| Photovoltaik

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Die Strahlungsenergie der Sonne kann prinzipiell aufgefangen und in Elektrizität umgewandelt werden, ohne dass Nebenprodukte wie beispielsweise Kohlendioxid entstehen. Bei der Umwandlung wird der photovoltaische Effekt ausgenutzt. Das Sonnenlicht ist Welle und Teilchen zugleich. Die "Lichtteilchen" werden Photonen genannt, treffen in einem Leiter oder Halbleiter (also Photovoltaikzelle oder -modul) auf Elektronen und bewirken eine Ladungstrennung. Es entsteht ein elektrisches Spannungsgefälle - Strom fließt und wird durch Vorder- und Rückseitenkontakte abgenommen.

Modultypen:

Es werden drei verschiedene Typen von Modulen in Photovoltaik-Anlagen verwendet. Polykristalline, monokristalline und Dünnschicht- / amorphe Module. Diese unterscheiden sich im Wirkungsgrad, Aufbau und den Kosten der Herstellung.

Polykristalline Module

Die einzelnen Zellen werden aus einem multikristallinen Siliziumwafer zu dünnen Platten gesägt. Dieses Verfahren ist gegenüber monokristallinen Zellen günstiger, da der Siliziumwafer mehrere Kristalle besitzt. Neueste polykristalline Zellengenerationen erreichen durch zusätzliche Oberflächenbehandlungen Wirkungsgrade, die zum Teil über denen monokristalliner Zellen liegen.

Einsatzgebiete: Dächer, +/- 30° zum Azimut-Winkel, Dachneigung über 45°.

Monokristalline Module

..werden aus Einkristall-Siliziumwafern hergestellt. Durch die Einkristallstruktur erreichen monokristalline Module hohe Wirkungsgrade mit 14-16%. Durch spezielle amorphe Beschichtungen kann ein maximales Lichtspektrum optimal ausgenutzt werden.

Einsatzgebiete: Dächer, mit Ausrichtung nach Süden, +/- 30°, Dachneigung 15-45°

Amorphe Module (Dünnschicht)

werden hergestellt, indem ein Zell-Trägermaterial (meist Stahlblech, Glas oder Kunststoff) mit amorphem Silizium beschichtet wird. Amorphe Module haben einen Wirkungsgrad um 8%, darum benötigt man eine weit größere Modulfläche bei gleicher Leistung gegenüber kristallinen Modulen. Durch die Flexibilität des Trägermaterials werden amorphe Module in vielen Bereichen eingesetzt, z.B. bei flexiblen Modulen, Fassaden und Dachkonstruktionen.

Einsatzgebiete: durch den geringen Preis, werden diese Mudule vorzugsweise bei großen Dachflächen eingesetzt. Azimut-Winkel und Dachwinkel sind zu vernachlässgen.

Der Begriff "Dünnschicht-Photovoltaikmodul" steht im Gegensatz zu dem weithin bekannten Typ von Modulen, die aus massivem kristallinem Material (mono- oder polykristallines Silizium) aufgebaut sind. Bei Dünnschichtmodulen bestehen die wesentlich zur Funktion der Absorption von Licht und der Umwandlung in elektrischer Energie beitragenden Materialien aus wenigen Mikrometer dünnen Schichten, die auf einer geeigneten Unterlage (großflächige, kostengünstige Substrate wie Glas, aber auch Stahl- oder Polymerfolie) mit den Verfahren der Dünnschichttechnik in Durchlaufprozessen aufgetragen werden. Grundelemente bei allen gängigen Dünnschichtsolarzellen sind Kontakt- und Absorberschichten sowie ein geeignetes Substrat, Verkapselung, Kontaktmittel (wie Metallbändchen, Kabel, Stecker, Anschlussdosen) und gegebenenfalls Rahmen.

Die Modulausrichtung machts ...

Zur effektiven Nutzung der Sonnenstrahlung werden Module so ausgerichtet, dass die solare Ernte möglichst groß ausfallen kann. Hierbei spielen neben dem Einfallswinkel der Sonne auch der "Azimutwinkel" und der Neigungswinkel der Module eine Rolle. Der Azimutwinkel gibt an, wie viel Grad die Modulflächen von der exakten Südausrichtung abweichen. Der Neigungswinkel betrifft die Abweichung von der Horizontalen. Untersuchungen belegen, dass Solaranlagen mit einem Azimutwinkel von etwa 0° und einem Neigungswinkel um 30° optimal ausgerichtet sind. Doch kleinere Abweichungen sind nicht unbedingt problematisch: Bei der Orientierung nach Südost oder Südwest können noch immer rund 95 % der möglichen Ernte eingefahren werden.