Solarenergie meistern: Ein umfassender Leitfaden

Solarzellen wandeln Licht in Strom um. Sie werden in Solarkraftwerken eingesetzt. Sie werden dort eingesetzt, wo die Stromversorgung schwierig ist. Beispielsweise werden sie in Solarstraßenlaternen, Hofleuchten und Solarsignalleuchten verwendet. Sie werden auch für Wetter-, Boden- und Wassermessungen im Freien verwendet. Sie kommen auch in kleinen Basisstationen zum Einsatz.

1. Silizium-Solarzellen: Typen, Wirkungsgrad und Kosten

Heutzutage wird für Solarzellen überwiegend Silizium verwendet. Silizium-Solarzellen sind die am häufigsten verwendeten.

1.1 Silizium-Solarzellen

Silizium-Solarzellen werden aus Siliziummaterialien hergestellt. Sie bilden große pn-Übergänge in Reihe oder parallel. Metallleitungen dienen als Kontakte auf der n-Typ-Schicht. Auf der Rückseite befindet sich ebenfalls ein Metallfilm als Kontakt. Dadurch entsteht ein Solarzellenpanel. Um Lichtverluste zu reduzieren, wird eine reflexionsmindernde Schicht darüber aufgebracht. Die wichtigsten Typen sind Mono-Silizium-, Multi-Silizium- und amorphe Silizium-Solarzellen.

1.2 Mono-Silizium-Solarzellen

Monosilizium-Solarzellen haben den höchsten Wirkungsgrad. Sie erreichen in Tests bis zu 25% und im realen Einsatz etwa 18%. Sie halten 15 bis 25 Jahre, sind aber teuer. Sie sind nach wie vor führend in der Massenproduktion.

1.3 Multi-Silizium-Solarzellen

Multi-Silizium-Solarzellen haben einen etwas geringeren Wirkungsgrad. Sie erreichen in Tests bis zu 20% und im realen Einsatz etwa 15%. Sie halten weniger lange als Mono-Silizium, sind aber günstiger. Viele Solarfirmen produzieren mittlerweile große Mengen Multi-Silizium.

1.4 Amorphe Silizium-Solarzellen

Amorphe Silizium-Solarzellen sind günstig. Sie funktionieren auch bei schwachem Licht gut. Ihr Wirkungsgrad liegt jedoch unter 10%. Sie halten nicht lange und sind nicht stabil. Mit der Zeit kann ihre Effizienz nachlassen, was ihre Nutzung beeinträchtigt.

2. Komponenten einer Solarstromanlage: Solarzellen, Regler und Batterie

Solarzellen werden nicht allein verwendet. Für den Aufbau einer Solarstromanlage sind ein Controller und eine Batterie erforderlich.

Das Solarzellenpanel ist das Herzstück der Solarstromanlage. Es wandelt Sonnenlicht in Strom um. Es werden häufig Mono- oder Multi-Silizium-Panels verwendet. Mono-Silizium-Zellen sind am gebräuchlichsten. Sie halten lange (ca. 20 Jahre) und wandeln Licht gut in Strom um.

Der Controller schützt die Batterie. Er verhindert Überladung und Tiefentladung. Er steuert die Leistungsabgabe. Er bietet Erhaltungsladung, Temperaturausgleich und Blitzschutz. Eine ständig hohe Spannung kann die Batterie beschädigen. Wird der Ladevorgang unterbrochen, kann die Batterie nicht wieder vollgeladen werden. Daher senkt der Controller die Spannung, sobald sie den Höchstwert erreicht hat. Anschließend wechselt er in den Erhaltungslademodus. Dadurch bleibt die Batterie stets voll und sicher. Das trägt zu einer längeren Lebensdauer der Batterie bei.

Die Batterie speichert Strom aus dem Solarzellenpanel. Sie nutzt oft Lithium- oder Blei-Säure-BatterienSolarzellen erzeugen Gleichstrom (DC). Um Haushaltsgeräte mit Strom zu versorgen, benötigen Sie einen Wechselrichter, der Gleichstrom in Wechselstrom (AC) umwandelt. Bei MANLY Batteriefinden Sie zuverlässige Energiespeicherbatterien für den Haus- und Industriebereich von 5 kWh bis 30 kWh. MANLY Solarbatterie wird mit einer 10-jährigen Garantie und einem intelligenten BMS geliefert, um sicherzustellen, dass Ihr Solarstromsystem effizient und sicher funktioniert.

3. Solarenergie 101: Wie funktioniert sie wirklich?

3.1 Was ist der photoelektrische Effekt? Wie erzeugt Sonnenenergie Strom?

Trifft Licht auf einen pn-Übergang eines Halbleiters, entsteht eine elektrische Kraft. Dies ist der photoelektrische Effekt. Der pn-Übergang besitzt ein starkes elektrisches Feld. Elektronen und Löcher bewegen sich voneinander weg. Dadurch steigt die Spannung im p-Bereich, während die Spannung im n-Bereich sinkt. Dies ist die lichtinduzierte Spannung im pn-Übergang.

