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Panels Photovoltaische Solarenergie

Sonnenkollektoren, Eigenschaften von Photovoltaikmodulen

Sonnenkollektoren, Eigenschaften von Photovoltaikmodulen

Sonnenkollektoren sind die wichtigsten Elemente von Solaranlagen. Die Funktion eines Solarmoduls in einer Photovoltaikanlage besteht darin, Sonnenenergie in Strom umzuwandeln. Sie werden auch Photovoltaikmodule genannt.

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Photovoltaik- Solarmodule können verwendet werden, um elektrische Energie für den privaten und gewerblichen Gebrauch zu erzeugen. Typischerweise sind industrielle Solaranlagen an das Stromnetz angeschlossen und der gesamte erzeugte Strom wird in das Netz eingespeist.

Photovoltaikmodule bestehen aus einer Reihe miteinander verbundener Photovoltaikzellen. Die gängigsten Konfigurationen sind 60-Zellen- und 72-Zellen-Solarmodule.

Das Äquivalent zur Solarthermie sind Sonnenkollektoren. Sonnenkollektoren sind Sonnenkollektoren, die nach den Gesetzen der Thermodynamik die Wärme der Sonne nutzen, um Wärme zu gewinnen.

Was sind Solarsets?

Solarbausätze sind ein Satz von Elementen, die für die Installation von Photovoltaik-Solarenergie in einem Haus erforderlich sind. Beim Kauf von Solarmodulen ist es interessant, die Option des Kaufs von Solarkits in Betracht zu ziehen, da diese sehr einfach zu installieren sind und die meisten Anbieter sie mit mehrjähriger Garantie verkaufen.

Die übrigen Elemente der Photovoltaikanlage übernehmen die Verwaltung und Umwandlung dieser Spannung in Wechselstrom, falls erforderlich. Die Zusammensetzung von Solar-Kits variiert je nach Art des Kits, aber die wichtigsten Elemente, die sie normalerweise enthalten:

  • Solarplatten.

  • Strukturelemente.

  • Wechselrichter.

  • Batterien.

  • Verbindungskabel.

Wie wird Strom durch Photovoltaikmodule erzeugt?

Die Solarzellen, aus denen ein Solarpanel besteht, bestehen aus Halbleitermaterialien. Wenn die Photonen, aus denen das Licht besteht, mit den Atomen dieses Materials kollidieren, bewirken sie die Verschiebung eines Elektrons; Das nennt man photovoltaischen Effekt. Die Summe der sich bewegenden Elektronen erzeugt einen elektrischen Strom in Form von Gleichstrom.

Sonnenkollektoren, Eigenschaften von PhotovoltaikmodulenEine Solarzelle kann nur eine elektrische Spannung von wenigen Zehntel Volt (+/- 0,5 V) und eine maximale Leistung von 1 oder 2 Watt erzeugen. Daher ist es notwendig, mehrere Zellen in Reihe zu schalten (die sich wie kleine Stromgeneratoren verhalten), um Spannungen von 624 V zu erreichen, die in vielen Anwendungen akzeptiert werden.

Anschluss mehrerer Solarpanels

Photovoltaik-Solarmodule können auf zwei Arten miteinander verbunden werden:

  • Parallele Verbindung. Diese Art der Verbindung entsteht durch Verbinden der Pluspole einerseits und der Minuspole andererseits. Die Parallelschaltung zwischen den Solarmodulen liefert eine Spannung gleich der des Moduls (12-18 V)

  • Serielle Verbindung. Der Weg, zwei oder mehr Solarmodule in Reihe zu schalten, besteht darin, den positiven Pol des ersten mit dem negativen des zweiten und nacheinander zu verbinden. Die Reihenschaltung ergibt eine Spannung, die der Summe der Spannung jedes Moduls entspricht (z. B. 12 V, 24 V, 36 V usw.), je nach Anzahl der miteinander verbundenen Platten.

Welche Technologie wird in Solarmodulen verwendet?

Silizium ist das am weitesten verbreitete Material für den Bau von Photovoltaikmodulen. Silizium wird zu Wafern verarbeitet, die dann miteinander verbunden werden, um Photovoltaikzellen zu bilden.

