Photovoltaikanlagen sind eine zuverlässige und umweltfreundliche Methode zur Erzeugung von Strom aus Sonnenenergie. Sie sind inzwischen weit verbreitet und haben sich zu einer bedeutenden Energiequelle entwickelt. 

Aber wie werden diese Systeme hergestellt und wie funktionieren sie? In diesem Blogbeitrag gehen wir ausführlich auf die Herstellung von Photovoltaikanlagen ein und werfen einen genaueren Blick auf ihre Funktionsweise.

Was genau ist eine Photovoltaikanlage?

Photovoltaikanlagen bestehen aus Photovoltaikmodulen auf Solarzellenbasis. Die meisten Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silizium. Solarzellen erzeugen durch den photovoltaischen Effekt elektrischen Strom, wenn Sonnenlicht auf sie trifft. 

Dieser Strom kann dann für den Betrieb elektrischer Geräte verwendet oder in das Stromnetz eingespeist werden. Sie erzielen einen hohen Wirkungsgrad und haben eine positive Energiebilanz. 

Die Herstellung der Solarzellen

Solarzellen werden in einem komplexen Verfahren hergestellt, das in speziellen Fabriken durchgeführt wird. In einem ersten Schritt wird hochreines Silizium hergestellt. 

Dies geschieht durch das Schmelzen von Quarzsand in einem Hochtemperaturofen. Der letzte Schritt ist das Schneiden des entstandenen Siliziums in Scheiben. Diese werden als Wafer bezeichnet. 

Die Dotierung der Wafer

Die Wafer werden dann einem Dotierungsprozess unterzogen, um ihre elektrischen Eigenschaften zu verbessern. Dies geschieht durch die Zugabe bestimmter Elemente wie Bor oder Phosphor. Diese Stoffe ermöglichen den Stromfluss und führen zu einer positiven oder negativen Ladung der Solarzellen.

Die Beschichtung der Wafer im Detail

Um den Energieverlust durch Reflexion nach dem Dotieren zu verringern, werden die Wafer mit einer Antireflexionsschicht versehen. Diese Beschichtung besteht in der Regel aus mehreren Schichten von Materialien wie Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid.

Herstellung der Solarzellen – So funktioniert es

Der fertig vorbereiteten Wafer werden nun zu Solarzellen weiterverarbeitet. Dazu werden Metallkontakte auf die Oberfläche der Solarzellen aufgebracht, um den elektrischen Strom abzuleiten. Oft werden hierfür spezielle Druck- oder Ätzverfahren verwendet.

Die Modulherstellung für die PV-Anlagen

Die Solarzellen werden zu Modulen zusammengefügt, die dann in Photovoltaikanlagen verwendet werden. Die entsprechenden Module bestehen aus mehreren Solarzellen, die miteinander verschachtelt sind. Der Aufbau der Module kann sich je nach Anwendung ändern. Sie können entweder starre oder flexible Strukturen haben.

Nach der Modulherstellung folgt die Verkapselung

Die fertigen PV-Module werden mit einer Schutzschicht versehen, um sie vor äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit oder anderen Faktoren zu schützen. Hierfür werden in der Regel spezielle Kunststofffolien oder Glas verwendet.

Die Funktionsweise der Photovoltaikanlagen

Sobald die Photovoltaikanlagen installiert sind, wandeln sie die Sonnenenergie in elektrischen Strom um. Wenn das Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft, werden Elektronen im Halbleitermaterial freigesetzt. 

Diese Elektronen werden durch die innere Struktur der Solarzellen in eine bestimmte Richtung gelenkt, wodurch ein Gleichstrom erzeugt wird. Der erzeugte Strom wird über die Metallkontakte der Solarzellen an einen Wechselrichter weitergeleitet.

