Potential der Sonnenenergie
Täglich liefert die Sonne eine Unmenge an Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung an die Erdoberfläche. Eine Ressource, die unerschöpflich und erneuerbar ist. Trotz einer Entfernung von etwa 150 Millionen Kilometer benötigt das Licht der Sonne nur rund 8 Minuten bis es die Erde erreicht hat. Trifft das Sonnenlicht auf der Erdoberfläche auf, gestaltet es den Stoffwechsel der Pflanzen und bestimmt maßgeblich das Wettergeschehen auf der Erde.
Neben der Wind- und Wasserkraft und auch allen fossilen Energieträgern, die letztendlich ebenfalls auf die Sonnenenergie zurückzuführen sind, gibt es seit Entdeckung des photovoltaischen Effekts auch die Möglichkeit, diese Energie direkt für unser modernes Leben nutzbar machen zu können. Verwendet werden dafür Photovoltaikmodule (kurz PV-Module) oder auch Solarmodule genannt.
Für die Energiewende ist dies eine große Chance um eine nachhaltige und saubere Energiezukunft zu gestalten.
Funktion eines PV-Moduls
Ein PV-Modul ist das geniale Werkzeug, dass die Umwandlung von Licht - also elektromagnetischer Strahlung - in elektrischen Strom ermöglicht. Ein PV-Modul besteht aus mehreren Solarzellen, die aus einem halbleitenden Material wie Silizium hergestellt werden. Der Prozess, durch den ein PV-Modul Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt, wird als photovoltaischer Effekt bezeichnet.
Der photovoltaische
Effekt tritt auf, wenn Photonen (Lichtteilchen) mit ausreichend großer Energie auf die
Solarzellen treffen. Die Photonen übertragen ihre Energie auf Elektronen im
halbleitenden Material der Solarzelle, wodurch diese aus ihrem
ursprünglich gebundenen Zustand gelöst werden und sich frei bewegen können. Um die frei beweglichen Elektronen zur Energieversorgung nutzbar zu machen, wird ein elektrisches Feld durch Anordnen von unterschiedlich dotierten Schichten in der Solarzelle erzeugt. Trifft nun Sonnenlicht auf das PV-Modul auf, bewegen sich die freigesetzten Elektronen aufgrund des elektrischen Feldes in eine Richtung. Diese gerichtete Bewegung erzeugt einen
elektrischen Strom, der durch die Anschlüsse des PV-Moduls zugänglich gemacht wird. Die elektrische Energie kann zum Betreiben von elektrischen Geräten oder zur Speicherung in Batterien verwendet werden.
Aufbau eines PV-Moduls
Jedes PV-Modul besteht aus mehreren Schichten, welche beim Laminieren mit Druck und Wärme verpresst werden. Das Glas schützt in erster Linie die Solarzellen, nimmt mechanische Kräfte auf und lässt das relevante Spektrum der Sonneneinstrahlung zu den Solarzellen durch. Die EVA-Folien sind ebenfalls lichtdurchlässig und definieren die Position der Solarzellen. Die Kunststofffolie auf der Rückseite dient unter anderem zum Schutz vor Flüssigkeitseintritt.
Neben PV-Modulen mit Rahmen werden auch sogenannte Glas-Glas PV-Module gefertigt. Der Unterschied liegt, wie der Name schon vermuten lässt, in der Bauart. Die Solarzellen werden bei Glas-Glas PV-Modulen zwischen zwei Glasscheiben eingebaut und aufgrund der mechanischen Stabilität der beiden Glasscheiben ist meistens kein zusätzlicher Rahmen notwendig. Ein Vorteil von Glas-Glas PV-Modulen ist, dass sie von beiden Seiten das Licht zu den Solarzellen durchlassen können.
Funktion einer PV-Anlage
Um elektrische Energie aus PV-Modulen im Stromnetz verfügbar machen zu können, wird eine Photovoltaikanlage (PV-Anlage) benötigt die neben den PV-Modulen noch aus weiteren Komponenten besteht. Für den effizienten Betrieb werden üblicherweise mehrere PV-Module in Serie verschalten um eine hohe Leistung bei geringem Strom beziehen zu können. Eine solche Kette aus Modulen (String) generiert einen Gleichstrom der mithilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt wird und anschließend ins Stromnetz eingespeist werden kann. PV-Anlagen werden typischerweise auf Dächern oder Freiflächen errichtet, wobei das Montagesystem sicherstellt, dass sie optimal zur Sonne ausgerichtet sind.
Zur Überwachung der Leistung und zur Erfassung der erzeugten Energie werden Zähler und Monitoring-Systeme eingesetzt. Diese ermöglichen es dem Anlagenbetreiber oder der Anlagenbetreiberin die Leistung der Anlage zu überwachen und potentielle Probleme frühzeitig erkennen zu können. Optional können PV-Anlagen auch mit Batteriespeichersystemen ausgestattet sein, die überschüssige Energie speichern und zu Zeiten geringer Sonneneinstrahlung oder bei Bedarf nutzbar machen.
Insgesamt arbeiten diese Komponenten zusammen, um Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln, die entweder vor Ort genutzt oder in das Stromnetz eingespeist wird. PV-Anlagen haben sich als eine nachhaltige und umweltfreundliche Quelle für saubere Energie etabliert und spielen eine wichtige Rolle bei der Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und der Verringerung von Treibhausgasemissionen.
Im Moment sind wir in mehreren Entwicklungsstufen damit beschäftigt, einen Prototyp der Upcycling-Anlage zu entwickeln und zu fertigen. Sollten Sie Anregungen oder Fragen zur Upcycling-Anlage haben, dann treten Sie gerne mit uns in Kontakt.