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Photovoltaik-Anlagen (Stromerzeugung)

Fotovoltaik-AnlagenDas Wort Photovoltaik ist eine Zusammensetzung aus dem griechischen Wort Photo für Licht und dem Namen des Physikers Alessandro Volta. Volta bezeichnete die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mittels Solarzellen. Solarzellen bestehen aus verschiedenen Halbleitermaterialien. Halbleiter sind Stoffe, die unter Zufuhr von Licht oder Wärme elektrisch leitfähig werden, während sie bei tieferen Temperatur isolierend wirken.
 
PhotovoltaikÜber 95% aller auf der Welt produzierten Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silizium (Si). Silizium bildet den Vorteil, dass es als zweithäufigstes Element der Erdrinde in ausreichenden Mengen vorhanden ist und die Verarbeitung des Materiales umweltverträglich ist.  Zur Herstellung einer Solarzelle wird Halbleitermaterial „dotiert". 

Damit ist das definierte Einbringen von chemischen Elementen gemeint mit denen man Flachdachausführungentweder einen positiven Ladungsträgerüberschuss (p-leitende Halb- leiterschicht) oder einen negativen Ladungsträgerüberschuss (n-leitende Halb- leiterschicht) im Halbleitermaterial erzielen kann.

Werden zwei unterschiedlich dotierte Halb- leiterschichten gebildet, entsteht an der Grenzschicht ein so genannter p-n-Übergang. 1949 gelang die Entdeckung des P-n-Übergangs durch William B, Shockley, Walter H. Brattain und John CarportBardeen. 1954 wurde die erste Solarzelle bei Bell gebaut. Die Entwicklung ging weiter. 1958 wurden Solarzellen auf Satelliten mit ca. 10,5 % Wirkungsgrad getestet. Heute liegen Zellen schon bei 17% und im Labor bei ca. 30%. 
 
An diesem Übergang baut sich ein inneres elektrisches Feld auf, das zu einer Ladungstrennung der bei Lichteinfall freigesetzten Ladungsträger führt. Über Metallkontakte kann eine elektrische Spannung abgegriffen werden. Wird der äußere Kreis geschlossen, das heißt ein elektrischer Verbraucher angeschlossen, fließt Gleichstrom. Siliziumzellen sind 10x10cm oder 15x15cm groß. Eine durchsichtige Antireflexschicht dient zum Schutz der Zelle und zur Vermeidung von Reflexionsverlusten der Zelloberfläche.
 
Eigenschaften der Solarzellen
 
Je nach Kristallart unterscheidet man drei Zelltypen:  Mono-, Poly- und Amorphkristalline Zellen.

Zur Herstellung monokristallinen Zellen benötigt man hochreines Halbleitermaterial. Aus einer Siliziumschmelze werden kristalline Stäbe gezogen und anschließend in dünne Scheiben gesägt. Dieses Herstellerverfahren garantiert relativ hohe Wirkungsgrade.
 
Kostengünstiger ist die Herstellung von polykristallinen Zellen. Dabei wird flüssiges Silizium in Blöcke gegossen, die anschließend in Scheiben gesägt werden. Bei der Erstarrung des Materials bilden sich unterschiedlich große Kristallstrukturen aus, an deren Grenzen Defekte auftreten. Diese Kristalldefekte haben einen geringeren Wirkungsgrad der Solarzelle zur Folge.
 
Wird aus Glas und anderen Subrohmaterialien eine Siliziumschicht abgeschieden, spricht man von Amorphen-  oder Dünnschichtzellen. Die Schichtdicken betragen weniger als 1ym  (Dicke des menschlichen Haares: 50 – 100 ym) Die Wirkungsgrade amorpher Zellen liegen allerdings noch weit unter den anderen beiden Zelltypen. Anwendung finden sie vor allem im Kleinstbereich (Uhren, Taschenrechner) oder als Fassadenelemente. (Man benötigt mehr Fläche)
 
Über den Aufbau der Generatoren, so nennt man die Module verschiedener Größe, weil Generatoren Strom erzeugen, ( Man kann auch mit jedem Elektromotor Strom erzeugen, muss ihn nur antreiben und kann dann an den Anschlüssen Strom entnehmen) soll hier nicht zu viel gesagt werden. Nur, dass es sich bei dem Herstellungsmaterial Silizium um reinen Sand handelt, den es in Massen auf der Welt gibt. Sicher sind bestimmte Verfahren zur Herstellung der Wavers nötig, auch gibt es unterschiedliche Leistungen. Bei der Anschaffung einer solchen Anlage sollte jedoch auf die Qualität und den Hersteller geachtet werden, nicht so sehr auf den Verkäufer, dann lassen sich Pannen eher vermeiden. Zur Lebensdauer kann man noch nicht viel sagen. Die meisten Hersteller geben 20 Jahre Leistungsgarantie vermindert um 20% nach 20 Jahren, das können sie bedenkenlos, die ältesten beobachteten Photovoltaik Anlagen gibt es mit über 35 Jahre in Italien und dort wurden Wirkungsgradrückgänge zwischen 3 und 6% nach 20 Jahren gemessen.
 
Von den ganzen Garantien ist nicht viel zu halten, wenn die Firmen aufgelöst sind, ist nichts mehr zu holen, da würde nur noch eine Versicherung der Anlage Erfolg versprechen. Der Aufbau solcher Photovoltaikanlagen ist einfach. Die einzelnen Generatoren haben Steckerpärchen die der Verbindung miteinander in Reihe (hintereinander) bis zu einer bestimmten Stückzahl dienen, diese Leitungen (Strings) werden zu einem Wechselrichter geführt, der den Gleichstrom der Generatoren in Wechselstrom umformt. So genannte Inselanlagen errichtet man dort, wo es keine Stromzufuhr gibt. Der Strom wird in Gel-Batterien zum Verbrauch gespeichert. Sinnvoll ist es dort dann auch möglichst viele Gleichstromgeräte wie Fernseher, Kühlschränke, Lampen usw. zu verwenden, da bei jeder Umformung Energie verbraucht wird.

 

 

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