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Panels Photovoltaische Solarenergie

Photovoltaik-Panel

Photovoltaik-Panel

Ein Photovoltaik-Modul ist eine Art Solarpanel, das für die Nutzung von Photovoltaik-Solarenergie ausgelegt ist. Seine Funktion ist es, Sonnenenergie in Elektrizität umzuwandeln. Es wird auch als Photovoltaikmodul bezeichnet.

Photovoltaik-Module können zur Erzeugung elektrischer Energie in privaten und gewerblichen Anwendungen eingesetzt werden.

Photovoltaikmodule bestehen aus einer Reihe von miteinander verbundenen Photovoltaikzellen. Das Photovoltaik-Modul ist dafür verantwortlich, die Energie aus Sonnenstrahlung direkt in Elektrizität in Form von Gleichstrom umzuwandeln.

Der Rest der Elemente der Photovoltaikanlage ist für die Verwaltung und Umwandlung dieser Spannung in Wechselstrom verantwortlich, falls erforderlich. Diese Funktion wird ausgeführt von:

  • Laderegler.
  • Wechselrichter.

Das Äquivalent in der  solarthermischen Energie sind Solarkollektoren . Solarkollektoren sind Sonnenkollektoren, die nach den Gesetzen der Thermodynamik die Sonnenwärme nutzen, um Wärme zu gewinnen.

Wo soll ich die Paneele platzieren und ausrichten?

Die am besten geeignete Ausrichtung und Neigung an jedem Ort hängt vom Breitengrad und der Jahreszeit ab. Am ratsamsten ist eine Untersuchung der Sonnenstrahlung, die für jeden Standort empfangen wird.

Auf der Nordhalbkugel beispielsweise müssen die Platten nach Süden und mit einer gewissen Neigung ausgerichtet sein.

Andererseits variiert die Neigung der Module abhängig vom geplanten Energiebedarf und der Nutzungsdauer, um eine saisonale (Winter, Sommer) oder jährliche Bilanz zu ziehen.

Wie wird Strom durch Photovoltaik-Module erzeugt?

Die Solarzelle kann nur eine Spannung von einigen Zehntel Volt (+/- 0,5 V) und eine maximale Leistung von 1 oder 2 Watt erzeugen. Daher müssen mehrere Zellen in Reihe geschaltet werden (die sich wie kleine Stromgeneratoren verhalten), um Spannungen von 624 V zu erreichen, die in vielen Anwendungen akzeptiert werden.

Photovoltaik-Panel

Photovoltaik-Module erzeugen Strom in Form von Gleichstrom und haben normalerweise zwischen 20 und 40 Solarzellen. In jedem Fall ist es üblich, dass die Module aus 36 Zellen bestehen, um die zum Laden der Batterien (12 V) erforderlichen Volt zu erreichen.

Anschluss mehrerer Sonnenkollektoren

Photovoltaik- Solarmodule können auf zwei Arten miteinander verbunden werden:

  • Parallelschaltung . Diese Art der Verbindung wird hergestellt, indem die positiven Pole einerseits und die negativen Pole andererseits verbunden werden. Die Parallelschaltung zwischen den Solarmodulen liefert eine Spannung, die der des Moduls entspricht (12-18 V).
  • Serielle Verbindung . Die Möglichkeit, zwei oder mehr Photovoltaik-Module in Reihe zu schalten, besteht darin, den positiven Pol des ersten mit dem negativen Pol des zweiten zu verbinden und so weiter. Die Reihenschaltung ergibt eine Spannung, die der Summe der einzelnen Module entspricht (z. B. 12 V, 24 V, 36 V usw.), abhängig von der Anzahl der miteinander verbundenen Karten.

Was sind die verschiedenen Technologien von Photovoltaikmodulen?

Von den vielen Materialien, die zum Bau von Photovoltaikmodulen verwendet werden können, wird Silizium am häufigsten verwendet. Silizium wird in Wafern erhalten, die dann zu einem Photovoltaikmodul zusammengefügt werden.

Die häufigsten Arten des Aufbaus von Photovoltaikzellen sind:

