Funktionsprinzip und Aufbau einer Photovoltaikanlage
Funktionsweise Solarzelle
Halbleiter (z.B. Silizium)
Elektrisches Feld durch Zugabe von Fremdatomen, n- bzw. p-leitend
Sonnenlicht erzeugt Ladungsträger (+ und -)
Ladungsträger werden im elektrischen Feld getrennt el. Strom
Höhe des erzeugten Stroms abhängig von Beleuchtungsstärke (Sonneneinstrahlung)
Solarzellentypen

Heute vorwiegend Silizium-Solarzellen

monokristallin:
aufwendigere Herstellung
Wirkungsgrad 15-18 %

polykristallin:
kostengünstigere Herstellung
Wirkungsgrad 12-17 %

amorph (Dünnschichttechnik):
kostengünstigste Herstellung
Wirkungsgrad 5-8 %, der mit der Zeit noch abnimmt
v.a. in Kleingeräten wie Uhren usw.

Weitere Solarzellentypen mit größeren Wirkungsgraden noch im Laborstadium

Solar-Module
Silizium-Solarzelle liefert Spannung von 0,5 V
Module bestehen aus Vielzahl von Solarzellen
Solarzellen liegen hinter Glasscheibe in Kunststofflaminat
Kunststofflaminat muss hoch-transparent, temperaturunempfind-lich, flexibel, UV-fest und langzeitstabil sein (Ursache für Wirkungsgradverlust über der Zeit)
Standardmodule haben Aluminiumrahmen
By-Pass Dioden damit bei Beschattung des Moduls trotzdem Strom durch das Modul fließen kann

Anforderungen an Solarmodule
Glas muss z.B. Hagelschlag aushalten (getestet mit Durchmesser 25 mm, 23 m/s)
Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis der Strahlungsernergie der Sonne zur erzeugten Energie der Solarzelle bzw. eines Solarmoduls. Von 100W Strahlungsenergie bleiben bei einer Solarzelle nur ca. 15% übrig.

Aufstellung der Module
Besten Erträge bei
         - Ausrichtung des Daches von Südost bis Südwest
         - Dachneigung von 25-40°
Im Sommer flaches Dach und im Winter steiles Dach besser
Montagematerial: Edelstahl und Aluminium
Gewicht der Anlage ist unerheblich (ca. 20 kg pro m2)
Ordentliche Befestigung wegen Windlast sehr wichtig
Bei Flachdächern zwei Möglichkeiten:
         - Montagegestell und als Gewicht Betonplatten
         - Kunststoffwannen, die mit Kieselsteinen gefüllt sind
         Als Gewicht 100 kg pro m2 Modulfläche vorgeschrieben
         Keine Befestigung auf dem Flachdach



Anlageertrag abhängig von Ausrichtung und Neigungswinkel des Daches


Verkabelung
Module mit Stecksystemen erleichtern Montage
Kabel müssen witterungs- und UV-beständig sein
Schwarze Kabelbinder viel UV-beständiger als weiße

Aufbau einer Photovoltaikanlage

DC-Freischaltstelle
DC-Freischaltstelle vor dem Wechselrichter zum Abschallten des Gleichstroms bei Arbeiten am Wechselrichter
Hierfür gibt es folgende Möglichkeiten:
         - Gleichstromschalter
         - Trennklemmen
         - Multi-Kontaktstecker beim Wechselrichteranschluss

Wechselrichter
Module auf dem Dach erzeugen Gleichstrom
Der Gleichstrom wird im Wechselrichter in Wechselstrom 50Hz/230V umgewandelt.
Wechselrichterbauarten
         - mit Trafo
         - trafolos
         Trend eindeutig zu trafolosen Geräten (leichter, leiser)
Wechselrichter werden im Betrieb sehr warm
         -> kühler Einbauort (z.B. Keller)
Wechselrichter erzeugen im Betrieb Geräusch
Wechselrichter muss bei Stromausfall abschalten (kein „Notstrom-Betrieb“ möglich)
Ausstattungsunterschiede:
         - eingebautes Display
         - eingebaute PC-Schnittstelle
Datenlogger in der Regel aufpreispflichtig
Unterschiede in der Garantiezeit (bis zu 5 Jahren, gegen Aufpreis bis zu 10 Jahren)
Wichtig ist guter Wirkungsgrad und breiter MPP-Bereich (max. power point)

Ertrag
Für 1 kWp (kilo-Watt-peak=Spitzenleistung) installierte Leistung ca. 7,5-10 m2 Photovoltaik-Module erforderlich
Ertrag an einem guten Sommertag: 5-6 kWh pro kWp
Ertrag pro Jahr: ca. 800-1000 kWh pro kWp
         Typischer Wert für unsere Region: 850-900 kWh ( Im Jahr 2003 erreichten wir Spitzenwerte in unserer Gegend von 1230 kWh pro kWp
4 kWp-Photovoltaikanlage erzeugt soviel Strom, wie ein Vier-Personen-Haushalt durchschnittlich im Jahr verbraucht (ca. 3500 kWh)

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