Solar erklärt Photovoltaik und Strom

Photovoltaikzellen wandeln Sonnenlicht in Strom um

Eine Photovoltaik (PV)-Zelle, allgemein als Solarzelle bezeichnet, ist ein nichtmechanisches Gerät, das Sonnenlicht direkt in Elektrizität umwandelt. Einige PV-Zellen können künstliches Licht in Strom umwandeln.

Photonen transportieren Sonnenenergie

Sonnenlicht besteht aus Photonen oder Teilchen der Sonnenenergie. Diese Photonen enthalten unterschiedliche Energiemengen, die den unterschiedlichen Wellenlängen entsprechen

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Der Stromfluss

Die Bewegung von Elektronen, von denen jedes eine negative Ladung trägt, in Richtung der Vorderfläche der Zelle erzeugt ein Ungleichgewicht der elektrischen Ladung zwischen der Vorder- und der Rückseite der Zelle. Dieses Ungleichgewicht wiederum erzeugt ein Spannungspotential wie die Minus- und Pluspole einer Batterie. Elektrische Leiter auf der Zelle nehmen die Elektronen auf. Wenn die Leiter in einem Stromkreis mit einer externen Last, wie beispielsweise einer Batterie, verbunden sind, fließt Elektrizität im Stromkreis.

Der Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen variiert je nach Art der Photovoltaiktechnologie

Die Effizienz, mit der PV-Zellen Sonnenlicht in Elektrizität umwandeln, variiert je nach Art des Halbleitermaterials und der PV-Zellentechnologie. Der Wirkungsgrad kommerziell erhältlicher PV-Module lag Mitte der 1980er Jahre im Durchschnitt unter 10 %, stieg bis 2015 auf etwa 15 % und nähert sich jetzt 20 % für Module nach dem neuesten Stand der Technik. Experimentelle PV-Zellen und PV-Zellen für Nischenmärkte wie Weltraumsatelliten haben einen Wirkungsgrad von fast 50 % erreicht.

Wie Photovoltaikanlagen funktionieren

Die PV-Zelle ist der Grundbaustein einer PV-Anlage. Einzelne Zellen können in der Größe von etwa 0,5 Zoll bis etwa 4 Zoll im Durchmesser variieren. Eine Zelle produziert jedoch nur 1 oder 2 Watt, was nur für kleine Anwendungen, wie zum Beispiel für den Betrieb von Taschenrechnern oder Armbanduhren, ausreicht.

PV-Zellen sind in einem verpackten, wetterfesten PV-Modul oder -Paneel elektrisch verbunden. PV-Module unterscheiden sich in Größe und Strommenge, die sie produzieren können. Die Stromerzeugungskapazität eines PV-Moduls steigt mit der Anzahl der Zellen im Modul oder der Oberfläche des Moduls. PV-Module können in Gruppen zu einem PV-Array verbunden werden. Ein PV-Array kann aus zwei oder Hunderten von PV-Modulen bestehen. Die Anzahl der PV-Module, die in einem PV-Array angeschlossen sind, bestimmt die Gesamtmenge an Strom, die das Array erzeugen kann.

Photovoltaikzellen erzeugen Gleichstrom (DC). Dieser Gleichstrom kann zum Laden von Batterien verwendet werden, die wiederum Geräte mit Strom versorgen, die Gleichstrom verwenden. Nahezu der gesamte Strom wird in Stromübertragungs- und -verteilungssystemen als Wechselstrom (AC) bereitgestellt. Geräte aufgerufen

PV-Zellen und -Module produzieren die größte Strommenge, wenn sie direkt der Sonne zugewandt sind. PV-Module und -Arrays können Nachführsysteme verwenden, die die Module so bewegen, dass sie ständig der Sonne zugewandt sind, aber diese Systeme sind teuer. Die meisten PV-Systeme haben Module in einer festen Position, wobei die Module direkt nach Süden ausgerichtet sind (auf der Nordhalbkugel – direkt nach Norden auf der Südhalbkugel) und in einem Winkel, der die physische und wirtschaftliche Leistung des Systems optimiert.

Solar-Photovoltaikzellen sind in Paneelen (Modulen) gruppiert, und Paneele können in Anordnungen unterschiedlicher Größe gruppiert werden, um kleine bis große Mengen an Strom zu erzeugen, z. Stromerzeugung im Maßstab.

Quelle: National Renewable Energy Laboratory (urheberrechtlich geschützt)

Anwendungen von Photovoltaikanlagen

Die kleinsten Photovoltaikanlagen Leistungsrechner und Armbanduhren. Größere Systeme können Strom liefern, um Wasser zu pumpen, Kommunikationsgeräte mit Strom zu versorgen, ein einzelnes Haus oder Geschäft mit Strom zu versorgen oder große Netze zu bilden, die Tausende von Stromverbrauchern mit Strom versorgen.

Einige Vorteile von PV-Anlagen sind

• PV-Anlagen können Strom an Orten liefern, an denen keine Stromverteilungssysteme (Stromleitungen) vorhanden sind, und sie können auch Strom an einen liefern
â¢PV-Arrays lassen sich schnell installieren und können beliebig groß sein.
â¢Die Umweltauswirkungen von PV-Anlagen auf Gebäuden sind minimal.

Quelle: National Renewable Energy Laboratory (urheberrechtlich geschützt)

Quelle: National Renewable Energy Laboratory (urheberrechtlich geschützt)

Geschichte der Photovoltaik

Die erste praktische PV-Zelle wurde 1954 von Bell Telephone-Forschern entwickelt. Ab Ende der 1950er Jahre wurden PV-Zellen zur Stromversorgung von US-Weltraumsatelliten verwendet. In den späten 1970er Jahren lieferten PV-Module Strom in entfernten oder

Die U.S. Energy Information Administration (EIA) schätzt, dass die in PV-Kraftwerken im Versorgungsmaßstab erzeugte Elektrizität von 76 Millionen Kilowattstunden (kWh) im Jahr 2008 auf 69 Milliarden (kWh) im Jahr 2019 gestiegen ist. Kraftwerke im Versorgungsmaßstab haben mindestens 1.000 Kilowatt (bzw ein Megawatt) Stromerzeugungskapazität. EIA schätzt, dass 2019 33 Milliarden kWh von kleinen netzgekoppelten PV-Systemen erzeugt wurden, gegenüber 11 Milliarden kWh im Jahr 2014. Kleine PV-Systeme sind Systeme mit weniger als einem Megawatt Stromerzeugungskapazität. Die meisten befinden sich auf Gebäuden und werden manchmal genannt