Solarmodule & Solarpanel
Als Solarpanel oder auch Solarmodule bezeichnet man die aneinander geschalteten und in Schutzglas versiegelten Solarzellen einer stromerzeugenden Solaranlage. Anlagen die Strom erzeugen, gehören zur Klasse der Photovoltaikanlagen. In Abgrenzung dazu bezeichnet man Systeme, die mithilfe von Sonnenkollektoren Warmwasser erzeugen, als solarthermische Solaranlagen.
Was sind Solarzellen?
Solarmodule sind prinzipiell erst einmal Geräte, die Licht in Strom umwandeln. Sie werden auch Sonnenkollektoren genannt, weil sie die stärkste Lichtquelle auf der Erde nutzen. Die Sonne bietet uns unvorstellbare Mengen Energie in Form von Licht. Dieses kann mit Hilfe der Solarmodule in Strom verwandelt werden. Manche Wissenschaftler bezeichnen diese Technologie deswegen auch als Photovoltaik, was übersetzt „Lichtstrom“ bedeutet.
Was ist ein Solarmodul?
Ein Solarmodul ist eine Sammlung von Solarzellen. Häufig wir hier auch der Begriff Solarpanel äquivalent genannt. Viele kleine Solarzellen, die sich über eine große Fläche erstrecken, können zusammenwirken, um Strom zu liefern. Je mehr Licht auf eine Zelle trifft, desto mehr Strom produziert sie.
Man kennt das beispielsweise von Raumfahrzeugen, die in der Regel mit riesigen Sonnensegeln, den Sonnenkollektoren, ausgestattet sind. Diese werden immer auf die Sonne ausgerichtet und versorgen das Raumfahrzeug mit Strom.
Ein Solarmodul besteht also aus Solarzellen die Sonnenlicht in Elektrizität verwandeln. Solarmodule benötigen deswegen einen oder mehrere Ausgänge, die die Energie an einen Energiespeicher weiterleiten oder an einen Laderegler angeschlossen werden. Es gibt verschiedene tragbare Solarmodule für unterschiedliche Anwendungen. So benötigt man für das Aufladen von USB-Endgeräten Solarmodule mit USB Ausgang. Sie eignen sich für Mobiltelefone, Tablets und alle anderen USB Geräte. Optimal also auch für iPhone und iPad Fans.
Module die über einen DC oder MC4 Ausgang verfügen, eignen sich zum Laden von Power Packs oder Solar Generatoren.
Stromfluss stabilisieren
Solarmodule erzeugen wechselnde Ladeströme, da die Wetterbedingungen denTag über wechseln Es empfiehlt sich deshalb, ein Solarmodul stets an eine Powerbank (USB Powerbank, Power Pack oder Solar Generator) anzuschließen. Dort kann man die erzeugte Energie speichern. Mit einer Powerbank versorgt man dann die Endgeräte mit Strom. Eine Powerbank hat einen Ausgang mit stabiler Leistungsfrequenz. Vergleichbar mit der Zuverlässigkeit und Stabilität einer Steckdose.
Die Leistung eines Solarmodules drückt man mit der Kennzahl Watt (W) aus. Diese Faktoren sind relevant für den Energieertrag:
- Wetterbedingungen
- Leistung des Solarmodules
- Ausrichtung des Solarmodules zur Sonne
- UV-Filter (Fenster, Wolken, Schatten)
- Die Jahreszeiten: im Sommer gibt es mehr Sonnenstunden als im Winter
Die PV-Solarzellen der PV-Solarmodule erzeugen auch bei Bewölkung Strom.
Wie funktioniert ein Solarpanel?
Die Funktionsweise des Solarstroms ist wie bereits geschildert einfach verständlich. Man erzeugt Solarstrom, indem die Energie der Sonnenstrahlen in elektrischen Strom umwandelt. Die hier bezeichnete Photovoltaik umfasst dabei genauso die bereits erläuterten Solarmodule, wie auch solarthermische Anlagen zur Erwärmung von Wassers für den Hausgebrauch.