3.2 Lebensdauer der Solarzellenmodule

Die Lebensdauer von Solarzellenmodulen hängt vom Material ab. Siliziummodule halten in der Regel 15 bis 25 Jahre. Umwelteinflüsse können das Material jedoch altern lassen. Nach 20 Jahren sinkt die Leistung um 301 TP3T. Nach 25 Jahren sinkt sie um 701 TP3T.

3.3 Können Solarmodule ohne Batterie funktionieren?

Solarmodule wandeln Licht in Strom um. Sie können keinen Strom speichern. Helles Licht erzeugt hohe Spannung. Schwaches Licht erzeugt niedrige Spannung. Die Ausgangsspannung ist instabil. Geräte können nicht normal mit Strom versorgt werden. Ein Spannungswandler wandelt die instabile Spannung des Solarmoduls in eine Ladespannung für die Batterie um. Die Batterie sorgt für eine stabile Stromversorgung.

3.4 Kann eine Solarzelle gleichzeitig eine Batterie laden und ein Gerät mit Strom versorgen?

In diesem Fall nutzt die Last zunächst Strom aus der Solarzelle. Der Rest wird an die Batterie weitergeleitet. Reicht die Solarzelle nicht aus, bezieht sie zusätzlich Strom aus der Batterie.

3.5 Ist die Solarenergie im Norden und Süden unterschiedlich?

Die Effizienz von Solarenergie hängt vom Sonnenlicht ab. In hohen Breitengraden steht die Sonne tief und schwach. In niedrigen Breitengraden hingegen steht sie hoch und stark. Daher ist Solarenergie in niedrigen Breitengraden besser nutzbar.

In großen Höhen ist die Luft dünn. Das Sonnenlicht ist intensiver. Daher funktioniert Solarenergie in großen Höhen besser.

Auch die Sonnenstunden wirken sich auf die Solarenergie aus. Mehr Sonnenstunden bedeuten mehr Sonnenlicht insgesamt.

3.6 Solarausrüstung für den Außenbereich

Solaranlagen für den Außenbereich verwenden häufig Monosilizium-Module. Diese sind faltbar und leicht zu transportieren. Allerdings sind sie teuer. Ein 20-Watt-Solarmodul kostet etwa so viel wie zwei bis drei Powerbanks mit hoher Kapazität.

3.7 Können Solarmodule Innenbeleuchtung zur Stromerzeugung nutzen?

Amorphe Silizium-Solarzellen können mit Innenlicht Strom erzeugen. Allerdings ist die Lichtintensität deutlich geringer als unter Standardbedingungen. Sie werden häufig in kleinen Geräten in Innenräumen oder bei schwachem Licht eingesetzt, wie beispielsweise Taschenrechnern, Uhren, Waagen, Tachometern und Autoalarmen.

3.8 Wie erkennt man den Unterschied zwischen Mono-Silizium-, Multi-Silizium- und amorphen Siliziumzellen?

Monosiliziumzellen haben abgerundete Ecken und eine glatte Oberfläche. Multisiliziumzellen haben eckige Ecken und ein frostähnliches Muster. Amorphe Siliziumzellen oder Dünnschichtmodule haben keine Gitterlinien. Sie sind klar und glatt wie ein Spiegel.

4. So berechnen Sie Solarpanel- und Batteriekonfigurationen

Berechnungsformel für Solarzellenpanel und Batterie

Verwenden Sie beispielsweise eine 12-V-Batterie; 1 Straßenlaterne mit 30 W.

Strom I = Leistung P / Spannung V = 30W / 12V = 2,5A

Batteriekapazität berechnen

Wenn das Licht jeden Tag 7 Stunden an ist (Volllast), und wir es bei Regenwetter noch 5 Tage leuchten lassen müssen (6 Tage mit der Nacht vor den Regentagen mitzählen).

Batteriekapazität Q = Strom I * Zeit T = 2,5 A * (5 + 1) * 7 Stunden = 105 Ah

Im praktischen Einsatz müssen wir auch darauf achten, eine Überladung oder Tiefentladung des Akkus zu verhindern. Daher verbrauchen wir nur etwa 70–85 % der Batterie. Controller und Kabel verursachen zudem einen Energieverlust von etwa 15–25 %.

Leistung von Solarzellenpanelen

Solarzellenleistung X = (Stromverbrauch W * tägliche Nutzungsdauer T) / (durchschnittliche jährliche Sonneneinstrahlungszeit t * Batterieumwandlungsrate a) = (307) / (570%) = 60 W

Dabei beträgt die durchschnittliche jährliche Sonneneinstrahlungsdauer 5 Stunden und 70% ist die tatsächliche Nutzungsrate des Solarzellenpanels während des Ladevorgangs.

Kunde aus Los Angeles, USA: 264 Stück 24 V 40 Ah Lithiumbatterien für Logistikroboter, in Produktion.

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