Photovoltaik Funktion: Was Sie über die photovoltaische Funktion Ihres Balkonkraftwerks

Mit dem Fortschreiten der Energiewende gewinnen Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) in Politik, Wirtschaft und Gesellschaft immer mehr an Bedeutung. Die Solartechnik ermöglicht es Ihnen, Ihre eigene Energie zu erzeugen. Sparen Sie Stromkosten. Leisten Sie mit grüner Energie einen konstruktiven Beitrag zur Energiewende und zum Umweltschutz. Doch wo ist der beste Standort für eine große Photovoltaikanlage in einer kleinen Wohnung? Und, vielleicht das Wichtigste, woher bekommt man das nötige Kleingeld? Hier sind auch zwei ähnliche Artikel :

https://www.ufesolar.de/monokristalline-solarzellen-dunnschichtmodule-haben-andere-qualitaten/

https://www.ufesolar.de/balkonkraftwerk-die-grundlagen-der-solarenergie-messung/

Die gute Nachricht ist, dass eine Photovoltaikanlage auch kompakt sein kann, wie zum Beispiel ein Balkonkraftwerk. Eine Photovoltaikanlage auf Ihrem Balkon?

 Das ist richtig, das ist machbar und funktioniert wunderbar! Wir von priwatt zeigen Ihnen, wie Sie die Energiewende auf ganz solarthermie einfache Weise und mit unserer Hilfe mitgestalten können!

Damit nicht der Eindruck entsteht, dass die scheinbar einfache Idee einen Haken hat, haben wir in diesem Blogbeitrag die wichtigsten Aspekte der Funktionsweise eines Balkonkraftwerks zusammengefasst:

Photovoltaik Funktion: Wie funktioniert eine Solarstromanlage?

Kann ich mit den winzigen Solarmodulen eines Balkonkraftwerks meinen Energiebedarf überhaupt annähernd decken?

Wann werden die Kosten für die Photovoltaikanlage refinanziert?

Kann ich an der Einspeisung von Energie in das öffentliche Netz verdienen?

Welche Funktion hat die Photovoltaik eines Balkonkraftwerks?

Balkonkraftwerke, auch kleine Photovoltaikanlagen genannt, bestehen aus einem oder zwei Modulen, die mit Hilfe der Sonneneinstrahlung Energie für den Eigenverbrauch erzeugen. 

So können sich auch Mieter mit einem Balkon oder einem kleinen Gartenanteil für eine kleine Photovoltaikanlage entscheiden, um die Energiewende mitzugestalten und die Stromkosten zu senken. Die geringe Modulzahl und die günstigen Kosten machen die Energiewende für jedes Haus möglich. Auf diese Weise trägt jeder dazu bei, die Unabhängigkeit vom Stromnetz und von fossilen Brennstoffen zu erhöhen.

Funktion der Photovoltaik: So funktioniert sie wirklich!

Für diejenigen, die sich einen Überblick verschaffen wollen, wird die photovoltaische Funktion im Folgenden physikalisch beschrieben:

Die Sonneneinstrahlung erzeugt Teilchen (Photonen), die von den Solarzellen der Photovoltaikanlage über die Frontkontakte (negative Elektrode) absorbiert werden.

Eine Antireflexbeschichtung sorgt dafür, dass die Sonne so wenig wie möglich reflektiert und die Sonnenenergie so effizient wie möglich in Strom umgewandelt wird.

Negativ und positiv geladene Teilchen verbinden sich zu Ladungsträgern, die sich frei bewegen können. Dies ist eine notwendige Bedingung für die Erzeugung von elektrischer Energie.

Diese Verbindung wird durch den pn-Übergang unterbrochen, der aus einer Passivierung und einem n’-Emitter besteht. Diese Halbleitereigenschaft erzeugt eine elektrische Spannung zwischen den Teilchen, die die negativ geladenen Teilchen (Elektronen) dazu veranlasst, in Richtung des positiven Pols zu fließen.

Dies führt dazu, dass der Strom über die p-Basis zum Rückseitenkontakt (positive Elektrode) und anschließend durch die Verbindung des Moduls mit dem Haus fließt.

Die p-Basis ist dafür verantwortlich, dass die Elektronen bei einem Stromfluss entweder vorwärts bewegt oder zurückgehalten werden.

Zur Erzeugung des Gleichstroms wird Solartechnik eingesetzt. Da dieser Solarstrom für den Hausgebrauch nicht nutzbar ist, wandelt ein Wechselrichter den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um.

