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Das grosse Kibernetik Photovoltaik Lexikon
An dieser Stelle beantworten wir die zentralen Fragen rund um Photovoltaik und erklären Ihnen die wichtigsten Begriffe.
Die wichtigsten Fragen
Was versteht man unter Photovoltaik?
Photovoltaik beschreibt eine Methode, die dazu dient, elektrischen Strom durch die Strahlen der Sonne zu erzeugen.
Wie entstand die Photovoltaik?
Als Alexandre Edmont Becquerel 1839 in seinem Labor gewisse Substanzen mit Licht bestrahlt, merkte er, dass durch die Bestrahlung Elektrizität entsteht. Später – im Jahre 1883 – wurde die erste Solarzelle aus dem Halbleiterwerkstoff Selen hergestellt, weil man entdeckte, dass der photovoltaische Effekt damit besonders gut funktioniert. Diese Zelle hat jedoch nur 1 Prozent der eingestrahlten Energie in elektrischen Strom umgewandelt. Mit den Jahren wurden die Zellen weiterentwickelt, wobei auch der Wirkungsgrad der Zellen mit den Jahren immer höher wurde.
Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?
Die elektromagnetischen Sonnenstrahlen, sogenannte Photonen, treffen auf die Solarzellen, welche Elektronen in Bewegung bringen. Es entsteht elektrische Spannung und ein Elektronenstrom wird erzeugt. Wird dann ein Verbraucher angeschlossen, fliesst Gleichstrom, der mit Hilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt wird.
Jedoch arbeiten Photovoltaikmodule nicht nur mit direktem Sonnenlicht. Auch diffuse Lichteinstrahlung bei Bewölkung wird genutzt. Grundsätzlich gilt: Je heller es draussen ist, desto höher ist die Leistung der Module.
Was spricht für eine Photovoltaikanlage?
Eine Photovoltaikanlage bietet verschiedene Vorteile.
Zuerst einmal dient die Sonne als unerschöpfliche Energiequelle und kostet somit nichts. Durch die Anlage werden zusätzlich CO2-Emissionen reduziert, da die Energie nicht mehr grundlos verschwendet wird. So kann jeder seinen Beitrag zum Umweltschutz leisten. Auch kommt kein Lärm, kein hartnäckiger Geruch, keine Emissionen, sowie keine Schadstoffe zustande. Ein zusätzliches Plus ist, dass Photovoltaikanlagen eine Lebenserwartung von mindestens 20-25 Jahren haben, was durch zahlreiche Langzeitstudien bewiesen wurde.
Sonne als Energiequelle
Die Sonne ist ein riesiger Kernfusionsreaktor am Himmel. Die Oberfläche der Sonne strahlt mit ungefähr 5500 Grad Celsius ohne Unterbrechung Energie in den Weltraum ab. Die Aussenhülle der Erdatmosphäre erreicht eine Strahlungsleistung von etwa 1367 Watt pro Quadratmeter. Diese wird auch als Solarkonstante bezeichnet. Davon gehen etwa ein Viertel durch die Atmosphäre verloren, sodass bis zu 1000 Watt Einstrahlungsleistung auf der Erdoberfläche landen.
Monokristalline Solarzellen
Monokristalline Zellen sind Einkristallzellen und werden deshalb als “mono” bezeichnet. Sie entstehen durch das Zersägen eines runden Siliziumstabs und haben eine regelmässige Kristallstruktur. Monokristalline Solarzellen sind an der homogen dunklen Oberfläche erkennbar.
Multikristalline Solarzellen
Multikristalline Solarzellen entstehen durch das Zersägen gegossener Siliziumblöcke. Wenn das flüssige Silizium abkühlt, entsteht eine Struktur aus Kristall, die eine unregelmässige Struktur aufweist und deshalb als “multi” bezeichnet wird.
Wechselrichter
Ein Wechselrichter, auch Inverter genannt, ist ein elektrisches Gerät, welches Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Dies ist bei Solarzellen notwendig, da diese Gleichstrom produzieren, welcher in Wechselstrom umgewandelt werden muss, um den wertvollen Strom nutzen zu können.
Wichtige Hinweise: Ab Inbetriebnahmejahr muss die Einspeiseleistung vom Netzbetreiber aus der Ferne abgeregelt werden können. Ausserdem sollten bei der Reihenschaltung die Stromstärken der Module möglichst gleich sein.
Sonnennachführung
Nachgeführte Anlagen folgen im Tagesverlauf dem Sonnenstand, um eine höhere Einstrahlungssumme zu gewinnen. Hierbei unterscheidet man zwischen einachsiger und zweiachsiger Nachführung. Die einachsige Nachführung dreht die Solarmodule der Sonne folgend von Ost nach West. Wobei die zweichachsige Nachführung die Solarmodule sowohl in Richtung Sonne, wie auch in Neigung der Sonne nachführt.
Aufdach-Anlagen
Die Solarpanels, welche Strom generieren, werden bei Aufdachanlagen auf eine Unterkonstruktion montiert, wobei das ursprüngliche Dach erhalten bleibt. Solche Aufdachanlagen sind relativ kostengünstig und können in einer kurzen Zeit auf dem Dach gebaut werden.
Indach-Anlagen
Im Gegensatz zu Aufdach-Anlagen werden Indach-Anlagen ins Dach integriert und lassen so ein harmonisches Erscheinungsbild entstehen.
Diese Variante ist vor allem bei Neubauten oder Dachsanierungen ideal, da die Solarmodule auch so zugeschnitten werden können, damit die Dachfläche lückenlos abgedeckt wird.
Ein grosser Vorteil von Indach-Anlagen ist, dass sie vor Witterungseinflüssen geschützt sind und so Unterhaltskosten verringert werden.
kWh
Die Kilowattstunde, abgekürzt kWh, ist das Tausendfache einer Wattstunde. Diese Masseinheit wird vor allem dazu benutzt, um Strom- wie auch Heizwärmekosten abzurechnen, welche dann mit einem Stromzähler erfasst werden.
Reflexion
Als Reflexion bezeichnet man den Vorgang, wenn Gegenstände das Licht, welches auf sie fällt, zurückwerfen können. Die Reflexion hängt dabei vom Material und von der Art der Oberfläche ab.
Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad eines Gerätes sagt aus, welcher Anteil der zugeführten Energie in nutzbringende Energie umgewandelt wird.
Silizium
Das meist vorhandene elektropositivste Element der Erde ist Silizium. Es ist ein sprödes Halbmetall mit einem metallischen Glanz. Ausserdem ist es das wichtigste Halbleitermaterial, aus welchem der grösste Teil der Solarzellen gefertigt werden.
Mpp
Der Begriff Maximum Power Point, abgekürzt MPP, bezeichnet ein Verfahren, bei welchem die elektrische Belastung einer Solarzelle oder eines Solarmoduls so angepasst wird, dass die Zellen die grösst mögliche Leistung erreichen können.