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Die Entdeckung des photovoltaischen Effektes durch den französischen Physiker A. E. Becquerel.
Erste brauchbare Solarzelle wird durch die Firma Bell in den USA entwickelt.
Die erste Anwendung der Solarzelle erfolgte in der Weltraumtechnik. Fast alle im erdnahen Weltraum eingesetzten Satelliten beziehen die für ihren Betrieb notwendige elektrische Energie aus Solarzellen. Die zunächst sehr hohen Kosten der Solarzellen spielten bei dieser Anwendung keine Rolle. Viel wichtiger waren eine hohe Zuverlässigkeit, ein geringes Gewicht und ein möglichst hoher Wirkungsgrad.
Die ersten Anwendungen auf der Erde erfolgten in den 70er Jahren. Nach der Energiekrise von 1973 stieg das Interesse für die Nutzung erneuerbaren Energien und insbesondere der Sonnenenergie stark an.
Tschernobyl. Die Entwicklung hat sich seit dem Atomunfall noch wesentlich verstärkt. Für den Einsatz auf der Erde wurden einfachere und weniger teure Solarzellen entwickelt. Sie wurden zunächst für die Stromversorgung abgelegener Verbraucher eingesetzt und für Grosskraftwerke in Wüstengebiete.
In der Schweiz konzentrierte man sich beim Einsatz von Solarzellen schon früh, diese entsprechend an Gebäuden einzubauen.
Photovoltaik hat von allen erneuerbaren Energien die grösste Zukunft, da sie baulich hervorragend integrierbar ist und laut- und bewegungslos einfach Strom produziert. Der Strom wird genau dort erzeugt, wo er auch gebraucht wird, es treten kaum Leistungsverluste auf.
Eine Solarzelle funktioniert ähnlich einer normalen Batterie, mit dem Unterschied, dass anstelle einer chemischen Reaktion die Elektronen mit der Sonneneinstrahlung von - nach + transportiert werden.
Fällt Licht auf die Solarzelle, so entsteht zwischen dem Minus- und dem Pluspol eine elektrische Spannung. Damit kann z. B. eine Lampe oder ein Walkman, etc. betrieben werden. Die Solarzelle erzeugt nur Gleichstrom.
Die Spannung einer Solarzelle beträgt rund 0.6 Volt und der maximale Kurzschlussstrom über 3 Ampère. Mit dieser geringen Spannung lassen sich keine gebräuchlichen Verbraucher betreiben. Deshalb werden die Solarzellen in Serie zu einem Solarmodul geschaltet. Die Module werden weiter je nach Anwendung und Umwandlungsgerät (Wechselrichter) in Serie und parallel geschalten. Dies ergibt dann die Solaranlage, wobei eine serielle Verschaltung einer Anzahl Module "String" genannt wird.
Photovoltaiksysteme eignen sich bestens für Anlagen an Gebäuden. Wertvolle Landflächen werden nicht verbaut und die Synergien von PV und den Gebäudeanforderungen können einfach genutzt werden. Weltweit sind genügend Gebäudeflächen vorhanden und bei optimaler Ausnutzung kann rund 20 bis 40% des jeweiligen nationalen Energiebedarfes abgedeckt werden.
Bei einer Realisierung in einem Gebäude sind als erstes die geeigneten Flächen abzuklären. In der Praxis haben sich vier Bereiche der Gebäudehülle als besonders geeignet erwiesen.
Der Vorteil bei einer Installation auf einem Schrägdach ist die vorgegebene Neigung, dies ist bei einem Flachdach mit einer zusätzlichen Unterkonstruktion zu realisieren. Hier ist aber die Hinterlüftung der Solaranlage wesentlich besser, was zu höheren Erträgen führt. Die Fassade wird hauptsächlich als architektonische Gestaltungsfläche verwendet und Beschattungselemente nutzen die Synergien der Solarenergie optimal aus.
Neben der Ausrichtung und der möglichen Abschattung hat die Erwärmung der Solarmodule einen entscheidenden Einfluss auf den Energieertrag. Der Wirkungsgrad der kristallinen Solarzelle nimmt mit zunehmender Erwärmung ab. Darum sollte eine ausreichende Hinterlüftung gewährleistet sein um die Erwärmung zu reduzieren.
Weiter sollten jegliche Beschattungseffekte auf die Solaranlage vermieden werden. Bereits bei geringen Abschattungen (siehe Bsp. rechts) kann dies zu Ertragseinbussen führen. Besonderes Augenmerk gilt der umgebenden Bebauung und auch der Bepflanzung.
Die Verluste können über das 'Gartenschlauchprinzip' (siehe Bild unten) erklärt werden. Die Solarmodule sind in Serie verschaltet und der Strom wird durch die schwächste Stelle, dort wo die Beschattung auftritt, bestimmt. (Druck auf Gartenschlauch)
Photovoltaische Systeme können mit dem Netz verbunden werden oder als autonome Energieproduzenten operieren.
Ein netzautonomes System (bekannt auch als Inselanlage) (Bild links) kommt bei Berghütten, Kommunikationsanlagen oder ländlicher Elektrifizierung zur Anwendung. Der Gleichstrom (DC) wird über einen Laderegler auf eine Batteriebank geführt, welche die angeschlossenen DC-Verbraucher versorgt. Zusätzlich könnten über einen Wechselrichter (nicht netzverbunden) allfällige AC-Verbraucher versorgt werden.
Bei einer netzgekoppelten Anlage (Bild rechts) werden die Solarmodule entweder über einen Klemmenkasten oder direkt auf den Wechselrichter (WR) geführt. Dieser wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom (AC) um und speist ihn in das öffentliche Stromnetz ein. Die meisten Solaranlagen arbeiten als Netzverbundanlagen.
Zuerst werden die PV-Module zusammen geschaltet und dann zum Wechselrichter geleitet.
Eine Investition die sich hinsichtlich Oekologie und Oekonomie lohnt.
Voraussetzungen für ein optimales funktionieren von Solaranlagen:
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