Solarenergie ist kein Versprechen der Zukunft mehr, sondern eine gegenwärtige und sehr reale Energielösung. Dank des Strebens nach Nachhaltigkeit und technologischen Verbesserungen entscheiden sich immer mehr Haushalte und Unternehmen für die Installation von Photovoltaikanlagen, um ihre Stromrechnungen und ökologischer Fußabdruck.
Um diese saubere Energiequelle jedoch optimal zu nutzen, ist es wichtig, die Komponenten eines Solarsystems und ihre Funktionsweise zu verstehen. Von den auf den Dächern sichtbaren Solarmodulen bis hin zu den Investoren, Batterien, Montagesysteme und mehr noch, jeder einzelne spielt eine strategische Rolle innerhalb einer effizienten Einrichtung.
Was ist eine Photovoltaik-Solaranlage?
Eine Photovoltaik-Solaranlage ist eine Reihe von Komponenten, die Sonnenlicht in nutzbaren Strom umwandeln., egal ob für den privaten, industriellen oder gewerblichen Gebrauch. Den Kern bilden die Solarmodule, das Gesamtsystem umfasst jedoch auch andere für den Betrieb ebenso wichtige Teile, wie Regulierungsbehörden, Investoren, Konstruktionen und in einigen Fällen, Batterien.
Es gibt zwei Haupttypen von Solarsystemen: an das Netz angeschlossene (Eigenverbrauch) und Inselsysteme (Off-Grid). Beide versuchen, die Energie der Sonne zu nutzen, aber sie tun dies auf unterschiedliche Weise, je nachdem, ob sie mit dem konventionelles Stromnetz.
Grundlegende Komponenten eines Sonnensystems
Eine Photovoltaik-Solaranlage besteht aus einer Reihe von Elementen, die zusammenarbeiten, um die in Elektrizität umgewandelte Sonnenenergie einzufangen, zu speichern und zu verteilen. Im Folgenden analysieren wir jeden einzelnen im Detail.
1. Solarmodule
Solarmodule sind dafür verantwortlich, Sonnenstrahlung einzufangen und in Elektrizität umzuwandeln. Sie bestehen aus einer Matrix aus Photovoltaik-Zellen diese Arbeit dank der photovoltaischer Effekt, ein physikalisches Phänomen, das es bestimmten Halbleitermaterialien ermöglicht, bei Lichteinwirkung elektrischen Strom zu erzeugen.
Die am häufigsten verwendeten Materialien zur Herstellung dieser Zellen sind monokristallines Silizium, polykristallines Silizium und amorphes Silizium. Es gibt auch fortschrittliche Technologien wie Galliumarsenid (GaAs) und Cadmiumtellurid (CdTe).
Die Zellen sind in gekapselten Modulen angeordnet und durch mehrere Schichten geschützt (wie wir später sehen werden), was sie zur exponiertesten, aber auch zur sichtbarsten Komponente des Systems macht.
2. Laderegler
Der Laderegler fungiert als Vermittler zwischen den Solarmodulen und den Batterien. Seine Hauptfunktion besteht darin, zu verhindern Batterien vor Überladung oder Tiefentladung, sodass Sie Ihre Haltbarkeit und sichern Sie a zuverlässiger Betrieb des Systems. Für optimale Leistung können Sie die Technischer Leitfaden zur Installation von Solarmodulen.
Es gibt zwei Arten von Reglern:
- PWM (Pulsweitenmodulation): wirtschaftlicher, ideal für kleine Systeme, jedoch weniger effizient im Energiemanagement.
- MPPT (Maximum Power Point Tracking): Sie ermöglichen es Ihnen, die von den Paneelen erzeugte Energie optimal zu nutzen und ihren Betrieb anzupassen, um die maximaler Leistungspunkt.
Übliche Empfehlung: Verwenden Sie MPPT-Regler für Anlagen über 500W und garantieren Sie so eine optimale Leistung.
3. Investor
Der Solarwechselrichter wandelt den von den Modulen erzeugten und in Batterien gespeicherten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) um, den wir zu Hause in herkömmlichen Steckdosen verwenden. In netzgekoppelten Systemen synchronisiert der Wechselrichter auch den erzeugten Strom mit dem Stromnetz, und in isolierten Systemen kann er zusätzliche Funktionen übernehmen, wie z. B. die Steuerung der Nutzung von Notstromaggregate oder das gesamte System steuern.