Eine entscheidende Komponente – Der Wechselrichter

In netzgekoppelten Photovoltaikanlagen ist der Wechselrichter eine entscheidende Komponente. Seine Aufgabe ist es, den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, der für die Nutzung im Haushalt oder für die Einspeisung in das öffentliche Stromnetz geeignet ist. Der Wechselrichter sorgt dafür, dass der erzeugte Strom die richtige Spannung und Frequenz hat

Montage und Anschluss

Die Photovoltaik-Module werden auf Dächern, Freiflächen oder anderen geeigneten Standorten montiert. In diesem Fall ist es entscheidend, dass die Module perfekt positioniert sind, um das Sonnenlicht effektiv einzufangen. Die Module werden miteinander verbunden und an den Wechselrichter angeschlossen. In der Regel wird der Wechselrichter in der Nähe des Stromzählers installiert.

Die Integration ins Stromnetz

Der Betrieb von Photovoltaikanlagen kann entweder netzgekoppelt oder netzunabhängig sein. Bei einem netzgekoppelten Betrieb wird der erzeugte Strom in das öffentliche Netz eingespeist. Zu diesem Zweck wird ein separater Einspeisezähler installiert, der den eingespeisten Strom misst. Der erzeugte Strom kann entweder direkt im Haus verbraucht oder in das Netz eingespeist werden.

Regelmäßige Überwachung und Wartung sind wichtig

Nach der Installation werden Photovoltaikanlagen routinemäßig inspiziert, um ihre Leistung zu überwachen und mögliche Probleme frühzeitig zu erkennen. Hierfür können Überwachungssysteme eingesetzt werden, die den erzeugten Strom, die Spannung und andere Parameter verfolgen. 

Außerdem ist es wichtig, die Anlage regelmäßig zu reinigen und auf Verunreinigungen oder Schäden zu überprüfen. In der Regel sind bei Wohnhäusern mit Schrägdach oder Satteldach die Module so montiert, dass diese sich bei Regen selbst reinigen. 

Eine unsachgemäße Reinigung kann sogar dazu führen, dass die Module Ihre Leistung verringern. Rückstände von Reinigungsmitteln und Schlieren sind hierfür mitunter verantwortlich. Daher sollte die Reinigung nur durch Fachpersonal durchgeführt werden! 

Photovoltaik ist nachhaltig und energieeffizient

Für die Produktion von Photovoltaikanlagen müssen Energie und Rohstoffe eingesetzt werden. Der Energiebedarf für die Produktion ist jedoch im Vergleich zur Lebensdauer der Anlage recht gering. 

Außerdem werden durch das Recycling von Solarzellen die Umweltauswirkungen verringert. Der Einsatz von Photovoltaikanlagen verringert die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und trägt zur Reduzierung der CO2-Emissionen bei.

Deshalb sollte in Photovoltaikanlagen investieren 

Durch den Einsatz von Photovoltaikanlagen können wir unseren Bedarf an sauberer Energie decken und gleichzeitig die Umwelt entlasten. Die weltweite Produktion und Installation von Photovoltaik-Anlagen hat aufgrund des technischen Fortschritts und der steigenden Nachfrage nach erneuerbaren Energien zugenommen.

Es ist wichtig zu wissen, dass sich der Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen im Laufe der Zeit verbessert hat und sich weiter verbessern wird. Ziel der Forschung und Entwicklung ist es, Materialien zu finden, die mehr Licht absorbieren und eine bessere elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Dadurch soll die Effizienz von Solarzellen erhöht werden. 

Außerdem wird an Spitzentechnologien, organischen Solarzellen und an dünnen Schicht-Solarzellen geforscht. Diese könnten noch flexibler und vor allen Dingen kostengünstiger sein. 

Generell rentiert es sich für fast jeden Haushalt, auf die Installation von PV-Anlagen zu setzen. Sowohl Neubauten als auch Bestandsbauten profitieren maßgeblich von der Montage und Energiegewinnung durch Photovoltaik innerhalb eines innovativen Energie-und Wärmekonzepts wie dem PLEWA powerhouse. Es ermöglicht ein nahezu energieautarkes Leben und trägt einen erheblichen Teil zum Umweltschutz bei. Darüber hinaus besteht in vielen Bundesländern mittlerweile sogar eine Solarpflicht bei Neubauten!

FAQ