Solar Lexikon

Abschattung in der Photovoltaik bezieht sich auf die teilweise oder vollständige Blockierung von Licht, das auf die Solarzellen trifft. Diese Blockierung kann durch verschiedene Hindernisse wie Gebäude, Bäume oder andere Strukturen verursacht werden.

Abschattung reduziert die Menge an Sonnenlicht, die die Solarzellen erreicht, und verringert somit die Energieerzeugung der gesamten Anlage. Selbst eine teilweise Abschattung kann die Leistung der gesamten Photovoltaikanlage erheblich beeinträchtigen.

Um die Auswirkungen der Abschattung zu minimieren, ist eine sorgfältige Planung und Ausrichtung der Solarpanels notwendig. Techniken wie die Verwendung von Bypass-Dioden können ebenfalls helfen, die negativen Effekte zu reduzieren.

Eine abZ bestätigt, dass ein Bauprodukt, wie ein PV-Modul, sicher und zuverlässig verwendet werden kann.Ohne diese Zulassung dürfen Solarmodule i.d.R. nicht für Überkopf-Installationen verbaut werden.

Optimal:
Nach Süden für maximale Sonneneinstrahlung. Ohne grosse Leistungseinbußen sind bis zu 30° Abweichung nach Osten oder Westen akzeptabel.
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Optimaler Neigungswinkel:
Etwa 30° für gute Leistung im Sommer und WinterDachausrichtung: Südausrichtung ist ideal, aber auch Westen, Osten und sogar Norden können rentabel sein.

Wechselstrom, auch als AC-Strom (englisch: Alternating Current) bezeichnet, ist eine Form des elektrischen Stroms, bei der die Richtung des Stromflusses periodisch wechselt. Im Gegensatz dazu fließt Gleichstrom (DC-Strom) immer in eine Richtung

Ein bifaziales Solarmodul ist ein spezielles Photovoltaikmodul, das sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln kann. . Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarmodulen, die nur die direkte Sonneneinstrahlung auf der Vorderseite nutzen, können bifaziale Module auch das Licht verwerten, das auf die Rückseite fällt. Dies erhöht den Wirkungsgrad und den Stromertrag des Moduls

Die Bundesnetzagentur spielt eine zentrale Rolle im Bereich der Photovoltaik in Deutschland.

Registrierung:
‍Jede Photovoltaikanlage, die ans Netz angeschlossen ist, muss im Marktstammdatenregister der Bundesnetzagentur registriert werden. Das gilt auch für Erweiterungen bestehender Anlagen.

Förderung und Vergütung:
Die Bundesnetzagentur verwaltet die Einspeisevergütung für Solarstrom nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Sie berechnet die monatliche Reduzierung der Vergütung und veröffentlicht dazu Statistiken.

Anmeldung und Anschluss:
‍Neben der Registrierung im Marktstammdatenregister muss die Photovoltaikanlage auch beim örtlichen Netzbetreiber angemeldet werden.

Überwachung und Kontrolle:
Die Bundesnetzagentur überwacht den Ausbau der Photovoltaik und stellt sicher, dass alle gesetzlichen Vorgaben eingehalten werden.

Eine Bypass-Diode ist ein kleines elektronisches Bauteil in Solarmodulen. Sie hilft, den Strom weiterfließen zu lassen, wenn ein Teil der Solarzelle blockiert ist, zum Beispiel durch Schatten oder Schmutz. Dadurch wird verhindert, dass die blockierten Teile zu heiß werden und kaputtgehen.

Wichtige Punkte:
- Schutz vor Überhitzung: Verhindert, daß blockierte Solarzellen zu heiß werden.
- Verbesserung der Effizienz: Leitet den Strom um blockierte Solarzellen herum,   damit das Solarmodul besser funktioniert.
- Vermeidung von Hot Spots: Verhindert heiße Stellen, die durch blockierte Zellen entstehen können.

