1954 haben Wissenschaftler von den Bell Laboren in den USA entdeckt, dass Silizium unter bestimmten Bedingungen einen Stromfluss erzeugt, wenn es von Sonnenlicht beschienen wird – also ganz einfach: so funktioniert Solarstrom 😉Seitdem hat sich die Solartechnologie stetig und kontinuierlich weiterentwickelt. Allein in der Schweiz sind bereits mehr als 150’000 Photovoltaikanlagen installiert. Heute sind Solarmodulsysteme für Privathaushalte und Unternehmen eine sehr attraktive Option für eine saubere und erschwingliche Energieversorgung.
Wie funktioniert Solarstrom? die Grundlagen
Dank der Entwicklung von Solarmodulen können wir die Energie einer unerschöpflichen Energiequelle nutzen – der Sonne. Solarmodulsysteme funktionieren – im Prinzip – ganz einfach:
- Während des Tages absorbieren die Solarmodule die Energie des Sonnenlichts.
- Die Silizium-Module in den Zellen sammeln diese Energie und wandeln sie in Gleichstrom um.
- Der Gleichstrom wird durch einen sogenannten Wechselrichter geleitet, um sie in Wechselstrom umzuwandeln, wie er auch der Steckdose kommt.
- So können Sie den Strom in Ihrem Haus nutzen, ihn in einer Solarbatterie speichern oder zurück ins Netz einspeisen.
Im Folgenden geben wir einen kurzen Überblick über Solaranlagen und die einzelnen Bestandteile, die man benötigt, um mit Hilfe der Sonne Strom zu erzeugen. Bist Du bereits ein Experte für die Funktionsweise von Solaranlagen? Prima! Dann kannst Du direkt zum nächsten Artikel gehen, um mehr über die Vorteile der Solarenergie zu erfahren.
EINSCHUB: Was ist ein Solarmodul?
Ein Solarmodul ist ein „Gerät“, das Sonnenlicht einfängt und in nutzbaren Strom umwandelt. Solarmodule bestehen in der Regel aus Solarzellen, Kabeln, einem Metallrahmen und einer Glasabdeckung. Ein typisches Solarmodul hat oft eine Abmessung von 1 mal 1 Quadratmeter.
Aus welchen Komponenten besteht eine Solaranlage?
Eine Solaranlage ist ein sehr einfaches System. Eine Solaranlage besteht aus nur vier Hauptkomponenten und hat keine beweglichen Teile. Dadurch is es sehr einfach zu installieren und noch einfacher zu warten. Die vier Komponenten einer Solaranlage sind:
- Photovoltaikmodule – sie wandeln Sonnenenergie in Strom um
- Wechselrichter – zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom
- Gestell- und Montagesysteme – zur Befestigung der Solarmodule auf dem Dach (oder auf dem Boden, je nach Installationsart)
- Leistungsüberwachungssysteme – zur Verfolgung und Überwachung der Leistung und des Zustands Ihrer Solarmodule und Wechselrichter
1. Solarmodule
Solarmodule bestehen aus einer Reihe von Silizium-Solarzellen, die von einer Glasscheibe bedeckt und von einem Metallrahmen zusammengehalten werden. In und hinter den Zellen befinden sich Leitungen und Schaltkreise, die den Stromfluss aus den Solarzellen auffangen. Jedes Solarmodul, oft auch Solarpanel genannt, ist in der Regel etwa Quadratmeter gross und wiegt etwa 10 Kilogramm.
Ein Solarmodul hat keine beweglichen Teile. Die „aktive“ Komponente eines Solarmoduls besteht aus den Siliziumzellen selbst: Wenn Sonnenlicht auf die Silizium-Solarzellen trifft, aktiviert es Elektronen, die dann durch die Zelle fliessen. Drähte in den Zellen leiten diesen Elektronenfluss zusammen mit den Elektronen aus den anderen Zellen (und Modulen) zum Wechselrichter. Einen ausführlicheren Einblick in die Funktionsweise von Solarmodulen und Solarzellen gibt es in unserem Artikel zu diesem Thema.
Aber nicht alle Module sind gleich
Um die richtigen Solarmodule für Dein Haus und Deinen Geldbeutel zu finden, muss man eine Reihe von Kriterien beachten, darunter Produktqualität, Haltbarkeit und langfristige Leistung. Hier gibt’s mehr Infos über die Bewertung von Solarmodulen im Einkaufsführer für Solaranlagen.
2. Optionen für Solar-Wechselrichter
Die Zellen in den Solarmodulen fangen die Sonnenenergie ein und wandeln sie in Gleichstrom um. Die meisten Haushalte und Unternehmen verwenden jedoch Wechselstrom. Wechselrichter wandeln den Gleichstrom in Wechselstrom um, wie er aus einer normalen Haushaltssteckdose kommt. Es gibt zwei Grundtypen von Solarwechselrichtern: Zentralwechselrichter (oder Stringwechselrichter) und Mikro-Wechselrichter.