  • Monokristallines Silizium: Zellen haben einen Wirkungsgrad von 18-21%. Sie sind in der Regel teuer und auch vorhanden, sie sind mit zylindrischen Barren geschnitten, es ist schwierig, ausgedehnte Oberflächen mit ihnen zu bedecken, ohne Material oder Platz zu verschwenden.
  • Polykristallines Silizium: billigere Zellen, aber weniger effizient (15-17%), deren Vorteil in der Leichtigkeit liegt, mit der sie in geeignete Formen geschnitten werden können, um Module zu verbinden.
  • Durch Dampfphase abgeschiedenes amorphes Silizium: Photovoltaikzellen haben einen geringen Wirkungsgrad (8%), sind jedoch viel billiger herzustellen. Amorphes Silizium (Si-a) hat eine wichtige Bande aus kristallinem Silizium (Si-c). Dies bedeutet, dass es den sichtbaren Teil des Spektrums der Sonnenstrahlung effizienter absorbiert, den Infrarotanteil jedoch weniger effektiv sammelt. Da nanokristallines Silizium (mit kristallinen Domänen im Nanometerbereich) ungefähr die gleiche Si-c-Bandlücke aufweist, können die beiden Materialien kombiniert werden, um eine geschichtete Photovoltaikzelle zu erzeugen, in der die obere Si-a-Schicht sichtbares Licht absorbiert und überlässt den infraroten Teil des Spektrums der unteren nanokristallinen Siliziumzelle.
  • CIS: Die Zellen basieren auf Calcogenuro-Schichten (z. B. Cu (InxGa1-x) (SexS1-x) 2). Sie haben einen Wirkungsgrad von bis zu 15%, aber ihre Kosten sind immer noch zu hoch.
  • Photoelektrochemische Zellen: Diese 1991 erstmals gebauten Photovoltaikzellen wurden ursprünglich entwickelt, um den Photosynthesevorgang nachzuahmen. Dieser Zelltyp in einem Photovoltaikmodul ermöglicht einen flexibleren Materialeinsatz, und die Produktionstechnologie scheint sehr praktisch zu sein. Die in diesen Zellen verwendeten Farbstoffe leiden jedoch unter Abbauproblemen, wenn sie Hitze oder ultraviolettem Licht ausgesetzt werden. Trotz dieses Problems handelt es sich um eine aufstrebende Technologie mit kommerziellen Auswirkungen, die innerhalb eines Jahrzehnts erwartet werden.
  • Hybrid-Photovoltaikzelle - Kombiniert die Vorteile organischer Halbleiter und verschiedener Arten anorganischer Halbleiter.
  • Konzentrierte Photovoltaikzelle: Die Verwendung dieser Zelle in einem Photovoltaikmodul kombiniert die oben genannten Technologien mit Solarkonzentrationslinsen, die den Wirkungsgrad erheblich steigern. Sie repräsentieren die vielversprechende neue Generation von Panels, die sich noch in der Entwicklung befinden.
  • Monokristallines Silizium, bei dem jede Zelle aus einem Wafer besteht, dessen Kristallstruktur homogen ist (monokristallin), geeignet dotiert, um einen pn-Übergang zu bilden;
  • Photovoltaikmodul mit polykristallinem Silizium, bei dem der vorgenannte Wafer nicht strukturell homogen ist, sondern in lokal geordneten Körnern organisiert ist.

Welche Materialien werden für die Strukturen von Sonnenkollektoren verwendet?

Bei Verwendung einer Tragstruktur für die Solarmodule ist es ratsam, Materialien zu verwenden, die unter Berücksichtigung der langen Lebensdauer der Anlagen gute mechanische Eigenschaften sowie eine hohe Haltbarkeit aufweisen. Normalerweise sind die Stützelemente:

  • Eloxiertes Aluminium (geringes Gewicht und hohe Beständigkeit)
  • Verzinktes Eisen (geeignet für schwere Lasten
  • Edelstahl (für stark korrosive Umgebungen ist es die höchste Qualität und der höchste Preis)

Holzkonstruktionen

Es besteht auch die Möglichkeit, die Strukturen der Photovoltaikmodule mit Holz ordnungsgemäß zu behandeln.

Holzkonstruktionen müssen nur minimale Wartungsarbeiten aufweisen und akzeptable Bedingungen für diese Verwendung aufweisen. Befestigungsteile wie Schrauben sollten immer aus Edelstahl bestehen.

Wie kann die Leistung von Photovoltaikmodulen verbessert werden?

In bestimmten Fällen können Sie die folgenden Techniken auswählen, um die Erträge des Sammelsystems zu erhöhen:

  1. Solartracker. Sorgen Sie mit Solar-Tracking-Systemen für Bewegung in der Tragstruktur.
  2. Lichtbeugung. Die Beugung ist ein charakteristisches Phänomen von Wellen, das auf der Abweichung der Wellen beim Auftreffen auf ein Hindernis oder beim Überqueren eines Schlitzes beruht.

Solartracker

Die Solartracker arbeiten mit einem Motor, der normalerweise mit einem Computer verbunden ist und der je nach Datum und Uhrzeit die Ausrichtung der Paneele entweder in Bezug auf eine oder die beiden Achsen der Ebene, in der sich das Paneel befindet, anpasst. Diese Systeme sind natürlich komplexer und erfordern höhere Kosten und höhere Wartung.