Einige moderne Wechselrichter ermöglichen sogar Verbrauch überwachen und mobile Energieerzeugungund optimiert so die Nutzung der erzeugten Energie. Darüber hinaus ist es ratsam, die Vorteile der rotierende Solarmodule die die Effizienz Ihrer Anlage verbessern können.
4. Solarbatterien
Batterien sind in isolierten Anlagen notwendig, da sie die Speicherung des erzeugten Stroms für die Nutzung in Zeiten ohne Sonnenlicht (nachts oder an bewölkten Tagen) ermöglichen. In netzgekoppelten Systemen ist die Nutzung von Speichern optional, wird aber immer häufiger in Anlagen eingesetzt, die Energieunabhängigkeit.
Am häufigsten verwendete Batterietypen:
- Blei-Säure (AGM oder Gel): sparsam, allerdings mit kürzerer Lebensdauer und Effizienz.
- litio: teurer, aber auch langlebiger, effizienter, leichter und mit größerer Entladekapazität.
Lithiumbatterien haben in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen aufgrund seiner Leistung, der einfachen Überwachung und des geringeren Wartungsaufwands. Weitere Informationen zur Verwendung finden Sie in der Wartungsaspekte von Solarmodulen.
5. Stützstruktur
Damit Solarmodule ihre Aufgabe richtig erfüllen können, müssen sie auf einer Struktur installiert werden, die ihnen Stabilität und den richtigen Winkel verleiht. Diese Strukturen können installiert werden in:
- Dächer: mit koplanaren Systemen, mit Winkel- oder Gewichtsstruktur.
- Boden: ideal für Solarparks oder große Anlagen.
Die richtige Ausrichtung (in Spanien Richtung Süden) und ein geeigneter Winkel maximieren die Sonneneinstrahlung und System Geschwindigkeit. Weitere Informationen zur ordnungsgemäßen Installation finden Sie im Installationsanleitung für Solarmodule.
6. Verkabelung und elektrische Schutzvorrichtungen
Auch wenn sie oft unbemerkt bleiben, sind Kabel und Schutzsysteme für die ordnungsgemäße Funktion und Sicherheit einer Photovoltaikanlage von entscheidender Bedeutung. Es handelt sich um Elemente, die extremen Umweltbedingungen standhalten müssen, so Wichtig ist, dass sie speziell für die Solarnutzung zertifiziert sind, wodurch eine lange Lebensdauer und ein geringer elektrischer Widerstand gewährleistet werden. Weitere Einzelheiten zur Sicherheit finden Sie unter die Kosten und Leistung von Solaranlagen.
Zusätzlich enthalten Schutzvorrichtungen wie Sicherungen, Leistungsschalter und Erdungssysteme um Überlastungen, Kurzschlüsse und Stromschläge zu vermeiden.
7. Anschlussdose
Die Anschlussdose ist der Punkt, an dem alle Kabel der Photovoltaikmodule zusammenlaufen und von dem aus die Verbindung zur restlichen Anlage erfolgt. Es befindet sich auf der Rückseite jedes Panels und ist normalerweise so konzipiert, dass es widrigen Umweltbedingungen standhält. Einige beinhalten sogar Sperr- oder Bypassdioden um Energieverluste zu vermeiden, wenn ein Teil des Panels beschattet ist.
8. Hilfsgenerator (optional)
Bei isolierten Anlagen kann ein Backup-Generator hinzugefügt werden, insbesondere an Standorten, an denen mehrere Tage hintereinander ungünstige Bedingungen herrschen. Dieser Generator kann automatisch aktiviert werden, wenn die Batterien schwach sind und das System nicht genügend Sonneneinstrahlung erhält, um sich selbst mit Strom zu versorgen. In diesen Fällen kann es sinnvoll sein, zu überlegen, Tragbare Solarpaneele für Notsituationen.
Detaillierte Teile eines Solarpanels
Solarmodule sind so konzipiert, dass sie allen Witterungsbedingungen standhalten und ihre Funktion jahrzehntelang erfüllen. Um dies zu erreichen, bestehen sie aus mehreren Schichten, von denen jede eine bestimmte Funktion hat:
- Gehärtetes Glas: erste Schicht, schützt vor Stößen und lässt Sonnenstrahlung nahezu verlustfrei durch.
