Grundlagen der Solarenergie: Wie funktionieren Solarmodule?

Solarenergie funktioniert, indem die Energie der Sonne eingefangen und geräuschlos und effektiv in Strom für Ihr Eigenheim oder Unternehmen umgewandelt wird.

Unsere Sonne ist ein natürlicher Kernreaktor. Sie setzt winzige Energiepakete frei, die sogenannten Photonen, die rund 149,6 Millionen Kilometer von der Sonne zur Erde in ungefähr 8,5 Minuten zurücklegen. Die Menge an Photonen, die jede Stunde auf unseren Planeten treffen, würde in der Theorie ausreichen, um den weltweiten Energiebedarf für ein ganzes Jahr zu decken.

Solartechnik erzeugt zwar nicht ständig Strom – doch sie erzeugt Strom, wenn er am meisten gebraucht wird. Etwa tagsüber und während heißer sonniger Perioden, wenn der Strombedarf am höchsten ist.

Wie funktionieren Solarmodule?

Wenn Photonen auf die Solarzelle treffen, setzen sie aus ihren Atomen Elektronen frei. Falls elektrische Leiter an die positive und negative Seite einer Zelle angeschlossen sind, wird ein Stromkreis gebildet. Wenn Elektronen durch einen solchen Stromkreis fließen, erzeugen sie Strom. Viele Zellen bilden gemeinsam ein Solarmodul und viele Module können zu einer Solaranlage zusammengeschlossen werden. Je mehr Module Sie installieren können, desto mehr Energie können Sie erzeugen.

Woraus bestehen Solarmodule?

Photovoltaik-(PV-)Solarmodule setzen sich aus vielen Solarzellen in verschiedenen Arten von Glasgehäusen zusammen. Solarzellen bestehen aus Silizium – genauso wie Halbleiter. Sie werden mit einer positiven Schicht und einer negativen Schicht aufgebaut, die genau wie bei einer Batterie ein elektrisches Feld erzeugen. In SunPower-Solarmodulen werden außerdem leitfähige Klebstoffe aus der Raumfahrttechnik verarbeitet. Die Module sind mit einem patentierten Verkapselungsmaterial umhüllt, um die Zellen zu schützen und die Degradation durch Umweltbelastungen zu minimieren.

Wie erzeugen Solarmodule Strom?

PV-Solarmodule erzeugen Gleichstrom (DC). Bei Gleichstrom fließen Elektronen in einem Stromkreis in eine Richtung. Dieses Beispiel zeigt eine Batterie, die eine Glühlampe mit Strom versorgt. Die Elektronen fließen von der negativen Seite der Batterie ab, strömen durch die Lampe und kehren zur positiven Seite der Batterie zurück.

Bei Wechselstrom (AC) werden Elektronen hin- und herbewegt, wobei die Richtung periodisch umgekehrt wird, ähnlich wie bei einem Zylinder im Automotor. Generatoren erzeugen Wechselstrom, wenn eine Drahtrolle neben einem Magneten gedreht wird. Viele verschiedene Energiequellen können diesen Generator in Schwung bringen, z. B. Gas oder Dieseltreibstoff, Wasserkraft, Kernenergie, Kohle, Wind oder Sonnenenergie.

In den deutschen Stromnetzen, die über das ganze Land verteilt betrieben werden und Tausende von Haushalten versorgen, wird Wechselstrom genutzt. Solarmodule erzeugen jedoch Gleichstrom. Wie kommt der Gleichstrom also in ein Wechselstromnetz? Die Antwort lautet: mit einem Wechselrichter.

Was macht ein Solar-Wechselrichter?

Ein Solar-Wechselrichter wandelt den mit einer Solaranlage erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Wechselrichter könnte man als das „Gehirn“ einer Anlage bezeichnen. Sie wandeln nicht nur Wechselstrom in Gleichstrom um, sondern sorgen auch für die Erdung und stellen Systemstatistiken zu Spannung und Stromstärke im Wechsel- und Gleichstromkreis, Energieerzeugung und Maximum Power Point Tracking bereit.

Seit Beginn der Solarbranche sind Zentralwechselrichter am häufigsten in Anlagen zu finden. Die Einführung von Mikro-Wechselrichtern war eine der größten technologischen Umwälzungen der PV-Branche. Mikro-Wechselrichter lassen sich für jedes einzelne Solarmodul optimieren. Sie sind nicht auf die gesamte Solaranlage ausgerichtet, wie dies bei Zentralwechselrichtern der Fall ist. Dadurch kann jedes Solarmodul mit maximaler Leistung arbeiten. Wenn mit einem Zentralwechselrichter ein Problem an einem Solarmodul auftritt (etwa durch Schattenwurf oder Schmutzpartikel), kann dies die Leistung der gesamten Solaranlage beeinträchtigen. Wird hingegen ein Mikro-Wechselrichter für jedes einzelne Modul verwendet und es tritt ein Problem an einem Solarmodul auf, arbeitet der Rest der Solaranlage weiterhin effizient.

Wie funktioniert ein System von Solarmodulen?

Im Folgenden finden Sie Beispiel für die Funktionsweise einer privaten Solarenergieanlage. Zuerst trifft Sonnenlicht auf ein Solarmodul auf dem Dach. Die Module wandeln die Energie in Gleichstrom um, der zu einem Wechselrichter fließt. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um, den Sie in Ihrem Eigenheim nutzen können. Das ist wunderbar einfach und sauber – wird zunehmend effizienter und erschwinglicher.

Was passiert aber, wenn Sie nicht zu Hause sind und den Strom nicht nutzen können, den Ihre Solarmodule an jedem sonnigen Tag erzeugen? Und was geschieht nachts, wenn Ihre Anlage überhaupt keinen Strom erzeugt? Keine Sorge: Je nach Wohnort und Energieversorger können Sie die sogenannten „Einspeisetarife“ nutzen.

Eine typische an ein Stromnetz angeschlossene PV-Anlage produziert tagsüber während der Spitzenzeiten häufig mehr Strom als gebraucht wird. Deswegen wird die überschüssige Energie zur anderweitigen Nutzung in das Netz gespeist. Der Kunde erhält für diese überschüssige Energie ein Guthaben und kann dieses Guthaben nutzen, um nachts oder an bewölkten Tagen Strom aus dem Stromnetz zu ziehen. Der „Einspeisetarif“ ist der Tarif, zu dem Sie Ihre mit Solartechnik erzeugte Energie effektiv an das Netz „zurückverkaufen“.

Durch die Installation von Solartechnik haben Sie eine gute Entscheidung getroffen. Sie sparen Geld und tragen durch den Umstieg auf saubere, erneuerbare Energie zum Umweltschutz bei. Hier erfahren Sie mehr über Einsparungen durch Solarenergie.