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Photovoltaikmodule

Photovoltaikmodule – technische Energieträger auf höchstem Niveau
Sonnenenergie ist nicht nur sauber, unerschöpflich und nahezu emissionsfrei, sondern bietet auch einen vielfältigen Einsatz zur Energiegewinnung. Der Markt für Photovoltaikanlagen wächst unaufhörlich, die erforderlichen Technologien hierfür sind vorhanden und entwickeln sich laufend weiter. Gerade die Sonne in südlichen Ländern kann effizient zur Energiegewinnung genutzt werden.

Mechanische Anforderungen
Um ein Photovoltaikmodul konform in die gesamte Solaranlage integrieren zu können, sind verschiedenste mechanische Anforderungen erforderlich. Primär muss das Photovoltaikmodul über eine transparente Abdeckung verfügen, die sich zugleich strahlungs- als auch witterungsbeständig erweist. Darüber hinaus sind robuste elektrische Anschlüsse zwingend erforderlich, um eine langzeitige, störungsfreie Funktionalität der Solaranlage zu gewährleisten. Da die Solarzelle in ihrer Konsistenz recht spröde ist, bedarf es zudem eines Schutzes des Photovoltaikmoduls vor mechanischen Einflüssen, sowie Abschirmung der elektrischen Verbindungen von Feuchtigkeit. Nicht zuletzt sind die Befestigungsmöglichkeit und die Flexibilität des Photovoltaikmoduls in seiner Ausrichtung von Bedeutung. Je optimaler sich das Modul an der Sonne ausrichten kann, desto effektiver arbeitet die gesamte Anlage.

Herstellung von Photovoltaikmodulen
Die Fertigung eines Photovoltaikmoduls erfolgt heutzutage normalerweise standardmäßig automatisiert. Zu Beginn wird ein spezielles Sicherheitsglas entsprechend gereinigt und bereitgelegt, welches später das Modul vor Wettereinflüssen, wie beispielsweise Hagel, schützen soll. Auf dieses Glas wird nun eine zugeschnittene Ethylenvinylacetat-Folie platziert. Die Solarzellen werden einzeln mithilfe von sogenannten Lötbändchen zu Strängen verbunden und auf der Glasscheibe mit der Ethylenvinylacetat-Folie positioniert. Schließlich verlötet eine Maschine einzelne Stränge miteinander und Querverbinder, die später zur Anschlussdose führen, werden integriert. Im nächsten Produktionsschritt werden alle Komponenten mit einer zugeschnittenen Ethylenvinylacetat-Folie und einer Polyvinylfluorid-Folie, einem thermoplastischen Kunststoff, auf der Rückseite des Moduls bedeckt. Anschließend wird das Modul in einem Vakuumsack oder in einem gasdicht verschließbaren Druckbehälter mit Überdruck laminiert. Durch diesen Vorgang bildet sich eine klare, dreidimensional vernetzte Kunststoffschicht, in welcher die jeweiligen Solarzellen eingebettet sind. Im letzten Schritt wird die Anschlussdose gesetzt und mit Freilaufdioden bestückt, die zum Schutz vor Überspannung beim Abschalten einer induktiven Gleichspannungslast dienen.

Technische Merkmale
Ein Photovoltaikmodul besitzt eine Reihe von unterschiedlichen, genormten Kenngrößen. Wichtige Indikatoren sind vor allem die Leerlaufspannung, die Spannung und Leistung im bestmöglichen Betriebspunkt, der Füllfaktor und der Modulwirkungsgrad. Die Leerlaufspannung wird mit einem Spannungsmesser bestimmt, der einen wesentlich höheren Innenwiderstand als seine Quelle besitzt und gibt die Spannung auf der Ausgangsseite an, wenn kein Verbraucher angeschlossen ist. Das heißt, bei elektrischem Stromfluss fällt Spannung über den Innenwiderstand der Spannungsquelle ab. Der sogenannte Füllfaktor der Solarzelle bezeichnet den Quotienten aus der Maximalleistung der Zelle und dem Produkt aus Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom. Im Idealzustand nimmt der Füllfaktor die Zahl eins an und die Solarzelle stellt eine konstante Stromquelle dar.