Nach der Umwandlung wird die geeignete Solarenergie in das Haus oder das öffentliche Stromnetz eingespeist oder in einem vorhandenen Energiespeicher für die spätere Nutzung gespeichert.

Photovoltaik Funktion: Eine Einführung in die Funktion und die Komponenten

Silizium enthält frei bewegliche Ladungsträger und eine Konfiguration, die als pn-Übergang bekannt ist. Sobald Sonnenlicht auf das Material trifft, werden diese Ladungsträger am pn-Übergang in positiv und negativ geladene Teilchen geteilt. In diesem Moment tritt ein grundlegendes physikalisches Prinzip in energieerzeugung Kraft: Strom fließt von Plus nach Minus, um ein Ungleichgewicht oder eine Spannung auszugleichen. Die daraus resultierende Spannung führt dazu, dass die negativen Teilchen zum positiven Pol hin gezogen werden. Strom ist der Begriff für diesen geregelten Fluss, der in den Ausgang Ihres Stromnetzes geleitet wird. Das Funktionsprinzip einer Solarzelle lässt sich auf die gesamte Photovoltaikanlage übertragen, die je nach Aufbau oft aus mehreren Zellen besteht. So werden die Ströme der photovoltaik anlage verschiedenen Solarmodule auf ihrem Weg zu Ihrer Steckdose zusammengeführt.

Vereinfacht gesagt, funktioniert eine Solarzelle ähnlich wie eine Fotodiode. Je mehr Licht die photovoltaischen Solarzellen von der Sonne erhalten, desto mehr Photonen und elektrische Energie werden erzeugt. Diese Eigenschaft ist einzigartig für Materialien wie Silizium, das in Priwatt-Solarzellen verwendet wird.

Miniatur-Photovoltaikanlagen: ein Überblick über die Komponenten

Mini-Solarsysteme sind in Bezug auf die Komponenten, den Aufbau und die Funktion im Wesentlichen identisch mit normalen Solarsystemen:

Solarmodul Die Solarzelle ist die Hauptkomponente einer Photovoltaikanlage; sie produziert die Sonnenenergie.

Wechselrichter Diese Komponente ist für die Umwandlung der Sonnenenergie in Wechselstrom zuständig.

Montage des Moduls Damit werden die Solarmodule auf Balkonen, an Fassaden und an anderen geeigneten Stellen angebracht.

Adapter Es handelt sich um eine Steckvorrichtung, die die umgewandelte Energie mit dem Haushaltsstromnetz verbindet.

Solarkabel: Sie dienen zur Verbindung der verschiedenen Komponenten.

Überwachungslösung (optional) Sie kann zur Überwachung und Anzeige der im Haus erzeugten Energie über eine App verwendet werden.

Stromspeicher (optional) Hier kann die erzeugte Photovoltaik-Energie auf unbestimmte Zeit gespeichert werden.

Photovoltaik Funktion: Die Solarzelle ist das Hirn einer Balkon-Photovoltaikanlage.

Ein priwatt-Balkonkraftwerk besteht typischerweise aus einem oder zwei Modulen mit integrierten Solarzellen, die jeweils 996 x 1690 x 35 mm groß sind. Die p- und n-Halbleiter, bei priwatt-Solarmodulen monokristallines Silizium, sind das Herzstück der winzigen Photovoltaikanlage. In der Dünnschichttechnologie werden zusätzlich Halbleitermaterialien wie Galliumarsenid verwendet. Grundsätzlich erzeugt das in Solarzellen verwendete Silizium Energie, indem es einfallendes Sonnenlicht absorbiert und damit Photonen erzeugt. Die Lichtteilchen dienen als Bausteine für die Bildung von frei beweglichen Ladungsträgern und damit für die Erzeugung von Energie. Der photoelektrische Effekt ist die Entstehung von frei beweglichen Ladungsträgern durch die Einwirkung von Licht.

Die Grundlage für diese Art der Energiegewinnung entwickelte übrigens der Wissenschaftler Alexandre Edmond Becquerel. Bei Versuchen mit Elektrolysezellen entdeckte er, dass zwischen zwei Elektroden umso mehr Strom erzeugt wird, je mehr Licht auf sie fällt. Doch wann wurden die Solarzellen erfunden? Trotz der Erfindung von Alexandre Edmond Becquerel wurde die Photovoltaik aufgrund der kostensenkenden Halbleitertechnologie erst 1954 in der Praxis eingesetzt.

