Photovoltaikmodule: Die Bausteine einer Solaranlage

Die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in verwertbaren Strom geschieht in den Solarzellen der Photovoltaikmodule. Sie interessieren sich für eine Solaranlage und möchten gerne mehr über den Aufbau und die Funktionsweise solcher Module erfahren? Elektro-Fachmann.org klärt Sie auf!

Die Solaranlage auf dem heimischen Dach setzt sich aus mehreren Photovoltaikmodulen zusammen. Diese müssen belastbar und witterungsbeständig sein, um die hier erkennbaren, im Modul verbauten Solarzellen schützen und eine problemlose Funktionalität gewährleisten zu können. © TR / pixelio.de

Keine andere alternative Energiequelle ist bei der Deutschen Bevölkerung derart akzeptiert wie die Solarenergie. Immer mehr Menschen vertrauen darauf, dass diese in Zukunft einen der wichtigsten Energieträger darstellen wird, und installieren eine entsprechende Photovoltaikanlage auf dem Dach ihres Eigenheims. Die Photovoltaik beschreibt die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Dies geschieht mittels siliziumangereicherter Zellen, welche in Photovoltaikmodulen gleich- oder in Reihe zu einer Photovoltaikanlage geschaltet werden. Die Module müssen hierbei bestimmte mechanische und technische Anforderungen erfüllen, um die Solarzellen zu schützen und so eine einwandfreie Funktionsweise gewährleisten zu können.

Der Aufbau eines Photovoltaikmoduls

Die eingelagerten Photovoltaikzellen sind sehr empfindlich, weshalb die rahmenden Modulkonstruktionen äußere mechanische Einwirkungen und Feuchtigkeit von diesen fernhalten müssen. Hierbei sollten diese transparent, jedoch auch strahlungs- und witterungsresistent sein. Die berührungsgeschützten elektrischen Bauteile der Solarzellen müssen weiterhin ausreichend gekühlt werden und letztlich verfügt ein Photovoltaikmodul über geeignete Handhabungs-, Schalt- und Befestigungsmöglichkeiten. Der Aufbau eines solchen Moduls erfolgt typischerweise wie folgt:

  • Sonnenzugewandt findet sich zunächst Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG). Mechanisch belastbar schützt dieses vor Witterung und anderen äußeren Einflüssen.
  • Es folgt eine transparente Kunststoffschicht aus Ethylenvinylacetat (EVA), welche direkt mit der Solarzelle verschweißt wird.
  • Die nun verbaute Solarzelle bildet das Herzstück des Photovoltaikmoduls und besteht je nach Ausführung aus hauchdünnen mono- oder polykristallinen Siliziumplatten.
  • Hieran schließt sich eine weitere, rückseitige Kunststoffabdichtung an.
  • Die Solarzellen werden per Lötbändchen miteinander verbunden und entsprechende Anschlussdosen leiten den generierten Strom weiter.
  • Ein abgedichteter Aluminium-Rahmen hält sämtliche Bauteile zusammen und verfügt über benötigte Montage- und Anschlussmöglichkeiten.

Mehrere Photovoltaikmodule werden entweder Reihen- oder Gleichgeschaltet. Zusammen werden diese dann als sogenannter „Solargenerator“ auf Ihrem Dach installiert. Photovoltaikmodule kleinerer Anlagen werden zumeist reihengeschaltet, wobei die Leistung sämtlicher Module auf die des schwächsten Moduls zurückgedrosselt wird. Achten Sie deshalb darauf, nur Photovoltaikmodule des gleichen Typs zu verwenden, um Leistungseinbußen zu vermeiden. Hierzu böte es sich an, in eine Photovoltaik-Komplettanlage zu investieren. Wie viele Photovoltaikmodule Sie mit welcher Leistung auf Ihrem Dach installieren sollten, um Ihren Stromverbrauch ausreichend decken zu können, sollten Sie am besten von einem fachkundigen Elektriker bestimmen lassen, welcher Ihnen auch weiterführend beratend zur Seite stehen kann.

Die Funktionsweise eines Photovoltaikmoduls

Strom beschreibt die Bewegung freier, geladener Teilchen. Diese müssen also in einem Photovoltaikmodul erzeugt werden. In der Solarzelle geschieht dies über zwei Vorgänge: dem inneren Photo- und dem photovoltaischen Effekt.

Innerer Photoeffekt
Photonen treffen auf das Solarpaneel und werden teils von dem hier angelagerten Silizium absorbiert. Dies geschieht, indem um das Siliziumatom fest gebundene Elektronen herausgebrochen werden. An seinem ehemaligen Platz hinterlässt das negativ geladene Elektron ein positiv geladenes Loch – es entstehen also quasi zwei frei bewegliche, entgegengesetzt geladene Energieteilchen.

Photovoltaischer Effekt
Die entstandenen Teilchen sind nur für kurze Zeit frei beweglich. Um zu verhindern, dass diese sich wieder zusammenfügen bedient man sich im Photovoltaikmodul eines sogenannten „pn-Überganges“. Dieser besteht aus gezielt angereicherten (dotierten) Fremdatomen, welche zum einen eine p-dotierten Schicht mit einem Überangebot an Löchern und zum anderen eine n-dotierte Schicht mit einem Überangebot an Elektronen bilden. Zwischen diesen beiden Schichten bildet sich ein stabiles elektrisches Feld, dessen Aufgabe es ist, die Rekombination von Elektronen und Löchern zu verhindern und diese zu trennen.

Die geladenen Teilchen verbleiben nun frei beweglich. Wird der Stromkreis über einen entsprechenden Verbraucher an den Photovoltaikmodulen geschlossen, so beginnen diese Teilchen als Strom zu fließen.

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