Solar-Panels nutzen die Energie der Sonne, um saubere, nutzbare Elektrizität zu erzeugen. Diese Technologien wandeln Sonnenlicht entweder durch Photovoltaik (PV) oder durch Spiegel, die die Solarstrahlung konzentrieren, in elektrische Energie um. Diese Energie kann für die Stromerzeugung verwendet oder in Batterien bzw. thermischen Speichern gespeichert werden. In diesem Blog erfahren Sie, wie Solar-Panels funktionieren und welche Technologien dabei zum Einsatz kommen.

Die Grundlagen der Solarenergie

Solarstrahlung ist Licht, das vom Sonnen abgegeben wird. Jeder Ort auf der Erde erhält im Laufe des Jahres Sonnenlicht, doch die Menge an Solarstrahlung variiert. Solartechnologien fangen diese Strahlung ein und verwandeln sie in nützliche Energieformen.

Wie funktionieren Solar-Panels: Photovoltaik im Detail

Photovoltaik-Anlagen, besser bekannt als Solar-Panels, erzeugen Strom durch Geräte, die Sonnenenergie absorbieren und sie in elektrische Energie umwandeln. Diese Geräte, die als Solarzellen bezeichnet werden, sind miteinander verbunden, um größere Einheiten, sogenannte Module oder Panels, zu bilden.

Wenn Sonnenlicht auf ein Solar-Panel scheint, wird die Energie von den PV-Zellen absorbiert. Diese Energie erzeugt elektrische Ladungen, die sich in Reaktion auf ein internes elektrisches Feld in der Zelle bewegen und Strom fließen lassen. Dieses Phänomen wird als photovoltaischer Effekt bezeichnet.

Der photovoltaische Effekt

Ungefähr 95 % der Solarzellen bestehen aus Silizium, einem Nichtmetall-Halbleiter. Solarzellen bestehen aus zwei Siliziumschichten, die mit Phosphor und Bor behandelt werden, um positive und negative Seiten zu erzeugen.

Wenn Sonnenlicht, das aus kleinen Teilchen namens Photonen besteht, auf die Solarzellen trifft, passiert etwas Interessantes: An der Grenze zwischen den beiden Siliziumschichten entsteht ein elektrisches Feld. Dieses Feld hilft dabei, Elektronen – das sind winzige Teilchen, die in den Atomen der Solarzellen sind – von ihren Atomen zu lösen. Wenn diese Elektronen sich bewegen, entsteht elektrischer Strom.

Kurz gesagt: Sonnenlicht regt die Elektronen an, und die Bewegung dieser Elektronen erzeugt den Strom, den wir nutzen können.

Wie funktionieren Solar-Panels: Schritt-für-Schritt-Prozess

So funktioniert der Prozess, wie die Sonne elektrische Geräte in Ihrem Zuhause mit Strom versorgt:

1. Sonnenlicht trifft auf die Solar-Panels

Das Sonnenlicht, welches auf die Solar-Panels trifft, durchdringt die transparente Schicht, meist aus Glas, und gelangt zu den darunter liegenden Photovoltaikzellen. Diese Zellen bestehen aus Halbleitermaterialien, häufig Silizium, die speziell behandelt sind, um eine positive und negative Ladung zu erzeugen. Der Kontakt zwischen diesen Schichten erzeugt ein elektrisches Feld, das für den nächsten Schritt entscheidend ist.

2. Umwandlung in Gleichstrom (DC)
Die Photovoltaikzellen nutzen den photovoltaischen Effekt, welchen wir vorhin erklärt haben, um die Energie des Sonnenlichts zu absorbieren. Wenn Photonen (Lichtteilchen) auf die Zellen treffen, werden Elektronen aus ihren Atomen gelöst. Diese freigesetzten Elektronen bewegen sich aufgrund des elektrischen Feldes innerhalb der Zellen und erzeugen so einen elektrischen Strom, der in Form von Gleichstrom (DC) vorliegt. Gleichstrom fließt in eine Richtung, was in vielen technischen Anwendungen eine wichtige Rolle spielt.

3. Konvertierung in Wechselstrom (AC)
Die meisten Haushaltsgeräte werden jedoch nur mit Wechselstrom (AC) betrieben, weshalb ein Wechselrichter erforderlich ist, welcher den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. 

4. Nutzung des erzeugten Stroms
Der durch die Solar-Panels erzeugte Wechselstrom wird direkt für die Versorgung der Haushaltsgeräte verwendet. Das bedeutet, dass Geräte wie Kühlschränke, Fernseher und Beleuchtungssysteme sofort mit Solarstrom betrieben werden können, solange die Panels genügend Energie produzieren. 

Betrieb unter verschiedenen Bedingungen

Solar-Panels funktionieren das ganze Jahr über, auch im Winter, da sie in der Lage sind, sowohl direktes als auch diffuses Licht (Licht, das von Wolken oder anderen Objekten in der Atmosphäre gestreut wird) nutzen.

Auch wenn die Sonnenstrahlen an bewölkten Tagen weniger intensiv sind, können die Panels dennoch Strom erzeugen, da sie das diffuse Licht absorbieren. Dieses Licht reicht aus, um die Photovoltaikzellen zu aktivieren und einen gewissen Stromfluss zu erzeugen. Daher können Solar-Panels auch an Tagen mit weniger direkter Sonneneinstrahlung weiterhin Energie liefern, was ihre Effizienz und Vielseitigkeit unter Beweis stellen.

Um optimal mit den Herausforderungen der Wintermonate umzugehen, ist es ratsam, Speicherlösungen zu nutzen. Eine Installation von Batteriespeichern ermöglicht es, überschüssige Energie aus sonnigen Monaten zu speichern und diese im Winter zu verwenden. So bleibt der Nutzer unabhängig von Tageszeit und Wetterbedingungen. Zudem sind die meisten Haushalte an das Stromnetz angeschlossen, sodass bei geringerer Solarproduktion weiterhin Strom bezogen werden kann.