Eine Solarzelle ist eine kleine Scheibe eines Halbleiters wie Silizium. Sie wird per Draht an einen Stromkreis angeschlossen. Beim Auftreffen von Licht auf den Halbleiter wird Licht in Strom umgewandelt, der durch den Stromkreis fließt. Sobald der Lichteinfall verschwindet, produziert die Solarzelle keinen Strom mehr.
Anlagen zur Stromerzeugung bereiten den elektrischen Strom auf. So kann der Solarstrom ins Netz eingespeist oder beispielsweise in Batterien von eBikes, Booten und Wohnmobilen gespeichert werden.
Begriffdefinition Solarpanel, Solarmodule & Solarzellen
Häufig werden die Begrifflichkeiten „Solarzelle“, „Solarpanel“ und „Solarmodul“ falsch oder durchmischt verwendet.
Die Solarzellen sind die einzelnen Siliziumscheiben, die aneinandergereiht das Solarmodul (auch: Solarpanel) ergeben. Die Zellen sind die wirklichen Energieerzeuger. Um eine ausreichende Ausgangsspannung zu erzielen und zur Verfügung zu stellen, werden nun zahlreiche Solarzellen in Reihe oder parallel aneinander geschaltet. So entsteht letztendlich das Solarmodul.
Der technische Aufbau des Standard-Panels:
Stark vereinfacht kann der Aufbau wie folgt beschrieben werden:
- Solarzellen werden in Reihe und/oder parallel miteinander verschaltet.
- Die Solarzellen werden auf eine Trägerfolie aufgebracht.
- Es wird eine Dichtungsmasse aufgetragen.
- Ein speziell gehärtetes Sicherheits-Glas wird zum Schutz der Solarzellen unter hohem Druck und Wärme aufgebracht.
- Solarzellen, Dichtungsmasse und Glas werden „Verbacken“, so dass keine Feuchtigkeit und keine anderen Schadstoffe mehr eindringen können.
- Auf der Rückseite des Solarpanels werden die Kabelanschlüsse und Dioden in einer wetterfesten Anschlussdose anmontiert
- Das gesamte Modul wird üblicherweise in einen eloxierten Aluminium-Rahmen eingefasst, um weitere Stabilität und Schutz zu erreichen.
Der hier beschriebene Aufbau garantiert einen zuverlässigen Schutz vor Umwelteinflüssen wie starkem Wind, Schnee, Eis oder selbst Hagel.
| Monokristalline Module | Polykristalline Module | |
|---|---|---|
| Herstellung | Geschnittene einkristalline Siliziumscheiben | Gegossene vielkristalline Scheiben. |
| Farbe | Schwarz | Blautöne |
| Oberflächenstruktur | Ebenmäßig und glatt | Kristallstruktur |
| Leistung | Bei mitteleuropäischer Sonneneinstrahlung größerer Leistung auf gleicher Fläche | Bei mitteleuropäischer Sonneneinstrahlung geringere Leistung als monokristalline Module |
| Effizienz | 14 - 20 % | 12 - 16 % |
| Temperaturabhängigkeit | Heizt sich das Modul bei starker Sonneneinstrahlung auf, so kommt es zu größeren Leistungseinbußen als bei den polykristallinen Module. | Selbst bei starker Sonneneinstrahlung heizt sich das Modul weniger stark auf, als die monokristalline Variante. Es deswegen nur zu kleineren Leistungseinbußen, insgesamt ist die Leistung stabiler bei hohen Temperaturen. |
| Störungsrate | Die Störungsrate ist sehr gering. | Die Störungsrate ist sehr gering. |
| Lebensdauer | Die Lebensdauer ist sehr hoch. | Die Lebensdauer ist sehr hoch. |
| Preis | Monokristalline Module sind in der Herstellung aufwendiger und hochwertiger, deswegen sind sie teurer im Vergleich zu Polykristallinen Modulen. | Polykristalline Module sind einfacher herzustellen und daher günstiger im Vergleich zu den Monokristallinen Modulen. |
Wie funktionieren Solarkonzentratoren?