Die gebräuchlichsten Konstruktionsarten von Photovoltaikzellen sind:

  • Monokristallines Silizium: Zellen haben einen Wirkungsgrad von 18-21%. Sie sind in der Regel teuer und auch vorhanden, sie werden mit zylindrischen Barren geschnitten, es ist schwierig, ausgedehnte Flächen damit 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 zum Verbinden von Modulen geschnitten werden können.

  • Durch Dampfphase abgeschiedenes amorphes Silizium: Photovoltaikzellen haben einen geringen Wirkungsgrad (8 %), sind aber viel billiger in der Herstellung. Amorphes Silizium (Si-a) hat eine wichtige Bande von kristallinem Silizium (Si-c). Dies bedeutet, dass es den sichtbaren Teil des Spektrums der Sonnenstrahlung effizienter absorbiert, aber den infraroten Teil weniger effizient sammelt. Da nanokristallines Silizium (mit kristallinen Domänen im Nanometerbereich) fast die gleiche Si-c-Bandlücke aufweist, können die beiden Materialien kombiniert werden, um eine geschichtete Photovoltaikzelle zu erzeugen. In der oberen Schicht absorbiert Si-a sichtbares Licht und überlässt den infraroten Anteil des Spektrums der unteren nanokristallinen Siliziumzelle.

  • CIS: Zellen basieren auf Chalkogenidschichten (z. B. Cu (InxGa1-x) (SexS1-x) 2). Sie haben einen Wirkungsgrad von bis zu 15 %, sind aber immer noch zu teuer.

  • Photoelektrochemische Zellen: Diese 1991 erstmals gebauten Photovoltaikzellen wurden ursprünglich entwickelt, um den Prozess der Photosynthese nachzuahmen. Dieser Zelltyp in einem Photovoltaikmodul ermöglicht einen flexibleren Materialeinsatz und die Produktionstechnologie scheint sehr komfortabel 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, deren kommerzielle Auswirkungen innerhalb eines Jahrzehnts erwartet werden.

  • Hybrid-Photovoltaikzelle: kombiniert die Vorteile von organischen Halbleitern und verschiedenen Arten von anorganischen Halbleitern.

  • Konzentrierte Photovoltaikzelle: Die Verwendung dieser Zelle in einem Photovoltaikmodul kombiniert die oben genannten Technologien mit solaren Konzentrationslinsen, die den Wirkungsgrad erheblich steigern. Sie repräsentieren die vielversprechende neue Generation von Panels, die sich noch in der Entwicklung befindet.

Welche Materialien werden für die Strukturen der Solarmodule verwendet?

Bei der Verwendung einer Tragkonstruktion für Solarmodule empfiehlt es sich, unter Berücksichtigung der langen Nutzungsdauer der Anlagen, Materialien zu verwenden, die neben einer hohen Strapazierfähigkeit auch gute mechanische Eigenschaften aufweisen. Normalerweise sind die Stützelemente:

  • Eloxiertes Aluminium (geringes Gewicht und hohe Widerstandsfähigkeit)

  • Verzinktes Eisen (geeignet für schwere Lasten

  • Edelstahl (für sehr korrosive Umgebungen ist es die höchste Qualität und der höchste Preis)

Holzkonstruktionen

Es besteht auch die Möglichkeit, die Strukturen der Photovoltaikmodule aus entsprechend behandeltem Holz herzustellen.

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

Lage und Ausrichtung der Solarpanels

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

Auf der Nordhalbkugel beispielsweise müssen die Platten in südlicher Richtung und mit einer gewissen Neigung ausgerichtet sein.

Andererseits variiert die Neigung der Module je nach zu erwartendem Energiebedarf und Nutzungszeitraum, um eine saisonale (Winter, Sommer) oder Jahresbilanz zu ziehen.

Die Sonnenkollektoren können auf beweglichen Trägern installiert werden, um die Ausrichtung zur Sonne zu variieren, oder auf festen dreieckigen Strukturen.

Wie kann die Leistung von Photovoltaikmodulen verbessert werden?

In bestimmten Fällen können zur Steigerung der Ausbeute des Sammelsystems die folgenden Techniken gewählt werden:

  1. Solartracker. Bieten Sie der Stützstruktur mit Solar-Tracking-Systemen Bewegung.

  2. Lichtbeugung. Beugung ist ein charakteristisches Phänomen von Wellen, das auf ihrer Ablenkung beim Auftreffen auf ein Hindernis oder beim Passieren eines Spalts beruht.