Photovoltaik Funktion: Der Wechselrichter ist ein Gerät, das Gleichstrom

Wenn Sie Ihre winzige Photovoltaikanlage direkt an die Steckdose anschließen, ohne einen Wechselrichter zu verwenden, wandern die freien Teilchen in den Stromkreis, wenn Sonnenenergie verfügbar ist. Bei der durch Sonnenenergie erzeugten Energie ist es hingegen so, dass der Solargenerator Gleichstrom erzeugt. Auf der anderen Seite fließt Wechselstrom durch das elektrische System. Da die beiden “Stromarten” nicht miteinander kompatibel sind, ist eine Umwandlung der von der Photovoltaikanlage erzeugten Energie erforderlich. Wenn Sie die Sonnenenergie zur Stromerzeugung nutzen möchten, benötigen Sie daher ein Gerät, das als Wechselrichter bezeichnet wird. Dieser dient vor allem dazu, solaren Gleichstrom in haushaltsüblichen Wechselstrom umzuwandeln.

Warum fließt ausgerechnet der Wechselstrom durch das Stromnetz? Sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom haben ihre Vor- und Nachteile. Mit einer hohen Spannung und minimalen Verlusten ist es möglich, Wechsel- oder Drehstrom von den Versorgungsunternehmen zu den Kunden zu transportieren. Auf der anderen Seite verlangen viele Kunden Gleichstrom. Da die verlustfreie Übertragung sowohl billig als auch ökologisch vorteilhaft ist, werden kritische Infrastrukturen mit Wechsel- und Drehstrom versorgt.

Funktion der Photovoltaik: Erhöhte Flexibilität durch Energiespeicherung

Ein Solarstromspeicher ist nichts anderes als ein riesiger Akkumulator, der mit den Solarmodulen verbunden ist. Die Batterie wurde auf der Grundlage der Entdeckungen des Wissenschaftlers Alessandro Volta erfunden. Sie speichert Energie zwischen zwei Elektroden und erzeugt bei ihrer Nutzung eine Spannung, die zu einem Stromfluss führt. Heute werden neue Batterien und Akkumulatoren entwickelt, um sowohl eine große Kapazität als auch eine hohe Spannung zu erreichen. Die Kapazität wird in Milliampere oder Amperestunden (mAh oder Ah) angegeben; die elektrische Spannung wird in Volt angegeben. Die leistungsstärksten Batterien und Akkus mit einer besonders hohen Energiekapazität sind derzeit auf Lithium-Ionen-Basis.

Die Bezeichnung “Volt” wurde übrigens zu Ehren des Entdeckers Alessandro Volta gewählt

Was die Leistung einer kleinen Solaranlage betrifft

Die Photovoltaikanlagen von Priwatt werden in der Regel mit einer Leistung zwischen 290 und 660 Wp angeboten. Bedenken Sie jedoch, dass der Wirkungsgrad von Solarzellen ein eher trügerisches Kriterium ist. Denn die Einheit Wattpeak ist nicht gleichbedeutend mit der häufiger verwendeten Einheit Watt. Um sich drei Stunden Physikunterricht zu ersparen, reicht die folgende Erklärung aus: Das “p” hinter der Einheit Watt steht für “peak”. Es gibt also Aufschluss darüber, wie viel Leistung ein bestimmtes Solarmodul unter optimalen Bedingungen erzeugen kann. Die Hersteller schätzen die Leistung in Wp unter optimalen Standardtestbedingungen (STC). Diese STC-Kriterien lauten wie folgt:

  • eine Solarzellen-Umgebungstemperatur von 25 °C;
  • eine Sonneneinstrahlung von 1000 Watt/m2; ein AM*-Spektrum von 1,5.

