie uns auf unserer DEWETRON-Website besuchen. Dort finden Sie zusätzlich zu unseren Produkten auch noch Whitepaper und Video-Tutorials. Wir sind ebenfalls auf LinkedIn, Twitter und YouTube aktiv und informieren dort über die neuesten Trends und Updates.