- EVA (Ethylvinylacetat)-Verkapselungsmaterial: absorbiert thermische Belastungen und schützt die Zellen vor Feuchtigkeit und anderen Elementen.
- Solarzellen: Sie sind diejenigen, die Licht in Elektrizität umwandeln.
- Eine weitere Schicht EVA-Verkapselung: ähnlich wie das vorherige, auf der Rückseite der Zellen.
- Rückseitenfolie: Es besteht normalerweise aus Polymeren wie PET oder TPT. Isoliert und schützt vor Witterungseinflüssen.
- Aluminiumrahmen: Es verleiht dem Panel strukturelle Stabilität, erleichtert die Montage und schützt die Glaskanten.
- Anschlussfeld: verbindet die Zellen mit dem Rest des Systems und kann zusätzliche Schutzfunktionen beinhalten.
Dieser Schichtaufbau verbessert die Leistung, Haltbarkeit und Sicherheit von Photovoltaikmodulen.
Herstellung von Sonnenkollektoren
Der Herstellungsprozess von Solarmodulen ist hochtechnisch und erfordert eine Reihe von Schritten, um die Qualität und Effizienz des Endprodukts sicherzustellen.
1. Siliziumproduktion
Alles beginnt mit der Reinigung des Siliziums, das in Schmelzprozessen zu Barren verarbeitet wird. Diese Barren werden in dünne Platten, sogenannte Wafer, geschnitten.
2. Dotierung von Wafern
Den Wafern werden chemische Verunreinigungen wie Phosphor und Bor hinzugefügt, um ihre Leitfähigkeit zu verändern und die Entstehung eines elektrischen Feldes (pn-Übergang) zu ermöglichen.
3. Herstellung von Solarzellen
Die dotierten Wafer werden mit Antireflexmaterialien beschichtet und mit Mustern geätzt, um die Lichtaufnahme. Weitere Informationen zur Entwicklung dieser Technologien finden Sie unter die historische Entwicklung von Solarmodulen.
4. Montage
Die Zellen werden mittels leitfähigem Klebeband in Reihe geschaltet und bilden so Stränge. Diese Zeichenfolgen sind eingekapselt zwischen Schichten aus EVA, Glas und Rückfolie.
5. Rahmen und Anschlussdose
Das Modul ist auf einem Aluminiumrahmen montiert und zur Vereinfachung der Verkabelung ist eine Anschlussdose hinzugefügt.
6. Qualitätskontrollen
Jedes Panel wird auf Leistung, Widerstandsfähigkeit, Aussetzung gegenüber extremen Bedingungen und visuelle Scans getestet, die das Fehlen von Risse oder Defekte.
Dadurch können aktuelle Module ihre Effizienz 25 bis 30 Jahre oder länger aufrechterhalten.
Unterschiede zwischen Insel- und Netzverbundsystemen
Bei der Auswahl einer Solaranlage besteht eines der größten Dilemmas darin, ob man sich für ein isoliertes (netzunabhängiges) System oder ein an das Netz angeschlossenes System (Eigenverbrauch) entscheidet. Schauen wir uns die Hauptunterschiede an:
- Eigenverbrauch: Produziert Energie für das Haus und nutzt das Netz als Backup. Überschüsse können Sie verkaufen und benötigen nicht unbedingt Batterien.
- Isoliert: Es ist nicht vom Stromnetz abhängig, benötigt Batterien und (optional) einen Generator. Ideal für Gebiete ohne Netzwerkzugang.
Beide Systeme haben ihre Vorteile, allerdings ist der Eigenverbrauch in städtischen Gebieten üblicher, während in abgelegenen Gebieten oft netzunabhängige Systeme zum Einsatz kommen.
Deutlich Solarenergie ermöglicht es Nutzern und Unternehmen, Geld zu sparen, unabhängiger zu sein und ihre Umweltbelastung zu reduzieren. Wenn Sie jeden Teil des Systems gründlich verstehen, können Sie bei der Installation oder Wartung einer effizienten und langlebigen Photovoltaikanlage bessere Entscheidungen treffen.