Zentralwechselrichter: Ein einziger Wechselrichter verbindet die gesamte Solaranlage mit dem Stromnetz. Zentralwechselrichter sind häufig die günstigste Option und eine langlebige Technologie, die am häufigsten installiert wurde. An jeden Wechselrichter können mehrere Stränge («Strings») von Modulen angeschlossen werden. Wenn jedoch die Stromproduktion eines der Module in einem Strang sinkt (zum Beispiel aufgrund von Abschattungen), kann dies vorübergehend die Leistung des gesamten Strangs verringern. Moderne Zentralwechselrichter können jedoch auch Leistungsoptimierer hinzufügen, um ähnlich wie ein Mikro-Wechselrichtersystem zu funktionieren.
Mikro-Wechselrichter: Wenn man sich für einen Mikro-Wechselrichter entscheidet, wird (normalerweise) ein Wechselrichter an jedem Solarmodul installiert, so dass jedes Modul seine Produktion maximieren kann. Wenn einige der Module zu unterschiedlichen Tageszeiten im Schatten liegen oder nicht alle in dieselbe Richtung ausgerichtet sind, können Mikrowechselrichter Leistungsprobleme minimieren. Die Kosten für Mikro-Wechselrichter sind in der Regel höher als die Kosten für String-Wechselrichter.
Leistungsoptimierer: Systeme, die Leistungsoptimierer verwenden, sind eine Mischung aus Mikro-Wechselrichtern und String-Wechselrichtersystemen. Wie Mikro-Wechselrichter werden auch Leistungsoptimierer an jedem Panel installiert. Anstatt jedoch den Gleichstrom aus den Solarmodulen in Wechselstrom umzuwandeln, bereiten die Optimierer den Gleichstrom auf, bevor sie ihn an einen zentralen Wechselrichter weiterleiten. Wie Mikro-Wechselrichter funktionieren sie gut, wenn ein oder mehrere Solarmodule verschattet sind oder wenn die Module in verschiedenen Richtungen (z.B. Ost-West-Ausrichtung) installiert sind. Leistungsoptimierer kosten in der Regel mehr als Zentral- aber weniger als Mikrowechselrichter.
3. Gestelle und Montagesysteme
Gestell- und Montagesysteme für Solarmodule sind die Teile, mit denen die Solarmodule auf dem Dach oder am Boden befestigt werden.
Um den höchsten Solarertrag zu erzielen, sollten die Solarmodule nach Süden ausgerichtet und in einem Winkel zwischen 30 und 45 Grad installiert werden. Module, die nach Osten oder Westen ausgerichtet sind und einen Neigungswinkel von fünf Grad oder mehr haben, können zwar während einer längeren Zeit und damit gleichmässiger Strom produzieren (nicht nur mittags, sondern auch morgens und abends), produzieren aber in Summe 10 bis 20 Prozent weniger Strom als solche mit Südausrichtung. Bei Solaranlagen für Privathäuser handelt es sich meist um Systeme, wo die Modulneigung der Dachneigung entspricht. Z.B. bei Flachdächern werden jedoch Gestelle verwendet, um die Solarmodule in einem Winkel zu positionieren, der für das Einfangen der Sonnenstrahlen am besten geeignet ist.
Es gibt zwei Arten von Halterungen: feste Halterungen, bei denen die Module unbeweglich bleiben, und nachgeführte Halterungen, mit denen die Module dem Lauf der Sonne folgen können. Nachführsysteme werden eher selten eingesetzt und sind nur für bodenmontierte Solaranlagen geeignet.
4. Systeme zur Leistungsüberwachung
Leistungsüberwachungssysteme (Monitoring-Systeme) liefern detaillierte Informationen über die Leistung der Solaranlage. Mit einem Überwachungssystem kann die Strommenge, die die Anlage produziert, laufend gemessen und verfolgt werden.
Die auf dem Privatkundenmarkt am häufigsten verwendeten Wechselrichter verfügen alle über Apps zur Produktionsüberwachung, mit denen die Leistung der Module verfolgt werden kann. In einigen Fällen bieten Apps auch eine Verbrauchsüberwachung, mit der man die Gesamteinsparung durch das Solarmodulsystem verfolgen kann. Diese zusätzliche Verbrauchsüberwachung kann mit zusätzlichen Kosten verbunden sein.
Die Überwachung des Solarmodulsystems kann helfen, Leistungsprobleme zu erkennen, um sicherzustellen, dass die Stromproduktion – und damit der finanzielle Ertrag – der Solaranlage möglichst hoch ausfällt.
Es gibt zwei Haupttypen von Überwachungssystemen:
- Vor-Ort-Überwachung: Das Überwachungsgerät befindet sich physisch auf dem Grundstück und zeichnet die erzeugte Strommenge auf.
- Fernüberwachung: Die PV-Solaranlage überträgt ihre Leistungsdaten an einen Überwachungsdienst, auf den man online oder mit einem mobilen Gerät zugreifen kann.