Solarplatten : Wie funktionieren Sonnenkollektoren?

Die Grundlagen der solaren Energieerzeugung und -verteilung

• Sonnenenergie trifft auf die Solarzellen und erzeugt ein elektrisches Feld

• Die erzeugte Energie zirkuliert zum Rand des Panels und in einen leitenden Draht

• Der leitfähige Draht überträgt die elektrische Energie zum Wechselrichter, wo sie von Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umgewandelt wird, der zur Stromversorgung von Haushalten verwendet wird.

• Ein weiterer Draht überträgt die elektrische Wechselstromenergie vom Wechselrichter an die Schalttafel des Grundstücks (auch als Unterbrecherkasten bekannt), wodurch der benötigte Strom im gesamten Grundstück verteilt wird.

• Zum Zeitpunkt der Erzeugung nicht benötigter Strom wird über den Verbrauchszähler in das öffentliche Stromnetz eingespeist.

Der elektrische Strom durch den Zähler führt dazu, dass der Zähler rückwärts läuft und Ihrem Eigentum die überschüssige Erzeugung gutschreibt.

Sonnenkollektoren haben Spiegel, um die Sonnenstrahlung zu konzentrieren, um Sonnenenergie in Elektrizität umzuwandeln.

Diese Energie kann in Strom umgewandelt oder in Batterien oder Wärmespeichern gespeichert werden.

Während jeder Ort der Erde im Laufe des Jahres etwas Sonnenlicht bekommt, ist die Intensität der Sonnenstrahlung, die jeden Ort auf der Erdoberfläche erreicht, unterschiedlich.

Sonnenkollektoren fangen diese Strahlung ein und wandeln sie in nutzbare Energie um.

Schritt-für-Schritt-Aufschlüsselung zur Funktionsweise von Solarmodulen

Hier ist eine einfache 3-Schritte-Anleitung, wie Sonnenkollektoren tatsächlich funktionieren.

Die Sonne erzeugt Strom

Um mit der Beantwortung der Frage "Wie funktionieren Sonnenkollektoren?" zu beginnen.

Lassen Sie uns zunächst diskutieren, wie elektrischer Strom traditionell erzeugt wird.

Die Stromerzeugung erfordert den Einsatz von Brennstoffen.

Viele der bei der Stromerzeugung eingesetzten Brennstoffe können schwerwiegende Folgen für die Umwelt haben.

Der Schaden wird sowohl durch die Gewinnung als auch durch die Nutzung fossiler Brennstoffe verursacht.

Kohle, die aus Bergen abgebaut wird, wird in konventionellen Kraftwerken als Brennstoff verwendet.

Uran wird aus Bergwerken zur Nutzung in der Kernkraft gewonnen.

Die Beschaffung und Lieferung von Brennstoffen für die Stromerzeugung ist ein mühsamer und manchmal zerstörerischer Prozess.

Beim Verbrennungsprozess fossiler Brennstoffe wie Kohle und Erdgas entstehen Luftschadstoffe.

Die Nutzung der Kernenergie erhöht die Möglichkeit von radioaktiven Leckagen.

Solar hingegen wird mit einem ganz anderen Brennstoff betrieben: Sonnenlicht.

Es gibt keinen Bergbau, keine großen Pipelines und keine Erdbewegung – nur natürliches Sonnenlicht, das vom Himmel fällt.

Sonnenlicht ist reichlich, einfach zu sammeln, sicher und umweltfreundlich.

Da die Sonne eine unendliche Ressource ist, wird Sonnenenergie häufig als erneuerbare Energie bezeichnet.

Aus diesem Grund werden einige Regionen lokale Subventionen für die Solarkonfiguration bereitstellen.

Es gibt auch andere Arten von Solarenergie, wie Solarthermie und konzentrierende Solarenergie.

Die Sonnenkollektoren absorbieren Sonnenlicht

Wenn sich das Sonnenlicht mit Lichtgeschwindigkeit etwa 93 Millionen Meilen von der Sonne entfernt fortbewegt und auf ein Solarpanel fällt, beginnt der Prozess der Stromerzeugung.

