So funktioniert ein Solarmodul
'/%3E%3C/svg%3E)
Ratgeber verfasst am 14. Februar 2024 von:
Jens, Heimwerker & Informatiker, Hamburg
Wichtige Eigenschaften
- Aufbau
- Solarzelle
- Atome und Elektronen
- Gleichstrom und Wechselstrom
Aufbau eines Solarmoduls
Ein Solarmodul erzeugt dank vieler kleiner Solarzellen, die nebeneinander oder parallel angeordnet sind, Strom. Jede Zelle produziert ungefähr 0,5 Volt (V).
Auf der Oberseite verfügt es über eine licht- und energiedurchlässige Glasscheibe. Auf der Rückseite schützt eine starre Platte die Konstruktion. Die Struktur wird durch einen Rahmen zusammengehalten, der das Solarmodul vor Stößen schützt. Die Zellen im Solarmodul formen eine Art Raster. Das Material, aus dem sie bestehen, schimmert blau oder grau. Ein Kabel führt aus dem Rahmen heraus und liefert Gleichstrom mit konstanter Spannung.
Solarmodul und Stromerzeugung: von Physik und Atomen
Im Folgenden erfahren Sie auf verständliche Art und Weise, was in den verschiedenen Schichten eines Solarmoduls abläuft. Zuallererst ist es wichtig, sich ins Gedächtnis zu rufen, dass ein Atom aus einem Kern besteht, der von Elektronen umkreist wird, die eine Hülle bilden. Die physikalischen Eigenschaften des Atoms hängen von der Anzahl der Elektronen ab, die diese Außenhülle bilden.
Unter den physikalischen Eigenschaften eines Atoms versteht man seine Fähigkeit, sich mit anderen Atomen zu verbinden, sodass Moleküle bzw. Kristalle entstehen, oder sich in Ionen zu verwandeln. Werden nun Elektronen von diesen Atomen entkoppelt und in Bewegung gesetzt, entsteht Strom.
Solarzelle: Halbleitermaterialien
Eine Solarzelle besteht aus Halbleitermaterialien, wie sie in vielen Elektrobauteilen enthalten sind. Um Halbleiter herzustellen, ist es nötig, einen Atomverband zu wählen, der vier Elektronen in seiner Außenhülle besitzt. Es handelt sich um vierwertige Atome. Sie besitzen die Fähigkeit, sich organisiert zu verbinden, sodass eine Kristallstruktur entsteht.
Um Halbleitermaterialien herzustellen, werden nun ausgewählte Störstellen in diese Struktur eingebracht. Dies wird als Dotierung bezeichnet. Hierbei werden Fremdatome in die Kristallstruktur eingebaut, die nur drei Elektronen in ihrer Außenhülle besitzen. Dies hat ein Elektronendefizit zur Folge. Da ein Elektron negativ geladen ist, führt dies zu einer positiven Ladung. Man spricht von p-Dotierung. Wird hingegen ein Fremdatom mit 5 Elektronen auf der Außenhülle eingebracht, entsteht ein Elektronenüberschuss. Der Kristall besitzt nun eine negative Ladung. Dies wird als n-Dotierung bezeichnet. Wird nun eine Platte aus n-dotiertem Material auf eine Platte mit p-dotiertem Material gelegt, entsteht ein sogenannter p-n-Übergang. In diesem Übergang entsteht durch die negative Ladung auf der einen und die positive Ladung auf der anderen Seite ein elektrisches Feld.
So funktioniert eine Solarzelle
Eine Solarzelle besteht aus einem p-n-Übergang mit einem Metallgitter auf der Oberseite (Frontkontakt) und einem Rückseitenkontakt. Wenn die Photonen des Lichts nun auf einen n-dotierten Halbleiter treffen, übertragen sie ihre Energie auf die Elektronen. Diese befreien sich nun aus der Anziehungskraft des Atoms, um das sie kreisen.
Das elektrische Feld des p-n-Übergangs drängt diese Elektronen dann zum Frontkontakt. Dort wandern die Elektronen durch einen Kreislauf, der mit dem Modul verbunden ist, und kommen durch den Rückseitenkontakt wieder in den Halbleiter zurück, wo sie erneut von einem Kern angezogen werden.
Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom: die Aufgabe des Wechselrichters
Stromstärke, Spannung und somit die Leistung hängen von der Anzahl der Zellen ab, die sich in einem Solarmodul befinden. Am Ausgang des Moduls herrscht Gleichspannung. Mit ihr kann ein Akku aufgeladen oder ein Wohnmobil mit Strom versorgt werden. Um diese Energie für die Versorgung eines Hauses zu verwenden oder sie an einen Netzbetreiber zu verkaufen, benötigen Sie einen Wechselrichter. Dieser wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom mit 220 V und 50 Hz um.
Stromerzeugung durch Solar- und Windkraftanlagen
Staatliche Förderungen für Solaranlagen nutzen
Eine PV-Anlage stellt eine große Investition dar, die sich aber im Schnitt nach 15 Jahren amortisiert. Wenn Sie sie eine staatliche Förderung bekommen, rechnet sich die Anlage sogar früher und Sie profitieren länger von kostenlosem Strom vom eigenen Dach.
Lesen Sie unseren Ratgeber Förderungen für energetische Sanierung und Modernisierung im Überblick
Mehr zu Solar-Strom erfahren
Weitere Informationen und Tipps rund um solare Energie finden Sie in folgenden Ratgebern:
Diese Themen könnten Sie auch interessieren
Ratgeber verfasst von:
Jens, Heimwerker & Informatiker, Hamburg
Seit meiner Kindheit haben mich Handwerk und Technik interessiert. Ich war schon immer fasziniert vom Heimwerken und von Holzarbeiten. Mit dem Kauf meiner Wohnung hatte ich plötzlich eine lebensgroße Spielwiese. Auf dem Programm standen elektrische Installationen, natürlich unter Beachtung der Normen, neue Wände zu ziehen, aber auch die Deko. Mit der Ankunft unseres kleinen Sohnes fing ich an, Möbel für ihn und später auch für uns zu bauen! Aus Platzgründen habe ich zwar keine feste Werkstatt, aber ich habe bereits eine Menge Wissen angesammelt, das ich gerne mit Ihnen teile.
'/%3E%3C/svg%3E){kind=small}