So funktioniert ein Fotovoltaikmodul
Ein Fotovoltaikmodul wandelt Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Das Modul besteht aus vielen Solarzellen, die aus Halbleitermaterialien wie Silizium hergestellt werden. Die Halbleiterzellen haben eine spezielle Struktur, die es ihnen ermöglicht, Photonen von Sonnenlicht zu absorbieren. Dadurch setzen sichh Elektronen in Bewegung.
Fotovoltaikmodule bringen Elektroden in Wallung
Wenn Sonnenlicht auf eine Solarzelle trifft, regt es die Elektronen im Halbleitermaterial an, sich von ihren Atomen zu lösen. Sie bewegen sich in Richtung der Elektroden innerhalb der Zelle. Die Solarzelle besteht aus mehreren Schichten, die so aufeinander abgestimmt sind, dass das elektrische Feld in der Zelle verstärkt wird. Die oberste Schicht der Zelle ist dabei eine dünne Schicht aus negativ geladenem Material. Die unterste Schicht ist eine Schicht aus positiv geladenem Material. Die Schichten dazwischen haben unterschiedliche Ladungen und sind so angeordnet, dass die Elektronen gezwungen sind, einen bestimmten Weg durch die Zelle zu nehmen. Auf diese Weise entsteht ein elektrischer Strom, der durch die Solarzelle fließt. Durch den internen Aufbau der Solarzelle werden die Elektronen in eine Richtung gelenkt, wodurch ein elektrischer Strom entsteht.
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Für die Freaks hier noch ein paar Details
Jede Solarzelle besteht aus mehreren aufeinander laminierten Schichten. Eine davon ist die sogenannte p-dotierte Schicht. Die p-dotierte Schicht besteht aus einem Material, das so verändert wurde, dass es positiv geladene Löcher aufweist. Diese positiven Löcher werden durch das Eindringen von Photonen (Lichtteilchen) in das Material freigesetzt und können sich durch das Material bewegen.
Die p-dotierte Schicht bildet zusammen mit der n-dotierten Schicht die p-n-Übergangszone in der Solarzelle. Die n-dotierte Schicht ist dabei mit negativ geladenen Elektronen versehen und befindet sich auf der anderen Seite der p-n-Übergangszone. Wenn Photonen in die Solarzelle eindringen, werden Elektronen in der n-dotierten Schicht freigesetzt und wandern zur p-dotierten Schicht. Die Löcher der p-dotierten Schicht wandern zur n-dotierten Schicht. Dabei entsteht eine Ladungstrennung, die zur Erzeugung von Strom genutzt werden kann. So wird Gleichspannung (DC) erzeugt.
Die p-dotierte Schicht ist also ein wichtiger Bestandteil der Solarzelle, da sie zusammen mit der n-dotierten Schicht für die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom sorgt. Durch die gezielte Manipulation der Materialien können positiv und negativ geladene Zonen erzeugt werden, die zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden können.
In Reihen geschaltet
Die Solarzellen sind in Reihe geschaltet, um die erzeugte Spannung zu erhöhen. Die Serienschaltung der Solarzellen leitet der Stromfluss von Zelle zu Zelle und so addiert dieser sich zu einer höheren Gesamtspannung. Diese Gesamtspannung gibt das Modul dann als Gleichstrom (DC) aus. Der kann direkt zur Stromversorgung von elektrischen Geräten dienen, die auch mit Gleichspannung arbeiten.
Der erzeugte Gleichstrom kann auch in Batterien gespeichert werden, um ihn später zu nutzen, wenn die Sonne nicht scheint. Die Batterien schützt dabei ein Laderegle, der sicherstellt, dass sie nicht überladen oder tiefentladen werden.
Die Funktionsweise von Fotovoltaikmodulen ist sehr komplex und hängt von vielen Faktoren ab. Beispielsweise der Stärke und Intensität des Sonnenlichts, der Temperatur, der Beschaffenheit der Solarzellen und vielem mehr. Insgesamt ist die Technologie aber sehr effektiv und kann eine wichtige Rolle in der Stromversorgung spielen.
Das Fotovoltaikmodul selbst ist in der Regel von einer Schutzschicht aus Glas oder Kunststoff umgeben. So ist es vor Witterungseinflüssen und mechanischen Beschädigungen geschützt. Außerdem sind in das Modul Anschlüsse eingebaut, über die der erzeugte Strom abgenommen werden kann.
Wechselstrom muss erst per Wechselrichter erzeugt werden
Bevor der aus der Sonne gewonnene Strom in einem normalen Haushalt zum Einsatz kommt, muss der Gleichstrom aus den Fotovoltaikmodulen erst in Wechselstrom (AC) umgewandelt werden. Ein 220-Volt-Stromnetz wird mit Wechselstrom betrieben, „vom Dach“ kommt der Sonnenstrom ja wie erläutert als Gleichstrom. Daher ist ein Wechselrichter dazwischen geschaltet, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt.
Buchtipp zum Thema (Bild anklicken!):
Ein Fotovoltaikmodul und damit eine Fotovoltaik-Anöage ist somit eine umweltfreundliche und nachhaltige Energiequelle, die ohne Emissionen oder Verschmutzung auskommt. Damit spielt sie eine wichtige Rolle in der Energiewende. Mit der zunehmenden Entwicklung und Verbesserung von Solarzellen und Fotovoltaikmodulen wird diese Technologie immer effizienter und erschwinglicher. Auf diese Weise kann sie in Zukunft eine noch wichtigere Rolle in der Stromversorgung spielen.
