Ein Solarpanel besteht aus Solarzellen, die häufig in dem Panel zu Solarmodulen gebündelt sind. Ein typisches Solarpanel besteht aus 60 oder mehr einzelnen Solarzellen. Eine Solarzelle ist wie ein Sandwich aufgebaut. Es hat eine obere Schicht und eine untere Schicht wie Brotscheiben. Diese Schichten bestehen aus Silizium, das mit anderen Elementen wie Bor und Phosphor behandelt (als Dotierung bezeichnet) wird, wodurch das Silizium entweder zu viele oder zu wenige Elektronen aufweist. Die Solarzelle erzeugt Strom, wenn Licht auf sie trifft, da die Energie des Lichts Elektronen aus der Schicht in der Zelle löst, die zu viele Elektronen enthält. Das Ergebnis ist, dass der elektrische Strom aus der Zelle fließt

Der photovoltaische Effekt

Der photovoltaische Effekt beschreibt die Fähigkeit einiger Materialien, Elektronen zu emittieren, wenn sie Licht ausgesetzt werden. Die meisten Solarzellen bestehen hauptsächlich aus Silizium, aber auch andere Materialien werden verwendet. Materialien wie Silizium werden verwendet, weil sie Halbleiter sind. Ein Halbleiter ist eine Substanz, die einige der Eigenschaften von Metallen, die Elektrizität leiten, und einige der Eigenschaften von Isoliermaterialien, die keinen Strom leiten, teilt.

Funktionsweise von Halbleitern in Solarzellen

Die beiden Silikonschichten in einer Solarzelle werden als n-Schicht und p-Schicht bezeichnet. Die n-Schicht hat eine negative elektrische Ladung, die p-Schicht eine positive elektrische Ladung. Wenn Sonnenlicht in die Zelle eindringt, passieren die Photonen die n-Schicht und tragen ihre Energie mit sich. Die Photonen geben dann ihre Energie an Elektronen in der unteren p-Schicht ab. Diese Elektronen nutzen dann die Energie, die ihnen von den Photonen gegeben wird, um in die n-Schicht zu springen. Das führt dazu, dass die n-Schicht diese Elektronen in die Schaltung emittiert und Elektrizität erzeugt.

Funktionsweise von Solarzellen in einem Solarpanel

Die Solarzellen in einem Solarpanel sind in Reihe geschaltet. Dies bedeutet, dass jede Solarzelle den endgültigen Spannungsausgang des Panels erhöht. Eine typische Solarzelle erzeugt etwa 0,46 Volt. Es gibt jedoch verschiedene Arten von Solarzellen, sodass die tatsächliche Ausgangsleistung je nach Art der zum Bau des Solarmoduls verwendeten Solarzellen variiert. Ein Solarpanel kann aus 32, 36, 60, 72 oder 96 einzelnen Solarzellen bestehen. So:

• 32 zellen = 14,72 Volt
• 36 Zellen = 16,56 Volt
• 60 Zellen = 27,60 Volt
• 72 Zellen = 33,12 Volt
• 96 Zellen = 44,16 Volt

Die Leistung eines Solarmoduls kann anhand dieser Gleichung bestimmt werden : P = V x I. Wobei P gleich Leistung, V gleich Spannung und I gleich Strom ist. Am Beispiel des Hanwha Q 310 Watt Solarpanels.

• ( V) Spannung = 32,78
• (ICH) Strom = 9,31 Amps
• (P) leistung = 305 Watt

Die negative wirkung von halbschatten auf eine solar panel

Solar panels sind stark betroffen durch auch ein wenig schatten. Während der teilweisen Verschattung sinkt die Leistung eines Solarmoduls dramatisch. Dies geschieht, weil die Solarzellen in einem Solarpanel in Reihe geschaltet sind. Wenn auch nur eine Zelle Schatten bekommt, sinkt die Leistung dieser Zelle und sie nimmt alle anderen Zellen mit. Schlimmer noch, wenn in Solaranlagen mit Zentralwechselrichter die Leistung eines Panels aufgrund von Verschattung abnimmt, verringert sich die Leistung aller Panels im gesamten System!

