Funktionsweise einer Photovoltaik-Anlage
Die Funktion einer Photovoltaik-Anlage basiert darauf, dass Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt wird. Sobald das Sonnenlicht auf die Solarzellen der Anlage treffen, die sich in der Regel auf dem Dach befinden, wird es absorbiert. Die Solarzellen erzeugen sodann Elektronen und Löcher (elektrisch geladene Teilchen), die durch ein elektrisches Feld voneinander getrennt werden. Dadurch wird innerhalb der Solarzellen ein Gleichstrom erzeugt, der durch einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt wird. Dieser Wechselstrom ist für den Haushaltsgebrauch geeignet. Er kann entweder direkt genutzt, gespeichert oder ins Stromnetz eingespeist werden.
Wodurch wird die Leistung einer Photovoltaik-Anlage beeinflusst?
Um die maximale Leistung einer Solaranlage zu erreichen, gilt es einige Faktoren zu beachten. Ausrichtung und Neigung der Solarzellen in Richtung der Sonne sind wichtige Aspekte, da durch die passende Ausrichtung die maximale Sonneneinstrahlung erfasst werden kann. Je länger die Sonne auf die Solarzellen trifft, umso mehr Energie kann von ihnen aufgenommen werden. Dementsprechend ist auch die Wahl des Standorts der Solaranlage ebenfalls entscheidend für die Stromausbeute.
Weitere Faktoren, welche die Leistung einer Photovoltaik-Anlage beeinflussen, sind die Tageszeit, die Jahreszeit, die geografische Lage, die Wetterbedingungen sowie die Qualität der Solarzellen selbst. Auch der Wind ist von Bedeutung, wenn es um den Betrieb einer Photovoltaik-Anlage geht, denn er sorgt für die Kühlung der Solarmodule.
Um die Leistung der Photovoltaik-Anlage dauerhaft auf einem hohen Niveau zu erhalten, ist es unerlässlich, die Anlage sorgfältig zu planen und sie regelmäßigen Wartungen zu unterziehen.
Diese Rolle spielt die Sonneneinstrahlung beim Betrieb einer Photovoltaik-Anlage
Die Sonneneinstrahlung dient als Quelle für die Erzeugung der Energie, die in der Photovoltaik-Anlage entsteht. Durch das Sonnenlicht wird der Photovoltaik-Prozess in Gang gesetzt und elektrischer Strom wird erzeugt. Die Menge des erzeugten Stroms steht in direkter Abhängigkeit zur Menge und Form des auf den Solarzellen eintreffenden Sonnenlichts.
Unterschiedliche Formen der Sonneneinstrahlung
Auch die Form der Sonneneinstrahlung hat eine Auswirkung auf die Leistung einer Photovoltaik-Anlage. Hierbei wird zwischen direkter und indirekter Sonneneinstrahlung unterschieden. Von direkter Sonneneinstrahlung ist die Rede, wenn die Sonne ungehindert auf die Solaranlage auftreffen kann und keine Verschattung vorliegt. Durch direkte Sonneneinstrahlung kann die größtmögliche Menge an Energie erzeugt werden. Eine indirekte Sonneneinstrahlung liegt hingegen vor, wenn die Sonneneinstrahlung durch Wolken verdeckt wird. Auch, wenn das Sonnenlicht reflektiert wird, spricht man von einer indirekten Sonneneinstrahlung. Da die Sonne in diesem Fall nicht direkt auf die Solarzellen trifft, wird bei einer indirekten Sonneneinstrahlung weniger Energie erzeugt als bei einer direkten Sonneneinstrahlung.
Des Weiteren gilt es, den Einstrahlwinkel des Sonnenlichts zu berücksichtigen. Dieser variiert je nach Tages- und Jahreszeit und hat ebenfalls unterschiedliche Erträge zur Folge. Je besser der Einstrahlwinkel des Sonnenlichts ist, umso mehr Energie kommt bei der Anlage an.
Sonnenlicht in Deutschland
Die Sonneneinstrahlung in Deutschland steht in starker Abhängigkeit zur geografischen Lage und zu den vorherrschenden Wetterbedingungen. Mit einer jährlichen Sonneneinstrahlung von 1000 Kilowattstunden pro Quadratmeter ist Deutschland weniger sonnenreich als andere Länder in Europa. Insgesamt verzeichnet Deutschland pro Jahr 1300 bis 1900 Sonnenstunden, die je nach Jahreszeit und geografischer Lage variieren. In Süddeutschland werden hierbei die meisten Sonnenstunden erreicht, während Mittel- und Norddeutschland auf etwas weniger Sonnenstunden kommen. Die südlichen Bundesländer Baden-Württemberg, Bayern und Saarland können sich über das meiste Sonnenlicht freuen, während Niedersachsen in der Vergangenheit die wenigsten Sonnenstunden hatte.
Zusätzlich gilt es zu beachten, dass die Sonneneinstrahlung auch in starker Abhängigkeit zur Jahres- und Tageszeit steht. In Deutschland werden in den Monaten Mai bis August die Jahreshöchstwerte der Sonneneinstrahlung erreicht. In den Monaten September bis April ist die Sonneneinstrahlung zwar geringer als in den restlichen Monaten, aber dennoch ausreichend, um den dauerhaften Betrieb einer Photovoltaik-Anlage zu garantieren.
Maßnahmen für größere Stromausbeute
Um die Stromausbeute an einer Photovoltaik-Anlage zu erhöhen, besteht die Möglichkeit, die Anlage mit zusätzlichen Solarmodulen aufzuwerten. Außerdem ist es unerlässlich, die Neigung der Solarmodule der Sonneneinstrahlung anzupassen, um stets ein Maximum an Sonnenlicht auffangen zu können. Hierfür eignen sich sogenannte nachführende Systeme. Diese passen die Neigung der Solarmodule automatisch dem Tageslauf der Sonne an.
Fazit
Sonneneinstrahlung ist ein wichtiger Faktor für den Betrieb einer Photovoltaik-Anlage. Je effizienter die Sonneneinstrahlung ist, desto mehr Leistung kann die Anlage liefern, da die Erzeugung der Elektronen-Loch-Paare erhöht wird, wenn mehr Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft. Grundsätzlich bietet Deutschland gute Voraussetzungen, um eine Photovoltaik-Anlage zu betreiben. Dank des gemäßigten Klimas und der ausreichenden Dauer der Sonneneinstrahlung lässt sich eine Solaranlage durchaus gewinnbringend nutzen. Auch wenn es in Süddeutschland durch die Vielzahl an Sonnenstunden leichter ist, eine hohe Stromausbeute zu erzielen, wird auch eine gut ausgerichtete Photovoltaik-Anlage in Norddeutschland ausreichend Strom liefern.