Solarmodule: Preis, Spezifikationen, was Sie über Solarenergie wissen sollten

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Da die Welt bestrebt ist, ihre Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und auf nachhaltigere Energieformen umzusteigen, ist Solarenergie etwas, das jeder nutzen möchte. Sonnenlicht ist eine dauerhafte Energiequelle und steht in den meisten Teilen der Welt über längere Zeiträume am Tag zur Verfügung.

Um diese Energie zu gewinnen, sind jedoch spezielle Geräte erforderlich, und am häufigsten werden Sonnenkollektoren eingesetzt. Wenn Sie nicht wissen, wie sie funktionieren, woraus sie bestehen oder wie viel Energie sie erzeugen können, finden Sie hier eine grundlegende Anleitung für den Einstieg.

Sonnenkollektoren sind Geräte, die Licht in Strom umwandeln. Sie werden Sonnenkollektoren genannt, weil das Licht der Sonne, oder Sol, wie Astronomen es gerne nennen, in den meisten Fällen die am häufigsten vorkommende und auch leicht zugängliche Form des Lichts ist.

Ein Solarpanel besteht aus einer bestimmten Schicht Siliziumzellen, einem Metallrahmen in einem Glasgehäuse, der mit einer speziellen Folie ummantelt ist, und Verbindungen, die die Komponenten miteinander verbinden und so ein Array bilden. Kleinere Einheiten innerhalb eines Panels werden Solar- oder Photovoltaikzellen genannt und sind jeweils in der Lage, Licht in Elektrizität umzuwandeln.

Wenn sie auf einem Panel angeordnet sind, können Solarzellen mehr in den Bereich einfallendes Licht einfangen und in Strom umwandeln. Aus diesem Grund sieht man oft Raumfahrzeuge, die mit großen Solarpaneelen ausgestattet sind, die den Strombedarf des Raumfahrzeugs decken sollen.

Sonnenkollektoren sind heute vielleicht weit verbreitet, ihre Geschichte lässt sich jedoch über 100 Jahre zurückverfolgen. Zuvor nutzte man die Energie der Sonne, um Wasser zu erhitzen und es in Dampf umzuwandeln, um Maschinen anzutreiben.

Der französische Wissenschaftler Edmund Becquerel beobachtete jedoch den photovoltaischen Effekt (die Erzeugung von Spannung und elektrischem Strom in einem Material, das Licht ausgesetzt ist). Durch Experimente mit Elektrolysezellen stellte er fest, dass der Strom, der zwischen zwei mit Silberchlorid oder Silberbromid beschichteten Platinelektroden fließt, bei Tageslicht etwas stärker ist als im Dunkeln. Im jungen Alter von 19 Jahren entwickelte er die erste Photovoltaikzelle, die Licht in Strom umwandeln konnte.

Im Jahr 1883 schuf Charles Fritts die erste Solarzelle, die den Halbleiter Selen nutzte und ihn mit einer extrem dünnen Goldschicht überzog. Das Panel von Fritts wurde auch auf einem Dach in New York installiert, aber seine hohen Kosten und der Energieumwandlungswirkungsgrad von einem Prozent machten es auf lange Sicht unrentabel.

Russell Ohl patentierte erstmals Solarzellen aus Silizium, und 1954 wurde das erste Solarpanel mit Siliziumzellen hergestellt. Diese Panels waren in erster Linie dazu gedacht, Strom für Raumfahrzeuge zu erzeugen, fanden aber in den 1970er Jahren auch Anwendung in Taschenrechnern.

Ein Solarpanel besteht aus einer großen Anzahl miteinander verbundener Solarzellen. Solarzellen werden normalerweise aus Silizium hergestellt, dem nach Sauerstoff am zweithäufigsten vorkommenden Material auf dem Planeten. Da Silizium ein Halbleiter ist, kann es als Isolator und Leiter fungieren.

Im Inneren einer Solarzelle ist Silizium in zwei verschiedene Schichten angeordnet: die P-Schicht, die Elektronen aufnehmen kann, und die N-Schicht, die Elektronen abgeben kann. Das Silizium vom p-Typ entsteht durch die Zugabe von Atomen – wie Bor oder Gallium –, die in ihrem äußeren Energieniveau ein Elektron weniger haben als das Silizium, wodurch eine Leerstelle entsteht. Das Silizium vom n-Typ wird durch die Einbeziehung von Atomen wie Phosphor hergestellt, die in ihrer äußeren Ebene ein Elektron mehr haben als Silizium.

Die N-Typ-Schicht ist so platziert, dass sie dem Sonnenlicht zugewandt ist, während die P-Typ-Schicht unter der N-Typ-Schicht platziert ist.

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Das Licht der Sonne kommt in kleinen Energiepaketen, sogenannten Photonen, die dazu führen können, dass die N-Typ-Schicht Elektronen verliert. Diese werden auf einer darunter liegenden Aluminiumschicht, auch Backsheet genannt, gesammelt. Dadurch fließen die Elektronen hin und her und erzeugen einen elektrischen Strom, der über Drähte aus der Solarzelle heraus zu einem Speichergerät fließen kann.

Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls ist die Strommenge, die es aus dem auf seine Oberfläche einfallenden Licht erzeugen kann. Der Wirkungsgrad von Solarmodulen wird unter Standardtestbedingungen (STC) bestimmt, bei denen die Temperatur 25 Grad Celsius und die Bestrahlungsstärke 1000 W/Quadratmeter beträgt. Dies entspricht dem Sonnenlicht, das an einem hellen, sonnigen Tag auf ein geneigtes Solarpanel trifft. Ein Wirkungsgrad von 20 Prozent würde bedeuten, dass ein ein Quadratmeter großes Solarpanel 200 Watt Strom produzieren würde.

In der realen Welt werden die Bedingungen durch eine Vielzahl von Faktoren wie Wind, Feuchtigkeit, UV-Strahlung, chemische Einwirkung usw. beeinflusst, und die tatsächliche Effizienz des Panels ist geringer als die während des STC erzielte. Das zur Herstellung der Solarzelle verwendete Material kann auch die Effizienz der Energieumwandlung steigern, wobei monokristalline Solarmodule den höchsten Wirkungsgrad unter den kommerziell erhältlichen Modulen bieten.

Hinter den Kulissen der Wirtschaft haben Wissenschaftler versucht, die Effizienz von Solarmodulen zu steigern, und haben es kürzlich geschafft, die 30-Prozent-Grenze der Solareffizienz zu knacken. Möglich wurde dies durch den Einsatz von Perowskiten, Calciumtitanatkristallen oder Materialien mit ähnlichen Strukturanordnungen und Eigenschaften, die zur Steigerung der Effizienz von Solarzellen eingesetzt werden können.

Der größte Vorteil der Nutzung von Solarmodulen ist die Möglichkeit, eine unbegrenzte, umweltfreundliche, erneuerbare Energiequelle zu nutzen. Wenn wir unsere Methoden verbessern, um die Energie zu nutzen, die jeden Tag auf unserem Planeten anfällt, werden wir in der Lage sein, für alle unsere zukünftigen Bedürfnisse auf eine saubere Energiequelle umzusteigen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Energiequellen, die einen Anschluss an das Stromnetz erfordern, um eine unterbrechungsfreie Versorgung zu gewährleisten, können uns Sonnenkollektoren durch den Einsatz von Batterien die Freiheit geben, an weit entfernten Orten zu bleiben und dennoch einfachen Zugang zu Energie zu haben. Es ist keine Überraschung, dass Wissenschaftler auf Solarenergie zurückgreifen, um Raumschiffe anzutreiben, die zum Mars und sogar darüber hinaus gereist sind, anstatt sich auf Kernenergie zu verlassen.

Einmal installiert, haben Solarmodule eine lange Lebensdauer und erfordern nur einen sehr geringen Wartungsaufwand. Für eine optimale Energieumwandlungseffizienz müssen Solarmodule sauber gehalten werden, erfordern aber ansonsten keine Wartung, da im Energieerzeugungsprozess keine beweglichen Teile vorhanden sind. Die Energiespeicherseite erfordert Wartung, aber das System amortisiert sich im Laufe der Betriebsjahre in der Regel mehr als selbst.

Vielerorts können Benutzer auch überschüssige Energie, die von den Panels erzeugt wird, an Versorgungsunternehmen verkaufen und so Geld verdienen, indem sie nach Abschluss der Installation praktisch nichts tun.

Allerdings ist die Gewinnung von Solarenergie nicht einfach. Während die Kosten für die Erzeugung von Solarstrom in den letzten Jahren erheblich gesunken sind, sind die Vorabkosten für die Installation eines Solarmoduls, insbesondere im kleinen Maßstab, immer noch relativ hoch. Neben dem Kauf der Module muss man auch den Wechselrichter und die Energiespeicherlösung kaufen, was ziemlich teuer sein kann.

Die Gewinnung von Solarenergie ist auch stark von den Wetterbedingungen abhängig. Auch wenn die Panels bei bewölktem Wetter funktionieren, können ein paar Tage Regen oder Schnee Ihre Energiereserven beeinträchtigen. Für diejenigen, die im Winter nachts Wasser erhitzen müssen, ist ein Solarpanel möglicherweise nicht ausreichend.

Herkömmlicherweise nehmen Sonnenkollektoren viel Platz ein und abhängig von der Größe Ihres Hauses und Ihrem Energiebedarf müssen Sie möglicherweise einen zusätzlichen Platz finden, wo sie installiert werden können. Die Effizienz von Solarmodulen für Privathaushalte hängt auch von der Dachart und der Ausrichtung ab. Dank der Fortschritte in der Technologie könnte es möglich sein, transparente Solarfenster zu kaufen. Wenn Sie jedoch jetzt etwas kaufen möchten, liefern diese möglicherweise nicht die Energieumwandlungseffizienz, die Sie von ihnen erwarten würden.

Die Installation von Solarmodulen in großer Zahl zur Errichtung von Solarparks wird mit Bodenverdichtung und erhöhter Erosion in Verbindung gebracht. Nach ihrer Lebensdauer sind Solarpaneele zu einem Problem geworden, da sie noch nicht in die Recyclingwirtschaft gelangt sind und ihre Entsorgung auf Mülldeponien dazu führen kann, dass Schwermetalle wie Blei und Cadmium in den Boden gelangen.

Die Innovation im Solarenergiesektor nimmt eine neue Wendung, da neuere Materialien verwendet werden, um Solarmodule besser und billiger zu machen. Sonnenkollektoren werden einen erheblichen Einfluss darauf haben, wie wir in Zukunft auf Energie zugreifen.