Gleichstrom (DC), aus dem Englischen “Direct Current”, bezeichnet einen elektrischen Strom, der stetig und gleichbleibend in eine Richtung fließt. Im Gegensatz zum Wechselstrom (AC), der seine Fließrichtung und Stärke periodisch ändert, behält Gleichstrom seine Richtung und Intensität konstant bei.Gleichstrom wird häufig in Batterien, elektronischen Geräten und bei der Energieübertragung über lange Strecken verwendet. Beispiele für Gleichstromquellen sind Solarzellen, Batterien und Gleichstromgeneratoren

Degradation in der Photovoltaik bezeichnet den allmählichen Leistungsverlust von Solarmodulen im Laufe der Zeit.  Dieser Prozess ist natürlich und wird durch verschiedene Faktoren wie Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und UV-Strahlung beeinflusst.Typischerweise verlieren Photovoltaik-Module etwa 0,5 % ihrer Leistung pro Jahr. Nach 20 bis 25 Jahren haben sie oft noch etwa 80-90 % ihrer ursprünglichen Leistung.

In der Photovoltaik gibt es zwei Arten von Sonnenlicht:

Direkte Strahlung:
Kommt direkt von der Sonne. Ist sehr stark und nicht gestreut. Liefert viel Energie für Solaranlagen.

Diffuse Strahlung:
Wird durch Wolken und Partikel in der Luft gestreut. Kommt aus verschiedenen Richtungen und ist schwächer. Kann auch von Solaranlagen genutzt werden, aber weniger effizient.Globalstrahlung ist die Summe aus direkter und diffuser Strahlung. In Gegenden mit vielen Wolken gibt es mehr diffuse Strahlung, was die Effizienz der Solaranlagen beeinflussen kann.

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wurde im Jahr 2000 eingeführt, um den Ausbau von erneuerbaren Energien in Deutschland zu fördern. Es ersetzt das alte Stromeinspeisungsgesetz. Das Hauptziel des EEG ist es, dass Strom aus erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne Vorrang vor Strom aus fossilen Brennstoffen hat, wenn er ins Stromnetz eingespeist wird.

Früher war das EEG ein großer Anreiz für Privatpersonen, Solaranlagen zu installieren, weil sie für den eingespeisten Solarstrom viel Geld bekamen. Heute sind Solaranlagen viel günstiger geworden und die Vergütung durch das EEG ist gesunken. Daher versuchen die Betreiber jetzt, möglichst viel von ihrem selbst erzeugten Strom selbst zu verbrauchen, anstatt ihn ins Netz einzuspeisen.
Aktuell beträgt die Einspeisevergütung 8,11 Cent pro Kilowattstunde (Stand: Juli 2024).

Leistung ist die Menge an elektrischer Energie, die in einer bestimmten Zeit verbraucht oder erzeugt wird. Sie wird oft in Watt (W) oder Kilowatt (kW) gemessen, wobei 1 kW = 1.000 W ist.Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) werden normalerweise nach ihrer Nennleistung bewertet, die in Kilowatt-Peak (kWp) angegeben wird. Das “p” steht für “peak” und bedeutet, dass dies die maximale Leistung der Anlage unter idealen Bedingungen ist.

Globalstrahlung ist die gesamte Sonnenstrahlung, die die Erdoberfläche erreicht. Sie besteht aus direkter Sonnenstrahlung und diffusem Licht, das durch Wolken oder andere Hindernisse gestreut wird. Reflektiertes Licht, das die Erde nicht erreicht, zählt nicht dazu.

Die Globalstrahlung wird in Watt pro Quadratmeter (W/m²) gemessen. In Deutschland beträgt der Durchschnittswert etwa 137 W/m². Für die Berechnung der Solarenergieproduktion wird die Strahlung in Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m²) angegeben, was in Deutschland etwa 1000 kWh/m² pro Jahr entspricht.

Die Globalstrahlung ist am Äquator am stärksten, weil die Sonne dort fast senkrecht steht, und am schwächsten in den Polregionen, wo die Sonne flacher einstrahlt.

Diese Strahlung ist wichtig für das Klima, die Photosynthese von Pflanzen und die Verdunstung von Wasser. Mehr Globalstrahlung führt zu höheren Temperaturen, weniger zu niedrigeren Temperaturen.

Ein Hot Spot in der Photovoltaik bezeichnet eine lokale Überhitzung innerhalb eines Solarmoduls. Dies passiert, wenn eine oder mehrere Solarzellen in einem Modul keinen Strom mehr produzieren, aber weiterhin von den anderen Zellen durchflossen werden. Diese Überhitzung kann durch verschiedene Faktoren wie Verschattung, Verschmutzung oder Defekte entstehen.