Das Problem bei diesen Bedingungen und den daraus resultierenden Leistungsstatistiken ist, dass die Photovoltaikanlage beim Einsatz von Solarmodulen häufig wechselnden Bedingungen und Leistungsvariablen ausgesetzt ist. Was bedeutet das für Sie persönlich? Sie kaufen ein 330-Wp-Modul und denken sich: “Unglaublich, dass ich das letzte Modul mit dieser Leistung kaufen konnte. Sonst hätte ich nur das Modell mit 290 Wp gekauft.” Das Paradoxe daran ist, dass das Modul mit 330 Wp unter Umständen weniger Ertrag bringt als das Modul mit 290 Wp. Die Gründe dafür hängen mit einer Reihe von Leistungsvariablen zusammen, darunter die Ausrichtung des Moduls, die Beschattung und eine ausreichende Belüftung, um das Modul kühl zu halten. Darüber hinaus gibt es aufgrund des Nord-Süd-Gefälles innerhalb Deutschlands regionale Unterschiede in der zu erwartenden Leistung. Dabei spielen mehrere Faktoren eine Rolle, darunter der Einstrahlungswinkel und die Umgebung.

Solarmodule sind in der Regel optimal nach Süden ausgerichtet, mit einem Neigungswinkel zwischen 15 und 50°. Solarthermie-Module, die etwas anders funktionieren und Wasser mit Sonnenenergie erwärmen, werden in einem Neigungswinkel von 45° installiert. Im Wesentlichen ist die Ausrichtung des Kompasses ein entscheidendes Kriterium für die Optimierung des Eigenverbrauchs und kann für jede Familie unabhängig bewertet werden.

Sie sind sich unsicher, welche Art von Systemleistung oder welche Himmelsrichtung Sie wählen sollen? Keine Sorge, wir von priwatt helfen Ihnen gerne bei diesen und anderen Fragen rund um kleine Photovoltaikanlagen. Bitte kontaktieren Sie uns per E-Mail unter [email protected]

Nutzen Sie eine Balkon-Solaranlage, um die Umwelt und Ihren Geldbeutel zu schonen.

Ein kleines Solarkraftwerk kann fast überall aufgestellt und an das Stromnetz angeschlossen werden: auf dem Balkon, an der Fassade, auf dem Dach, im Garten oder auf dem Carport. Überall dort, wo eine sichere Montage gewährleistet ist und eine Steckdose zur Verfügung steht, kann eine kleine PV-Anlage installiert werden. Jeder, der die finanziellen Mittel hat, Solarmodule und die dazugehörige Ausrüstung zu kaufen, kann sich der grünen Energiewende anschließen. Der Gesundheit der Umwelt zuliebe. Zum Vorteil Ihrer aktuellen Energierechnung. Und zum Nutzen des öffentlichen Stromnetzes.

Amortisation: Wann macht sich eine Balkon-Solaranlage bezahlt?

Ein einzelnes Photovoltaik-Balkonmodul produziert je nach Ausrichtung und Winkel des Moduls zwischen 200 und 300 kWh pro Jahr. Das führt bei einem Strompreis von 30 ct/kWh zu jährlichen Kosteneinsparungen von bis zu 100 €. Das bedeutet, dass sich eine Balkon-Photovoltaikanlage innerhalb von vier bis fünf Jahren amortisiert. Sie produziert also Jahr für Jahr kostenlose Energie.

Bei einem Priwatt-Balkonkraftwerk mit zwei Solarzellen steigt der Jahresertrag auf etwa 600 kWh. Aufgrund der höheren Investitionskosten bleibt die Amortisationszeit mit rund vier Jahren nahezu unverändert. Durch die steigende Produktion wird nicht jede produzierte Kilowattstunde sofort verbraucht. Stattdessen gibt es eine teilweise Einspeisung in das öffentliche Stromnetz, die mit wenigen Euro im Jahr vergütet wird und daher vernachlässigt werden kann.

Einspeisevergütung: eine Geldverschwendung!

Nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz hat eine kleine Photovoltaikanlage Anspruch auf eine Einspeisevergütung. Bei dem derzeitigen Vergütungssatz von 8,5 Cent pro Kilowattstunde ist eine Einspeisevergütung wegen der zusätzlichen technischen Anforderungen des EEG und der damit verbundenen Bürokratie teurer als erfolgreich.

Photovoltaik Funktion: Balkon-Energieanlagen sind für den Eigenverbrauch gedacht 

Kilowattstunden ins Netz eingespeist werden. Dies ist vor allem für Standby-Verbraucher wie Kühlschränke und ähnliche Geräte von Vorteil. Sind Sie begeistert von der Aussicht, grünen Strom für Ihr Haus zu produzieren? Dann nichts wie los! Gemeinsam wird es uns gelingen, mit der verblüffenden Einfachheit des Balkonkraftwerks umweltfreundliche Energie für eine optimistische Zukunft zu erzeugen.

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