Der Kern der Photovoltaikanlage​

Eine Photovoltaikanlage wandelt Sonnenenergie in elektrischen Strom um, indem sie den Photovoltaik-Effekt nutzt. Der Photovoltaik-Effekt beschreibt die Erzeugung von elektrischem Strom durch die Absorption von Licht durch eine Halbleiterschicht.

Die Hauptkomponente einer Photovoltaikanlage sind Solarmodule, die aus Photovoltaik-Zellen bestehen. Jede Zelle besteht aus einer Halbleiterschicht, die aus Silizium besteht und die Licht absorbiert. Wenn Licht auf die Zelle trifft, werden Elektronen in der Halbleiterschicht in Bewegung versetzt und dadurch eine elektrische Spannung erzeugt.

Dieser Prozess wird durch die folgende Gleichung beschrieben: P = IV, wobei P die Leistung in Watt, I der Strom in Ampere und V die Spannung in Volt ist.

Die Solarmodule sind in reihe und parallel geschaltet, um die Spannung und den Strom zu erhöhen. Der erzeugte Gleichstrom wird dann durch Leitungen zu einem Wechselrichter geleitet, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. So kann der erzeugte Strom in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden und im Haushalt genutzt werden.

Ein Überwachungssystem überwacht die Leistung der Photovoltaikanlage und stellt sicher, dass sie ordnungsgemäß funktioniert. Einige Photovoltaikanlagen enthalten auch einen Energiespeicher, der den erzeugten Strom speichert, damit er zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden kann.

Kurz gefasst wandelt eine Photovoltaikanlage die Energie der Sonne durch den Photovoltaik-Effekt in elektrischen Strom um. Solarmodule, bestehend aus Photovoltaik-Zellen, wandeln das Licht in elektrische Energie um, Leitungen transportieren den Strom zum Wechselrichter und ein Überwachungssystem überwacht die Leistung der Anlage.

Smartes Energiemanagement dank des Loxone Miniserver​

In einem Artikel der Frankfurter Allgemeinen Zeitung vom 19.05.2022 wird kurz erklärt, dass viele Eigentümer von Wohnraum Immobilen seit Anfang 2022 verstärkt Photovoltaikanlagen anfragen und installieren lassen. Diese sind auch effizient und sparen dauerhaft Kosten ein. 

Die Systemregelung steht jedoch auf einem anderen Blatt. 

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Was sind monokristalline Zellen?

Monokristalline Photovoltaikzellen, auch als Single-Crystal-Solarzellen bezeichnet, sind eine Art von Photovoltaikzellen, die aus einem einzigen, durchgehenden Kristall aus Halbleitermaterial hergestellt werden. Dieser Kristall wird durch das sogenannte Czochralski-Verfahren hergestellt, bei dem ein kleiner Kristall, der als Seed bezeichnet wird, in ein Schmelzbad aus dem Halbleitermaterial eingetaucht wird und langsam gezogen wird, während er gleichzeitig gedreht wird. Dies führt zur Bildung eines durchgehenden Kristalls, der auf eine bestimmte Größe geschnitten wird, um die Solarzellen herzustellen.

Monokristalline Photovoltaikzellen haben einige Vorteile gegenüber anderen Arten von Photovoltaikzellen, wie z.B. polykristalline Zellen. Einige dieser Vorteile sind:

  • Höhere Effizienz: Monokristalline Zellen haben in der Regel eine höhere Effizienz bei der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie als polykristalline Zellen. Dies liegt daran, dass die Kristalle in monokristallinen Zellen eine höhere Qualität und eine geringere Anzahl von Defekten aufweisen, was zu einer höheren Anzahl von Ladungsträgern und einer höheren elektrischen Leitfähigkeit führt.

  • Bessere Leistung bei schwachem Licht: Monokristalline Zellen haben auch eine bessere Leistung bei schwachem Licht, wie z.B. bei diffusen Lichtbedingungen oder bei niedrigen Temperaturen. Dies liegt daran, dass sie eine höhere Bandlücke aufweisen als polykristalline Zellen, was bedeutet, dass sie eine höhere Schwellenspannung benötigen, um Ladungsträger zu erzeugen. Dies ermöglicht es ihnen, auch bei schwachem Licht effektiver zu arbeiten.