Ein Hot Spot kann zu erheblichen Schäden führen, einschließlich Leistungsverlusten, Zellschäden oder im schlimmsten Fall zur Zerstörung des Moduls. Moderne Solarmodule sind oft mit Bypass-Dioden ausgestattet, die den Strom um die betroffenen Zellen herumleiten, um die Entstehung von Hot Spots zu verhindern.

Ein Hybrid-Wechselrichter ist ein Gerät, das sowohl die Funktionen eines Solar-Wechselrichters als auch eines Batterie-Wechselrichters vereint. Das bedeutet, er kann den von Solarmodulen erzeugten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandeln, der im Haushalt genutzt oder ins Stromnetz eingespeist werden kann. Zusätzlich kann er überschüssigen Solarstrom in einer angeschlossenen Batterie speichern und bei Bedarf wieder in Wechselstrom umwandeln.

Eine Inselanlage ist eine Photovoltaikanlage, die nicht mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden ist. Der erzeugte Strom wird nur vor Ort genutzt, wodurch der Betreiber komplett unabhängig ist. Wegen der hohen Kosten lohnt sich eine solche Anlage aber nur selten und nur dann, wenn ein Anschluss an das öffentliche Netz nicht möglich ist.

Kilowatt ist eine Maßeinheit für Leistung und wird mit kW abgekürzt. 1 kW entspricht 1.000 Watt.

kWp steht für Kilowattpeak und gibt an, wie viel Leistung eine Photovoltaikanlage unter idealen Bedingungen maximal erzeugen kann. 1 kWp entspricht 1.000 Wattpeak. Die tatsächliche Leistung der Anlage wird in kW (Kilowatt) gemessen. Das bedeutet, dass die Anlage nicht immer die maximale Leistung (kWp) erreicht, sondern oft weniger, je nach Wetter und anderen Bedingungen

Ein Modulstring ist eine Gruppe von Solarmodulen, die in Reihe geschaltet sind. Das bedeutet, dass die Module hintereinander verbunden sind, wodurch ein großer Stromkreis entsteht. Die Anzahl der Module in einem String hängt von den technischen Daten des Wechselrichters ab.

Reihenschaltung Vorteile:
Effizienter Stromfluss:
Der Strom fließt gleichmäßig durch alle Module, was Verluste minimiert.Spannung addiert sich: Mit jedem Modul steigt die Gesamtspannung.

Nachteile:
Verschattung: Wenn ein Modul im Schatten liegt, sinkt die Leistung des gesamten Strings. Bypass-Dioden können dieses Problem teilweise lösen, indem sie den Strom um das verschattete Modul herumleiten.

Parallelschaltung Vorteile:
Unabhängigkeit bei Verschattung:
Verschattung eines Moduls beeinträchtigt die anderen Module nicht.Konstante Spannung: Die Spannung bleibt im gesamten Stromkreis gleich, was sicherer für die Technik ist.

Nachteile:
- Höherer Installationsaufwand:
- Die Installation ist komplexer und teurer.
- Fehleranfälligkeit: Mehr Kabel bedeuten mehr mögliche Fehlerquellen.

Netzbetreiber sind meist die Energieversorgungsunternehmen (EVU), wobei es in seltenen Fällen auch Ausnahmen geben kann. Sie sind wichtige Vertragspartner für PV-Anlagen Betreiber.
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Aufgaben der Netzbetreiber sind dabei:
- Abnahme des von der PV-Anlage erzeugten Stroms,
- Zahlung der gültigen Einspeisevergütung an den PV-Anlagen Betreiber

Aber auch der Anlagenbetreiber muss eine Aufgabe erfüllen: Und zwar muss er den erzeugten Strom in Rechnung stellen. Da dieser Aufwand recht hoch ist, schließen Anlagen- und Netzbetreiber oft einen schriftlichen Vertrag, in dem beschlossen wird, wie es um die Zahlungsmodalitäten der Einspeisevergütung steht und dass der Netzbetreiber die Rechnungsstellung übernimmt.