Lichtbeugung

Das Phänomen der Lichtbeugung ermöglicht es, Photovoltaikmodule mit einem Transparenzindex zu erhalten, der höher als der scheinbare ist, da der Schatten, den jede Zelle im Gebäude wirft, geringer ist als die Oberfläche, die sie einnimmt.

Dies bedeutet, dass das Solarpanel von außen deutlich undurchsichtiger wahrgenommen wird als von innen.

Es ist auch möglich, eine größere Transparenz zu erhalten, wenn innerhalb derselben Platte der Abstand zwischen den Zellen vergrößert wird.

Wie besteht ein Photovoltaikmodul?

Die Photovoltaikplatte ist so konzipiert, dass sie den Bedingungen im Freien standhält und Teil der "Haut" des Gebäudes ist. Die Nutzungsdauer beträgt 25 Jahre.

Die Zellen sind in ein Harz eingekapselt und zwischen zwei Schichten angeordnet, um die Photovoltaikmodule zu bilden. Die äußere Folie besteht aus Glas und die Rückseite kann aus undurchsichtigem Kunststoff oder Glas bestehen, wenn Sie ein halbtransparentes Modul herstellen möchten.

Kristallines Silizium und Galliumarsenid sind die typischen Materialoptionen für Solarzellen. Galliumarsenidkristalle werden speziell für photovoltaische Zwecke hergestellt, aber auch Siliziumkristalle werden für den Verbrauch durch die Mikroelektronikindustrie hergestellt.

Polykristallines Silizium hat eine geringere Umwandlungsrate, jedoch zu geringeren Kosten.

Photovoltaik-Panel

Wenn eine Siliziumzelle mit 6 cm Durchmesser direktem Licht von 1 AE ausgesetzt wird, kann sie bei 0,5 Volt einen Strom von 0,5 Ampere erzeugen. Galliumarsenid ist effizienter.

Das Glas wird in kleine Scheiben geschnitten. Es ist poliert, um die Gefahr des Schneidens auszuschließen. Dotierstoffe werden in die Scheiben eingeführt. Auf jeder Oberfläche sind Metalltreiber angebracht: ein kleiner Stecker auf der der Sonne zugewandten Oberfläche und ein Stecker auf der anderen Seite. Solarmodule werden mit diesen Zellen gebaut, die in geeignete Formen geschnitten, vor Strahlung geschützt und durch Aufbringen einer Glasschicht beschädigt und auf ein Substrat (entweder eine starre oder eine flexible Platte) geklebt werden.

Die c elektrischen nschlüsse  serien-parallel durchgeführt , um zu bestimmen , die Gesamtausgangsspannung.

Die  Schutzschicht darf kein Wärmeleiter sein.   Da das Erhitzen der Zelle die Betriebseffizienz verringert, ist es wünschenswert, diese Wärme zu reduzieren.

Kosten

Derzeit sind die mit Solarmodulen verbundenen Kosten in Anwendungen, in denen Strom aus Elektrizitätswerken verfügbar ist, günstig.

Die Kosten für fossile Brennstoffe steigen und die Produktionserfahrung senkt die Kosten für Solarzellen. Dies ist möglicherweise nicht in naher Zukunft zu sehen, aber auf lange Sicht geht der Trend zu einer Zunahme des Energieverbrauchs erneuerbar.

Photovoltaikplatten als konstruktives Element

Photovoltaik-PanelDie Photovoltaikmodule, die in an das Netzwerk angeschlossenen Systemen verwendet werden, unterscheiden sich nicht von denen, die von autonomen Systemen verwendet werden. Diejenigen, die in Gebäude integriert sind, sind normalerweise Standardmodule.

Ein häufiges Problem ist die Tatsache, dass sie unabhängige Strukturen konfigurieren können, die über dem Gebäude liegen und hinzugefügt werden, ohne die ästhetischen Kriterien zu erfüllen. Bestenfalls sind sie in die Fassaden oder das Dach integriert. Aus diesem Grund haben einige Unternehmen in Gebäude integrierte Photovoltaik-Elemente entwickelt  , die einige traditionelle Architekturelemente ersetzen können.

Die Photovoltaik-Module können daher als konstruktives Element behandelt und mit anderen Materialien in vorgefertigten Modulen mit großer Oberfläche kombiniert werden (derzeit werden bis zu 14 m² hergestellt).

Sie eignen sich zur Bildung von Fassaden, deren beste Ausrichtung der Süden ist, obwohl der Einfluss einer Abweichung zwischen 30º und 45º nach Osten oder Westen für die jährliche Berechnung der Energieerfassung nicht wichtig ist.

Autor:

Erscheinungsdatum: 2. September 2015
Geändert am: 9. April 2020