Photovoltaik

Eine Solarstromanlage nutzt die Photovoltaik. Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Die Sonne strahlt mit einer Leistung von 1.000 Watt pro Quadratmeter. Dies ist pro Jahr eine unvorstellbare Energiemenge von 1,5 Trillionen kWh (Kilowattstunden) und entspricht der 15.000-fachen Energie, die die Menschheit verbraucht.

Die wichtigsten Bestandteile einer
Solarstromanlage sind die Solarmodule.

Zur Herstellung von Solarmodulen gibt es derzeit zwei Technologien. Die über Jahrzehnte eingesetzte Technologie des kristallinen Siliziums und die Dünnschicht-Technologie. Bei der erstgenannten Technologie werden aus Blöcken aus hochreinem Silizium dünne Scheiben, die so genannten Wafer geschnitten. Um sie für die Photovoltaik nutzen zu können, werden sie durch Verunreinigungen verändert. Die hauchdünnen Scheiben werden mit Kontakten versehen. Auf der Frontseite werden Entspiegelungsschichten aufgebracht, die durch eine transparente Scheibe geschützt werden. Auf der Rückseite befindet sich eine Folie.

Bei der Dünnschicht-Technologie kommen die Wafer nicht mehr zum Einsatz. Hier werden im Vakuumverfahren Funktionsschichten auf ein Glassubstrat aufgebracht. Die Halbleiterschichten (a-si, CdTe) werden auch mit Kontakten versehen. Der Vorteil der Dünnschicht-Technologie liegt im geringeren Material- und Energieverbrauch.
Dünnschicht-Module werden vor allem dann verwendet, wenn die Umgebungsbedingungen für wafer-b1asierte Systeme nicht optimal sind. Typische Anwendungsbeispiele für Dünnschicht-Solarzellen sind Standorte mit eher wolkigem Himmel und den daraus resultierenden indirekten, diffusen Lichtverhältnissen, einem Neigungswinkel der Module von weniger als 10° und schließlich hohen Temperaturen. Bei 40° C beträgt der Effizienzverlust einer Dünnschichtzelle, bedingt durch die hohe Temperatur, beispielsweise nur 20%, was wesentlich geringer ist als bei einer wafer-basierten Solarzelle.

Um beide Technologien anwenden zu können, werden die einzelnen Module seriell verschaltet. Bei der kristallinen Technik erfolgt dies über Verlötung. Bei den Dünnschichtmodulen wird dies sofort in den Fertigungsprozess integriert. Die Module werden zu "Strings" seriell verschaltet und dann parallel auf einen Wechselrichter geschaltet, der den Gleichstrom in Wechselstrom verwandelt.

Das Solarmodul produziert Gleichstrom (Strom, der die Richtung und Stärke nicht verändert). Dieser wird entweder direkt genutzt, also beispielsweise in Batterien gespeichert oder in Wechselstrom (Strom, der seine Richtung periodisch und in steter Wiederholung ändert) umgewandelt, damit man den Solarstrom in das öffentliche Stromnetz einspeisen kann. Hierzu dienen netzgeführte Wechselrichter. Sie passen Frequenz und Spannung an das Netz an. Darüber hinaus verfügen sie über eine Abschaltung der Anlage bei Netzstörungen. So wird Überspannung oder Spannung in abgeschalteten Netz-Abschnitten vermieden.