Eine Notabschaltung ist ein Sicherheitsmechanismus, der eine Solaranlage im Gefahrenfall abschaltet. Sie wird auch als Brandfallabschaltung, Feuerwehrschalter oder Abschalteinrichtung bezeichnet.

‍Arten der Abschaltung:
- Manuell: Feuerwehrleute oder Elektriker schalten die Anlage ab, um sicher arbeiten zu können.
- Automatisch: Technische Systeme wie Temperatursensoren oder Rauchmelder lösen die Abschaltung aus.

‍Wichtigkeit:
- Sicherheit: Hohe Gleichspannungen in der Anlage können lebensgefährlich sein.
- Schutz: Verhindert gefährliche Lichtbögen und schaltet die Module ab, die die Spannungsquelle darstellen.

Der Photoeffekt beschreibt das Herauslösen von Elektronen aus einem Material, wenn es mit Licht bestrahlt wird. Dabei absorbiert ein Elektron ein Photon (Lichtteilchen) und nimmt dessen gesamte Energie auf. Ist die Energie des Photons ausreichend groß, wird das Elektron aus dem Material gelöst (äußerer Photoeffekt). Reicht die Energie nicht aus, verbleibt das Elektron im Material, wird jedoch in einen höheren Energiezustand angehoben, wodurch ein Elektron-Loch-Paar entsteht. Dies ermöglicht den Photostrom und wird als innerer Photoeffekt bezeichnet.

Dieser Prozess ist von zentraler Bedeutung für die Photovoltaik, da er die Grundlage für die effiziente Energiegewinnung in Solaranlagen bildet. Entscheidend hierfür sind Halbleitermaterialien, deren Leitfähigkeit durch gezielte Dotierung besonders effektiv erhöht werden kann.

Die Dotierung beschreibt den Prozess, bei dem das Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium, gezielt mit Fremdatomen verunreinigt wird, um dessen elektronische Eigenschaften und somit die Leitfähigkeit zu verändern und zu verbessern. Durch die Dotierung entstehen Elektron-Loch-Paare, die den Photoeffekt und damit die Umwandlung von Licht in elektrische Energie überhaupt erst ermöglichen.

Schneit es im Winter, so kann die Schneelast unterschiedlich stark auf die Flächenlast eines Daches einwirken. Vor der Installation einer Solaranlage ist daher sicherzustellen, dass die Tragkraft des Daches auch dann gewährleistet ist, wenn die Schneefälle besonders stark ausfallen. Dabei wird von pauschalen Schneelasten ausgegangen, wozu Deutschland in spezielle Schneelastzonen aufgeteilt wurde. Die Berechnungen beziehen sich dabei nicht nur auf die geografische Lage, sondern auch die Höhe über dem Meeresspiegel und die in der Schneelastzone üblichen Witterungsbedingungen.

Wesentliche Faktoren bei der Bestimmung der Schneelast sind:
- Schneelastzonen: Deutschland ist in mehrere Schneelastzonen eingeteilt, die in einer Schneelastzonenkarte dargestellt sind. Jede Zone hat spezifische Lastwerte, die für die statische Berechnung herangezogen werden müssen.
- Geländehöhe: Die Höhe über dem Meeresspiegel beeinflusst die Schneelast erheblich. In höheren Lagen sind die zu erwartenden Schneelasten in der Regel höher.
- Dachneigung und -form: Die Geometrie des Daches spielt eine wichtige Rolle, da flache Dächer mehr Schnee ansammeln können als steile Dächer. Auch die Form des Daches (z.B. Satteldach, Flachdach) beeinflusst die Schneelast.
- Abschattung und Windverhältnisse: Lokale Gegebenheiten wie benachbarte Gebäude oder natürliche Erhebungen können die Schneeverteilung beeinflussen. Wind kann Schnee verwehen und ungleichmäßig verteilen, was zu höheren lokalen Lasten führen kann.

Die Schneelast wird in Kilonewton pro Quadratmeter (kN/m²) angegeben.In Deutschland unterteilt man bei der Schneelast in die Zonen: 1, 1a, 2, 2a sowie 3. Je höher die Zone, desto höher die Schneelast.

Hauptbestandteil: Silizium ist das wichtigste Material für Solarzellen. Es hilft, Sonnenlicht in Strom umzuwandeln, weil es ein Halbleiter ist, der seine Leitfähigkeit bei Lichteinfall ändert.