Die Solartechnik wurde in Ihren Anfängen stark für die Erforschung des Weltraums entwickelt. Ein Solarkonzentrator verwendet Linsen, sogenannte Fresnellinsen, die einen großen Teil des Sonnenlichts aufnehmen und auf einen bestimmten Punkt lenken, indem sie die Lichtstrahlen biegen und fokussieren. Einige Leute verwenden das gleiche Prinzip, wenn sie eine Vergrößerungslinse verwenden, um die Sonnenstrahlen auf einen Stapel von Anzündholz oder Papier zu fokussieren, um Feuer zu entfachen.
Wie funktioniert eine Fresnellinse?
Fresnellinsen es, das von der Sonne gestreute Licht in einen engen Strahl zu bündeln.
Fresnellinsen gibt es schon seit Augustin Jean Fresnel sie 1822 erfand. Theater setzen sie für Scheinwerfer ein, und Leuchttürme nutzen sie, um ihr Licht aus größerer Entfernung sichtbar zu machen.
Fresnellinsen sind wie eine Dartscheibe geformt, mit konzentrischen Prismenringen um eine Lupe. Alle diese Funktionen ermöglichen es ihnen, das von der Sonne gestreute Licht in einen engen Strahl zu bündeln. Ursprünglich wurden sie für Leuchttürme entwickelt.
Solarkonzentratoren setzen eine dieser Linsen auf jede Solarzelle. Dadurch gelangt in jede Solarzelle viel mehr fokussiertes Licht, was wesentlich effizienter ist. Konzentratoren funktionieren am besten, wenn es nur eine Lichtquelle gibt und man den Konzentrator direkt darauf ausrichten kann.
Die Solarkonzentratoren haben zudem den Vorteil, dass die Solarzellen weiter auseinander liegen können, da das Licht auf jede Zelle fokussiert wird. Das bedeutet man muss weniger Solarzellen für ein Solarpanel vernweden und die Kosten für die Herstellung der Module sinken.
Wie effizient sind Solarmodule?
Im Gegensatz zu den Sonnenkollektoren bei Raumfahrzeugen wie Satelliten, Raumstationen oder Space Shuttles mit einen Effizienzgrad von ca. 21% und mehr, sind die Module auf den Häusern der Menschen vergleichsweise ineffizient. Weniger als 14% der Energie, die sie erreicht, wird dort in Elektrizität umgewandelt.
Verschleißen Solarpanels?
Sonnenkollektoren sind sehr widerstandsfähig. Im Vergleich zu alternativen Energiequellen verschleißen sie sehr langsam. Ihre Wirksamkeit sinkt jährlich um 1 bis 2 Prozent. Der Solarkonzentrator sowie eine dicke Glasschicht schützen die Solarkollektoren vor Feuchtigkeit, Eis, Schnee, Hagel und anderen schädlichen Umwelteinflüssen..
Warum sehen Solarmodule aus wie Flügel?
Sonnenkollektoren sind keine Tragflächen, aber sie sind so geformt und positioniert, wie sie aus ähnlichen Gründen wie die Tragflächen geformt sind. Die Antwort liegt in der Notwendigkeit großer Flächen, die auf beiden Seiten des Bootes ausgeglichen sind.
Solarmodule benötigen eine große Fläche, die während der Bewegung des Raumschiffes auf die Sonne auszurichten sind. Mehr exponierte Fläche bedeutet, dass mehr Strom aus Lichtenergie der Sonne umgewandelt werden kann. Es ist auch nicht im Interesse von DS1, ein Solarmodul so zu positionieren, dass es einen Schatten auf das andere wirft. Aus diesen Gründen sind die Sonnenkollektoren zu beiden Seiten des Raumfahrzeugs flache Platten.
Die Flügel müssen auch große Flächen haben und sich nicht gegenseitig stören, sondern aus unterschiedlichen Gründen. Bei einem Flugzeug sind die Tragflächen so geformt, dass sie beim Durchströmen des Flugzeuges durch die Luft den Auftrieb des Flugzeugs geben. Die Flugzeugflügel müssen eben sein, sonst fliegt das Flugzeug nicht gerade.