Das Solarpanel wird höchstwahrscheinlich auf einem sonnigen Dach oder auf dem Boden in einem Garten oder einem nahe gelegenen Feld positioniert.

Es ist höchstwahrscheinlich mit anderen Arten von beliebten Sonnenkollektoren verbunden.

Eine Solaranlage ist eine Gruppierung mehrerer Panels.

Was genau ist ein Solarpanel?

Es ist eine viereckige, plattenförmige Struktur aus Siliziumzellen, einer Art Halbleiter.

Es wird auch als Modul bezeichnet.

In den Zellen sind Elektronen vorhanden.

Einige Substanzen (wie Phosphor und Bor) werden auf die Zellen aufgebracht, um ein Magnetfeld zu bilden.

Einige der Zellen sind positiv geladen, während andere negativ geladen sind.

Sonnenlicht stört die Elektronen und lässt negativ geladene Elektronen zu einer Seite der Siliziumzelle fließen.

Als Ergebnis der Bewegung wird ein Fluss oder Strom von elektrischer Energie erzeugt.

Der Strom wird von Metallleitern an der Zelle gesammelt und auf Drähte übertragen.

Sonnenlicht wird vom Solar-Inverter in Strom umgewandelt.

Solarstrom ist derzeit noch nicht für den Hausgebrauch bereit.

Hier kommt der Einbau eines Solarwechselrichters ins Spiel.

Dies ist ein Metallkasten, der auch als Solarkonverter bezeichnet wird und sich in Ihrem Haus in der Nähe Ihres Sicherungskastens befinden kann.

Trotz ihrer unaufdringlichen Erscheinung spielt die Box eine wichtige Rolle bei der Nutzung von Sonnenenergie.

Betrachten Sie es als Bindeglied zwischen Ihren Sonnenkollektoren und Ihrem Zuhause.

Seine Spulen, Drähte und Magnete "wandeln" nicht nur den Strom von Gleichstrom in Wechselstrom um, sodass er im Haushalt verwendet werden kann, sondern der Wechselrichter unterstützt auch andere Energiemanagementfunktionen.

Bei einem Ausfall können einige Wechselrichter das Haus vom zentralen Netz trennen.

Der Wechselrichter könnte auch eine minimale Menge an Batteriestrom enthalten, um sicherzustellen, dass das Haus im Falle eines Stromausfalls etwas Strom erhält.

Da sie Energiemanagement- und Kommunikationsfunktionen ausführen, die Ihren Solarstrom zuverlässiger machen, werden neue Wechselrichter oft als die "Smarts" hinter der Solarstromkonfiguration bezeichnet.

Es ist erwähnenswert, dass es einen Unterschied zum herkömmlichen Wechselrichter gibt.

Der Mikro-Wechselrichter ist das, was Sie sich ansehen.

Mikro-Wechselrichter werden nicht in einer Box untergebracht, sondern direkt unter den Solarmodulen installiert.

Wenn Ihr Solarwechselrichter betriebsbereit ist, sind den verschiedenen Dingen, mit denen Sie Solarenergie betreiben können, keine Grenzen gesetzt, wie z.

Die Wissenschaft der Photovoltaik (PV)-Zellen

PV-Module bestehen aus kleineren Photovoltaikzellen, die Sonnenlicht in Strom umwandeln können.

Diese Zellen bestehen aus halbleitenden Materialien, am häufigsten aus Silizium, die Elektrizität leiten können, während sie das elektrische Ungleichgewicht beibehalten, das zur Erzeugung eines elektrischen Felds erforderlich ist.

Wenn Sonnenlicht auf den Halbleiter einer Solarzelle trifft, wird die Energie des Lichts in Form von Photonen absorbiert, wodurch viele Elektronen freigesetzt werden und frei innerhalb der Zelle wandern.

Die Solarzelle besteht aus positiv und negativ geladenen Halbleitern, die miteinander verbunden sind, um ein elektrisches Feld zu bilden.

Dieses elektrische Feld zwingt die Elektronen, in eine Richtung zu fließen – in Richtung der leitenden Metallplatten, die die Zelle auskleiden.