‍Arten von Silizium: Es gibt zwei Hauptarten von Silizium in der Solarindustrie: kristallines und amorphes Silizium. Kristallines Silizium wird weiter in monokristallines und polykristallines Silizium unterteilt.

‍Effizienz und Langlebigkeit: Silizium-Solarzellen sind sehr effizient und halten lange, oft mehr als 25 Jahre. Sie sind robust und kostengünstig, was sie sehr beliebt macht.

‍Herstellung: Bei der Herstellung von Silizium-Solarzellen werden andere Elemente wie Phosphor oder Bor hinzugefügt, um positive und negative Ladungsträger zu erzeugen.

‍Umweltfreundlichkeit: Silizium ist ein häufig vorkommendes Element und seine Gewinnung ist umweltfreundlicher als die mancher anderer Materialien.

Ein Stromspeicher, auch Solarspeicher, Batteriespeicher oder Photovoltaik-Speicher genannt, macht es möglich, den erzeugten und nicht direkt verbrauchten Solarstrom zu speichern. Auf diese Weise kann der Solarstrom auch dann verbraucht werden, wenn die Solaranlage zurzeit keinen produziert. Vor allem für tagsüber arbeitende Anlagenbetreiber ist die Anschaffung eines PV-Speichers daher besonders interessant. Denn so lässt sich der erzeugte Solarstrom auch am Abend oder in der Nacht nutzen.

Dadurch muss weniger Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen werden, der Eigenverbrauch steigt. Während dieser nur mit einer Solaranlage bei durchschnittlich 35 Prozent liegt, lässt sich mit einem Stromspeicher ein Eigenverbrauch von bis zu 80 Prozent und mehr erzielen. Dadurch wirst du besonders unabhängig von deinem Stromanbieter und steigenden Strompreisen in der Zukunft. Solarspeicher werden daher immer beliebter, weshalb die Stromspeicher-Kosten in den vergangenen Jahren drastisch gesunken sind.

Manche Stromspeicher bieten sogar noch weitere Vorteile. So sind einige Geräte dazu in der Lage, bei einem Ausfall des öffentlichen Stromnetzes Notstrom zur Verfügung zu stellen. Dadurch kannst du den im Stromspeicher gespeicherten Strom verbrauchen, bis dieser vollständig entladen ist. Solar nachladbare Stromspeicher können sogar ein autarkes Hausstromnetz aufbauen, in dem die Erzeugung und der Verbrauch von Solarstrom trotz des Ausfalls des öffentlichen Netzes weiterhin möglich ist.

Ein Wechselrichter ist neben den Solarmodulen der wichtigste Bestandteil einer Solaranlage. Denn die Solarmodule erzeugen Gleichstrom, der jedoch in seiner ursprünglichen Form weder im Haushalt verbraucht, noch in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann. Der Wechselrichter wandelt diesen Gleichstrom nun in handelsüblichen Wechselstrom um und kümmert sich zeitgleich um die Stromeinspeisung ins öffentliche Netz, die Überwachung wichtiger Parameter sowie die Trennung der Anlage vom Netz, falls es hier zu Störungen kommt.

Allerdings ist hier nochmal zu unterscheiden zwischen einem klassischen Solar-Wechselrichter und einem Batterie-Wechselrichter. So wandelt ein PV-Wechselrichter den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um, damit dieser im Haushalt verbraucht oder in das öffentliche Netz eingespeist werden kann. Die meisten Stromspeicher speichern nun jedoch nicht Wechselstrom, sondern Gleichstrom. Hier kann ein Batterie-Wechselrichter helfen, der den Wechselstrom erneut in Gleichstrom umwandelt.

Der Wirkungsgrad zeigt, wie viel von der Sonnenstrahlung, die auf ein Solarmodul trifft, in Strom umgewandelt wird. Er wird in Prozent angegeben. Je höher der Wirkungsgrad, desto effizienter ist das Modul.

Wirkungsgrade verschiedener Module
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‍Monokristalline Module: 18 bis 22 %
‍Polykristalline Module: 15 bis 18 %
Amorphe Dünnschicht-Module: 5 bis 7 %