Solartracker

Solartracker arbeiten mit einem Motor, der normalerweise mit einem Computer verbunden ist, der je nach Datum und Tageszeit die Ausrichtung der Paneele entweder in Bezug auf eine oder beide Achsen der Ebene anpasst, die das Paneel enthält. Diese Systeme sind naturgemäß komplexer und mit höheren Kosten und höherem Wartungsaufwand verbunden.

Lichtbeugung

Das Phänomen der Lichtbeugung ermöglicht es, Photovoltaikmodule mit einem höheren Transparenzindex als dem scheinbaren zu erhalten, da der Schatten, der von jeder Zelle im Inneren des Gebäudes geworfen wird, geringer ist als die Fläche, die sie einnimmt.

Dies impliziert, 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 ist ein Photovoltaikmodul aufgebaut?

Das Photovoltaikmodul ist so konzipiert, dass es den im Freien auftretenden Bedingungen standhält und Teil der „Haut“ des Gebäudes sein kann. Die Nutzungsdauer wird mit 25 Jahren angenommen.

Die Zellen werden in ein Harz eingekapselt und zwischen zwei Platten platziert, um Photovoltaikmodule zu bilden. Die äußere Schicht 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 typische Materialien für Solarzellen. Galliumarsenidkristalle werden speziell für photovoltaische Zwecke hergestellt, aber auch Siliziumkristalle werden für den Verbrauch in der Mikroelektronikindustrie hergestellt.

Polykristallines Silizium hat einen geringeren Umwandlungsprozentsatz, aber zu geringeren Kosten.

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

Das Glas wird in kleine Scheiben geschnitten. Es ist poliert, um die Gefahr des Schneidens zu beseitigen. Die Dotierstoffe werden in die Scheiben eingebracht. Auf jeder Oberfläche sind metallische Steuerungen aufgebracht: 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 beschädigt werden, indem eine Glasschicht aufgebracht und auf ein Substrat (entweder eine starre oder flexible Platte) geklebt wird.

Elektrische Verbindungen werden seriell-parallel hergestellt, um die Gesamtausgangsspannung zu bestimmen.

Die Schutzschicht darf kein Wärmeleiter sein. Da die Zellenerwärmung die Betriebseffizienz verringert, ist es wünschenswert, diese Wärme zu verringern.

Kosten für Sonnenkollektoren

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

Die Kosten für fossile Brennstoffe steigen, und die Produktionserfahrung senkt die Kosten für Solarzellen, dies mag in naher Zukunft nicht zu sehen sein, aber langfristig geht der Trend zu einer zunehmenden Nutzung dieser Art von erneuerbarer Energie .

Photovoltaik-Solarmodule als Bauelement

Die Solarmodule, die in an das Netzwerk angeschlossenen Systemen verwendet werden, unterscheiden sich nicht von denen, die von autonomen Systemen verwendet werden. Gebäudeintegrierte sind in der Regel Standardmodule.

Sonnenkollektoren, Eigenschaften von PhotovoltaikmodulenEin häufiges Problem ist die Tatsache, dass sie eigenständige Strukturen konfigurieren können, die dem Gebäude überlagert und ohne ästhetische Kriterien hinzugefügt werden. Im besten Fall werden sie in die Fassade oder das Dach integriert. Aus diesem Grund haben einige Unternehmen gebäudeintegrierte Photovoltaikelemente entwickelt , die einige traditionelle Architekturelemente ersetzen können.

Photovoltaik-Module können daher als Bauelement behandelt und mit anderen Materialien zu großflächigen vorgefertigten Modulen kombiniert werden (derzeit werden bis zu 14 m² hergestellt).

Sie eignen sich für die Gestaltung von Fassaden, deren beste Ausrichtung nach Süden ist, obwohl der Einfluss einer Abweichung zwischen 30º und 45º nach Osten oder Westen bei der jährlichen Berechnung der Energiegewinnung keine Rolle spielt.

Autor:

Erscheinungsdatum: 2. September 2015
Geändert am: 6. Juni 2022