Dieser Fluss wird als Energiestrom bezeichnet und seine Stärke bestimmt, wie viel elektrische Energie jede Zelle erzeugen kann.

Wenn lose Elektronen mit Metallplatten kollidieren, wird der Strom in Drähte geleitet und lässt Elektronen wie in jeder anderen Strom erzeugenden Quelle fließen.

Wenn ein Solarpanel elektrischen Strom erzeugt, wird die Energie über eine Reihe von Drähten an einen Wechselrichter übertragen.

Während Sonnenkollektoren Gleichstrom (DC) erzeugen, benötigt die Mehrheit der Stromverbraucher Wechselstrom (AC), um ihre Häuser mit Strom zu versorgen.

Die Funktion des Wechselrichters besteht darin, den Strom von Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umzuwandeln, um ihn für die täglichen Aktivitäten nutzbar zu machen.

Nachdem der Strom in eine nutzbare Form (Wechselstrom) umgewandelt wurde, wird er vom Wechselrichter an die Schalttafel übertragen und bedarfsgerecht im ganzen Haus verteilt.

Solarenergie ist heute weit verbreitet, um Lampen, Geräte und andere elektronische Geräte mit Strom zu versorgen.

Jegliche elektrische Leistung, die nicht durch den Unterbrecherkasten aufgenommen wird, wird über den Verbrauchszähler in das öffentliche Stromnetz eingespeist.

Der Verbrauchszähler überwacht den Stromfluss zu Ihrem Haus und zurück.

Wenn Ihre Solaranlage mehr Strom erzeugt, als Sie vor Ort verbrauchen, wird dieser Zähler reversiert und Ihnen wird der über das Net-Metering-Verfahren erzeugte überschüssige Strom gutgeschrieben.

Wenn Sie mehr Strom verbrauchen, als Ihr Solarpanel erzeugt, beziehen Sie über diesen Zähler zusätzlichen Strom aus dem Netz, damit es normal funktioniert.

Bis Sie mit einer Speicherlösung vom Netz gegangen sind, müssen Sie etwas Netzenergie verbrauchen, insbesondere nachts, wenn Ihr Solarmodul nicht erzeugt.

Dennoch wird der Großteil dieser Netzenergie durch tagsüber erzeugte überschüssige Sonnenenergie und Zeiten geringerer Nutzung kompensiert.

Solarwarmwasser und konzentrierte Solarenergie

Solare Warmwassersysteme sammeln Sonnenenergie und nutzen sie zur Warmwasserbereitung für Ihr Zuhause.

Kollektoren, ein Speicher, ein Wärmetauscher, ein Regelsystem und ein Backup-Heater sind die wesentlichen Bestandteile dieser Systeme.

Es gibt keine Elektronenbewegung in einem solaren Warmwassersystem.

Vielmehr wandeln die Paneele Sonnenlicht in Wärme um.

Die Paneele einer Solarthermieanlage werden als "Kollektoren" bezeichnet und normalerweise auf Dächern installiert.

Sie erfassen Strom anders als herkömmliche Photovoltaikmodule und erzeugen Wärme statt Strom.

Sonnenlicht durchdringt die Glasabdeckung eines Kollektors und trifft auf eine Absorberplatte, die mit einer Beschichtung versehen ist, um Sonnenenergie zu sammeln und in Wärme umzuwandeln.

Diese Wärme wird an eine "Übertragungsflüssigkeit" (Frostschutzmittel oder Trinkwasser) übertragen, die sich in kleinen Rohren in der Platte befindet.

Konzentrierte Solarenergie funktioniert auf die gleiche Weise wie solares Warmwasser, indem sie Sonnenlicht in Wärme umwandelt.

Die CSP-Technologie erzeugt Strom durch die Konzentration der solarthermischen Energie durch den Einsatz von Spiegeln.

Spiegel in einer CSP-Installation reflektieren die Sonne auf den Fokuspunkt.

Ein Absorber oder Empfänger fängt an diesem Brennpunkt Wärmeenergie ein und speichert sie.

CSP wird am häufigsten in Anlagen im Versorgungsmaßstab verwendet, um ein Stromnetz anzutreiben.