Recycling von Photovoltaikmodulen
Grundsätzlich können bis zu 95 Prozent der Materialien in einem Photovoltaikmodul recycelt werden. Die im Modul enthaltenen Kunststoffe werden unter hohen Temperaturen verbrannt und übrig bleiben das Glas, Metall, Füllstoffe und die Solarzelle. Deren Oberflächenschichten werden chemisch gelöst. Aus dem gelösten Silizium der recycelten Solarzelle können wieder neue Solarzellen hergestellt werden. Es ist deutlich weniger Energie vonnöten, um ein altes Modul zu recyceln, als ein neues Solarmodul zu bauen.

Welche Typen von Solaranlagen gibt es?

Die technischen Ausstattungen von Ein- und Mehrfamilienhäusern, die sich mit solarer Energie versorgen möchten, stellen ganz unterschiedliche Lösungen dar. Aus diesen Voraussetzungen heraus ergibt sich die Möglichkeit, eine bedarfsgerechte Auswahl und Ausrüstung zu gewährleisten.

Die solaren Anlagen werden grundsätzlich in die Photovoltaik- und die thermischen Anlagen sowie die thermischen Solarkraftwerke unterteilt.

  • Solare Anlagen sind in der Lage, die Energie der Sonnenstrahlen in Wärme umzuwandeln.
  • Photovoltaikanlagen spielen bei der Bereitstellung von elektrischer Energie eine zentrale Rolle.
  • Die thermischen Solarkraftwerke werden aufgrund ihrer Dimensionierungen als Großanlagen kategorisiert und können verschiedene Energien bereitstellen. Dies sind im Einzelnen die elektrische Energie sowie Wärme oder Kälte.

Thermische Solaranlagen

Diese Aggregate werden in unterschiedlichen Bauweisen zur Verfügung gestellt sind stehen im Mittelpunkt der haustechnischen Energiegewinnung. Die gespeicherte Wärme wird für die Erhitzung von warmem Brauchwasser verwendet.
Zu den Grundbauteilen einer thermischen Solaren Anlage gehören neben den Kollektoren die Speicherkomponenten für die solare Energie und als Trägermedium für die Wärmemenge die sogenannte Solarflüssigkeit, die sich aus variierenden Mischungen zusammensetzen kann. Für die Verbindung aller Funktionselemente untereinander sorgen zusätzliche Leitungssysteme. Für die Steuerung und Regulierung der Prozesse sorgen spezielle Armaturen. Für die Bewegung des Trägermediums werden leistungsstarke Antriebsmotoren und Druckvorrichtungen genutzt.

Thermische Solarkraftwerke

Diese Anlagen zur Gewinnung von Sonnenergie werden auch als Solarkraftwerke bezeichnet und basieren in einfachster Ausführung auf einem Absorber. Ein markantes Kennzeichen für die thermischen Solarkraftwerke ist deren Wirkungsgrad, der von verschiedenen Faktoren abhängig ist.
je nachdem, wo ein thermisches Solarkraftwerk aufgestellt ist, werden diese als Solarfernkraftwerke betrieben. Welche Kapazität ein solches Kraftwerk besitzt, wird unter anderem durch dessen Kollektorfeld bestimmt. Thermische Solarkraftwerke sind in der Lage, fast 400 °C zu erzielen und stellen daher eine zentrale Komponenten im Rahmen der kommerziellen Wärmeversorgung dar. Einige Bauformen der thermischen Solarkraftwerke werden ohne Reflektoren betrieben und arbeiten lediglich mit den Solarabsorbern.

Photovoltaikanlagen

Die Photovoltaikanlage ist einer wohl am meisten eingesetzten Variante zur privaten Erzeugung von Energie. Im Gegensatz zu anderen Systemen beruht die Wirkungsweise der Photovoltaikanlage darauf, dass Solarzellen die Sonnenstrahlen absorbieren und diese gleichzeitig in elektrische Energie überführen. Unter diesen Bedingungen kann die Photovoltaikanlage sowohl für die eigene Versorgung als auch für die zusätzliche Einspeisung von elektrischer Energie ins öffentliche Stromnetz konzipiert werden. Aus diesem Grund kann eine Photovoltaikanlage einen gewinnbringenden Einsatz finden.
Die anlagen werden privat als netzgekoppelte Aggregate betrieben und arbeiten mit einem integrierten Wechselrichter. Dieser ist bereits in die Photovoltaikmodule eingebaut und übernimmt die Wandlung von Gleichstrom in den netztauglichen Wechselstrom. Die Summe der gesamten Spannung ergibt sich durch das Kombinieren aller vorliegenden Solarmodule in Reihenschaltung.