  • Lange Lebensdauer: Monokristalline Zellen haben auch eine längere Lebensdauer als polykristalline Zellen, da sie weniger anfällig für Beschädigungen durch thermische Belastungen sind und weniger anfällig für Alterungsprozesse aufgrund von Licht und Wärme.

Wie funktionieren Photovoltaikzellen eigentlich?

Photovoltaikzellen sind Bauteile, die Lichtenergie in elektrische Energie umwandeln. Sie bestehen aus Halbleiterschichten, die aus Materialien wie Silizium hergestellt werden.

Die Funktionsweise von Photovoltaikzellen basiert auf dem photovoltaischen Effekt. Dieser Effekt beschreibt die Erzeugung von elektrischem Strom durch die Absorption von Lichtenergie durch einen Halbleiter.

Wenn Licht auf eine Photovoltaikzelle trifft, werden einige Photonen absorbiert und ihre Energie überträgt auf Elektronen im Halbleitermaterial. Dies führt dazu, dass die Elektronen von den Atombindungen im Halbleitermaterial gelöst werden und als Ladungsträger durch das Material wandern. Diese Ladungsträger sind nun in der Lage, einen elektrischen Strom zu erzeugen.

Eine Photovoltaikzelle besteht aus zwei Schichten von Halbleitermaterial, einer p-dotierten und einer n-dotierten Schicht. Die p-dotierte Schicht hat einen Überschuss an Ladungsträgern mit positiver Ladung (Löcher), während die n-dotierte Schicht einen Überschuss an Ladungsträgern mit negativer Ladung (Elektronen) hat. Durch diese Dotierung entsteht an der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten ein elektrisches Feld, das als p-n-Übergang bezeichnet wird.

Wenn die absorbierten Photonen Elektronen in die p-dotierte Schicht versetzen, wandern diese Elektronen durch das elektrische Feld zur n-dotierten Schicht. Dies führt zur Erzeugung eines elektrischen Stroms, da die Elektronen durch die externe Schaltung fließen.

Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass Photovoltaikzellen nur einen Bruchteil der Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln können und dass die Effizienz der Zellen von verschiedenen Faktoren abhängt, wie z.B. der Art des verwendeten Halbleitermaterials und der Qualität der Schichten.

Was genau ist eine Multi-Busbar?

Eine Multi-Busbar (MBB) bezieht sich auf eine Technologie, bei der mehrere Leiterbahnen (Busbars) innerhalb einer Photovoltaikzelle verwendet werden, um den elektrischen Strom zu sammeln. Im Gegensatz dazu verwenden traditionelle Zellen in der Regel nur eine einzige Leiterbahn.

Der Vorteil von Multi-Busbar-Technologie besteht darin, dass sie die elektrische Leistung einer Zelle erhöhen kann, indem sie die Widerstandsverluste reduziert, die beim Sammeln des elektrischen Stroms entstehen. Da mehrere Leiterbahnen verwendet werden, wird der Strom auf mehrere Pfade verteilt, anstatt auf einen einzigen Pfad. Dies reduziert den Widerstand und erhöht die Leistung.

Ein weiterer Vorteil von Multi-Busbar-Technologie ist, dass sie die Zellherstellung vereinfachen kann, indem die notwendigen Prozesse reduziert werden. Da mehrere Leiterbahnen verwendet werden, kann die Größe der Kontaktfläche verringert werden, was die Herstellung einfacher und kosteneffizienter macht.

Die Multi-Busbar Technologie erhöht auch die Lebensdauer der Zellen, da sie weniger anfällig für thermische Belastungen und Alterungsprozesse sind und erhöht die Effizienz der Zellen, da sie die Leistung der Zelle erhöht und die Widerstandsverluste reduziert.

Es ist jedoch zu beachten, dass die Multi-Busbar-Technologie auch Nachteile hat, wie z.B. höhere Herstellungskosten und komplexere Fertigungsprozesse.

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