Modultechnologien
Stand: August 2023
Je nach Gegebenheiten vor Ort kommen bei den Photovoltaikanlagen verschiedene Modultechnologien zum Einsatz. Um Details rund um die geplante Anlage festzulegen, erfolgen im Vorfeld Simulationen mittels Software.
Funktionsprinzip und Technologie
Aufbau eine Solarzelle
Eine Solarzelle besteht aus zwei aufeinanderliegenden Halbleiterschichten, meist aus kristallinem Silizium, die durch die Dotierung, d. h. der Beisetzung von Phosphor oder Bor, unterschiedlich elektrisch vorbereitet werden. Dadurch entsteht in der Grenzschicht dazwischen, dem p-n-Übergang, ein elektrisches Feld. Treffen nun Lichtphotonen auf die Solarzelle, werden dadurch Elektronen aus ihrer Kristallbindung gelöst und bewegen sich in Richtung zum elektrischen Kontakt an der Außenseite. Im geschlossenen Stromkreis kann nun der elektrische Strom fließen.
Weitere Informationen zur Funktionsweise einer Silizium-Solarzelle
Photovoltaiktechnologien
Mehrere solcher Solarzellen werden als Gruppe zu einem Photovoltaikmodul (PV-Modul) bzw. -panel verbunden und bilden das Herzstück einer Photovoltaikanlage. PV-Module hinsichtlich des Materials der Solarzelle, sowie der Designs der Solarzelle und des Herstellungsprozesses unterschieden, wodurch sich unterschiedliche Modultechnologien ergeben. Des Weiteren können sich PV-Module durch den Aufbau des Moduls selbst noch unterscheiden, wobei hier die Unterschiede hinsichtlich des Aufbaus des Solarmoduls entstehen. Im Wesentlichen unterscheidet man Glas-Folien-Module und Glas-Glas-Module.
Kenngrößen von Photovoltaikmodulen und -anlagen
Eine wichtige Kenngröße von Photovoltaikmodulen und -anlagen ist die Nennleistung. Diese wird auch synonym durch die Angabe der Leistung in Watt Peak (Wp, bzw. MWp, kWp) angegeben. Die Nennleistung nach Standard-Test-Bedingungen (STC) bezieht sich auf die Rahmenbedingungen bei denen diese Leistung erzeugt wird. Diese sind wie folgt definiert: Solarzelltemperatur: 25°C, Bestrahlungsstärke: 1000 W/m², Sonnenlichtspektrum AirMass: 1,5.
Im realen Anlagenbetrieb kommen diese Bedingungen in der Regel nicht gleichzeitig vor. Im Betriebsmodus der Photovoltaikanlage erwärmen sich die Solarzellen sehr schnell. Auch ein gleichzeitiges Auftreten des solaren Spektrums von 1,5 und eine Bestrahlungsstärke von 1000 W/m² wird nur wenige Momente im Jahr erreicht.
Aufbau und Auslegung von Photovoltaikanlagen
Photovoltaik-System
Neben den Modulen sind das Montagegestell, Verkabelungen, ein Wechselrichter und Stromzähler sowie elektrische Schutzvorrichtungen weitere Bestandteile einer Photovoltaikanlage. Der selbst erzeugte Strom kann entweder autark genutzt oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Um eine verbrauchsoptimierte Nutzung einer Photovoltaikanlage umsetzen zu können, wird zusätzlich ein elektrischer Speicher mit einer Regelung benötigt.
Auslegung von Photovoltaikanlagen
Die Auslegung einer Photovoltaikanlage erfolgt in der Regel mit Unterstützung einer Simulationssoftware. Diese errechnet den erwarteten Jahresertrag einer Photovoltaikanlage auf der Grundlage von Durchschnittswetterdaten für den jeweiligen Standort. Die Simulationssoftware berücksichtigt unter anderem den Modultyp, den Wechselrichter sowie definierte Standortangaben (geographischer Standort sowie Ausrichtung der Photovoltaikmodule). Des Weiteren kann mit Hilfe einer Simulationssoftware und elektrischen Verbrauchsdaten des Standortes auch eine Auslegung des elektrischen Speichers erfolgen und der mögliche Autarkiegrad bestimmt werden. Die Einflussfaktoren auf den jährlichen Ertrag einer PV-Anlage sind in der nebenstehenden Übersicht erfasst.