Andere wichtige Komponenten zur Funktionsweise von Solarmodulen

Neben Silizium-Solarzellen enthält ein Solarpanel ein Glasgehäuse, das den Silizium-PV-Zellen Haltbarkeit und Sicherheit verleiht.

Das Paneel hat einen Isolator und eine schützende Rückseite unter der Glasaußenseite, die vor Energieaufnahme und Temperaturen in der Solaranlage schützt.

Diese Isolierung ist von entscheidender Bedeutung, da höhere Temperaturen die Effizienz verringern, was zu einer verringerten Leistung der Solarmodule führt.

Solarmodule sind mit einer Antireflexbeschichtung beschichtet, die die Absorption des Sonnenlichts verbessert und den Siliziumzellen ermöglicht, maximale Sonneneinstrahlung zu erhalten.

Siliziumsolarzellen werden typischerweise in zwei Zellkonfigurationen hergestellt: monokristallin und polykristallin.

Monokristalline Zellen bestehen aus einem einzigen Siliziumkristall, während polykristalline Zellen aus Siliziumfragmenten oder -scherben bestehen.

Obwohl monokristalline Formate normalerweise teurer sind, bieten sie mehr Platz für Elektronen, um sich zu bewegen, was eine effizientere Solartechnologie als polykristalline bietet.

Was genau ist ein Solarpanel, das effizient ist?

Bedenken Sie beim Kauf von Sonnenkollektoren, dass nicht alle Sonnenkollektoren in Bezug auf die Effizienz gleich sind.

Aus diesem Grund variieren die Kosten für die Installation von Solarmodulen häufig.

Die Effizienz eines Solarmoduls hängt davon ab, wie viel des auftreffenden Sonnenlichts in elektrische Energie umgewandelt wird.

Je effektiver Ihre Solarmodule sind, desto weniger benötigen Sie.

Die Effizienz von Sonnenkollektoren ist äußerst wichtig, wenn Sie eine begrenzte Dachfläche haben oder diese teilweise im Schatten liegt.

Bei der Suche nach Effizienz spielt der Preis nicht immer eine Rolle.

Was Sie durch den Kauf von weniger Panels sparen, können Sie verlieren, wenn Sie einen höheren Preis für effizientere Modelle zahlen.

Bevor Sie Sonnenkollektoren installieren, sollten Sie die Sonnenzahl-Scores für Ihr Zuhause recherchieren, die Ihr Potenzial für ein hocheffizientes Solarsystem basierend auf dem Standort und der empfangenen Sonneneinstrahlung anzeigen.

Die meisten PV-Zellen haben einen Wirkungsgrad von etwa 15 bis 20 %, mit Ausreißern an beiden Enden des Spektrums.

Hochentwickelte Solarmodule können in bestimmten Fällen einen Wirkungsgrad von 22 Prozent übertreffen, aber die meisten Solarzellen auf dem Markt sind nicht mehr als 20 Prozent produktiv.

Wenn die gleiche Menge Sonnenlicht für die gleiche Zeit auf zwei Solarmodule mit unterschiedlichen Effizienzwerten scheint, erzeugt das effizientere Modul mehr Strom als das weniger effiziente Modul.

Welchen Einfluss hat das Wetter auf die Funktionsweise von Sonnenkollektoren?

Klimatische Bedingungen können die von Sonnenkollektoren erzeugte Strommenge beeinflussen, jedoch nicht so, wie Sie es sich vorstellen.

Ideale Bedingungen für die Gewinnung von Solarstrom sind natürlich ein klarer, sonniger Tag.

Wie die meisten elektronischen Geräte sind Sonnenkollektoren jedoch bei kaltem Wetter produktiver als bei warmem Wetter.

Dadurch kann das Panel in der gleichen Zeit mehr Strom erzeugen.

Das Panel erzeugt bei steigender Temperatur weniger Spannung und weniger Energie.

Auch wenn Sonnenkollektoren im Winter zuverlässiger sind, erzeugen sie nicht unbedingt mehr Strom als im Sommer.

Sonnigeres Wetter ist in den wärmeren Sommermonaten häufiger.

Neben weniger Wolken ist die Sonne meist über einen längeren Zeitraum des Tages sichtbar.

Auch wenn Ihre Module bei heißem Wetter weniger effizient sind, erzeugen sie im Sommer mit Sicherheit mehr Strom als im Winter.

Einige Staaten erhalten mehr Sonnenlicht als andere.

Wenn also die Klimabedingungen die Solarstromerzeugung beeinflussen können, sind dann einige Staaten eine ausgezeichnete Wahl für Solarenergie als andere?

Die einfache Antwort ist ja, aber nicht immer wegen des Wetters.

Nehmen wir zum Beispiel Wolken.

Jeder, der an einem bewölkten Tag einen Sonnenbrand bekommen hat, weiß, dass Sonnenstrahlung Wolken durchdringt.

Aus dem gleichen Grund können Sonnenkollektoren auch an bewölkten Tagen Strom erzeugen.

Abhängig von der Wolkendecke und der Qualität der Sonnenkollektoren kann der Wirkungsgrad der Stromerzeugung der Sonnenkollektoren jedoch zwischen 10 und 25 Prozent oder mehr im Vergleich zu einem sonnigen Tag liegen.

Fakten zur Funktionsweise von Sonnenkollektoren

Hier sind einige weitere Fakten, die Sie über die Funktionsweise von Sonnenkollektoren wissen könnten.

Solarmodule benötigen kein direktes Sonnenlicht, um zu funktionieren

Obwohl die optimale Leistung bei Sonnenschein erreicht wird, wird an bewölkten Tagen und im Winter trotzdem Strom erzeugt.

Andererseits kann nachts kein Strom erzeugt werden, aber dieses Problem lässt sich mit einem Speicher lösen.

Die Kosten für ein Solarbatteriespeichersystem können durch den Verkauf überschüssiger Energie an das nationale Stromnetz und den Vorteil der völligen Energieunabhängigkeit ausgeglichen werden.

Sie sollten bedenken, dass Sonnenkollektoren tagsüber kostenlosen Strom erzeugen, wenn dieser teurer und damit wertvoller ist.

Mögliche Probleme

Berücksichtigen Sie vor der Installation von Sonnenkollektoren die Form und Neigung des Daches und die Lage des Hauses selbst.

Um die beste Jahresleistung zu erzielen, sollte das Dach in einem 30-Grad-Winkel nach Süden ausgerichtet sein.

Dies sind keine strengen Anforderungen, da Sonnenkollektoren in einer Vielzahl von Umgebungen betrieben werden können, vorausgesetzt, das System ist zwischen 10 und 16 Uhr schattenfrei

Stellen Sie aus zwei Gründen sicher, dass Ihre Solarmodule nicht in der Nähe von Bäumen und Büschen sind: Sie können die Installationen beschatten und die Äste und Blätter können die Oberfläche zerkratzen und ihre Leistung verringern.

Übermäßige Wind- und Regenbelastung kann auf lange Sicht auch die Leistung beeinträchtigen, daher sollten Windschutzhütten bei der Beurteilung der Platzierung berücksichtigt werden.

Trotzdem haben Solaranlagen in der Regel 25 Jahre Garantie, die die Leistung innerhalb dieses Zeitraums nicht unter 80% absinken.

Erstaunlicherweise funktionieren Solarsysteme in heißeren Klimazonen nicht optimal.

Dies liegt daran, dass Solarzellen Sonnenlicht statt Wärme verwenden und hohe Temperaturen ihre Leistung reduzieren.

Aus welchem Material bestehen Sonnenkollektoren?

Solarmodule, auch Photovoltaikzellen genannt, sind halbleiterbasierte Systeme, die Sonnenlicht in Strom umwandeln.

Trifft Licht auf die Zellen, werden Elektronen von ihren Atomen getrennt und fließen durch die Zelle, wodurch Strom erzeugt wird.

Sonnenkollektoren in Hausinstallationen können heute etwa 20 % des Sonnenlichts, das sie erhalten, in elektrische Energie umwandeln.