Standard-60-Zellen-Panels sind als drei Sätze mit jeweils 20 Zellen elektrisch verbunden. Wenn nur eine dieser Zellen schattiert ist, kann sie das gesamte 1/3 des Panels abschalten. Kleine Bereiche der teilweisen Beschattung von Bäumen und Dachhindernissen können diese Art von Verlust konsequent verursachen.

Einige Panel-Hersteller haben begonnen, 120 Halbzellen anstelle von 60 Vollzellen zu verwenden, um ihre Panels noch toleranter gegenüber Schattierungen zu machen. Die sechs verschiedenen Schaltungen, anstatt nur drei Gesamtschaltungen für das Panel, mildern die Hälfte der Abschattungsverluste, während das elektrische Basisprofil gleich bleibt.

Solarmodule mildern auch den Leistungsverlust durch Verschattung, indem sie die Zellen in einem Solarmodul mit Bypassdioden verbinden. Eine Bypass-Diode ermöglicht es der Leistung von nicht schattierten Solarzellen, die schattierte Zelle zu umgehen. Einige ausgang ist immer noch verloren aufgrund spannung drop, aber insgesamt power ausgang ist höher als es wäre ohne die diode.

Leistungselektronik auf Modulebene

Leistungselektronik auf Modulebene (MLPE) sind elektronische Geräte, die an einzelne Solarmodule angeschlossen werden, um deren Ausgangsleistung zu verwalten. Diese Geräte sind in der Lage, den Verlust durch teilweise Verschattung durch einen Prozess namens Maximum Power Point Tracking (MPPT) zu mildern. MPPT überwacht die Leistung der Sonnenkollektoren im System und passt dann die elektrische Last des Sonnensystems an, um die bestmögliche Leistung dieses Systems aufrechtzuerhalten. Es gibt zwei Geräte, die MPPT bereitstellen.

DC-Optimierer

Ein DC-Optimierer ist ein Gerät, das an ein Solarpanel angeschlossen ist, um den Spannungsfluss vom Panel zu überwachen und anzupassen. Sollte die Spannung abfallen, reduziert der DC-Optimierer den Stromausgang. Dies wiederum erhöht die vom DC-Optimierer erzeugte Spannung, um sie an die Spannungsausgabe der anderen Panels im System anzupassen. Dadurch wird verhindert, dass das teilweise schattierte Bedienfeld die Leistung der anderen Bedienfelder im System nach unten zieht.

Wenn ein Panel beispielsweise teilweise abgeschattet ist, reduziert ein SolarEdge DC Optimizer den Strom, um die Spannung auf 380 V-400 V zu halten, sodass der Wechselrichter konstant arbeitet.

Mikrowechselrichter

Solarmodule mit Mikrowechselrichtern sind weniger anfällig für Leistungsverluste durch Verschattung. In einem Mikrowechselrichtersystem verfügt jedes Panel über einen eigenen Wechselrichter. Wenn daher die Leistung eines Panels um Schatten reduziert wird, hat dies keine Auswirkungen auf die anderen Panels.

Der letzte Schritt: Der Wechselrichter

Sonnenkollektoren erzeugen Gleichstrom – der gleiche Typ, der in einer 9-Volt-Batterie verwendet wird, nur viel leistungsfähiger! Ein Wechselrichter ist erforderlich, um diesen Gleichstrom in den Wechselstrom umzuwandeln, der von den Lichtern, Geräten und sogar Batterieladegeräten in einem Haus verwendet wird. Dazu wird das genaue Leistungsprofil des Dienstprogramms erkannt und eine Reihe von Schaltern verwendet, um dasselbe Leistungsprofil nachzuahmen. Sobald dieser Strom an das Haus abgegeben wird, ist er von gleicher oder höherer Qualität als der Strom aus dem Stromnetz.

In den letzten Jahren haben Verbesserungen bei Solarwechselrichtern es ihnen ermöglicht, das Stromnetz zu unterstützen, indem sie es stabiler machen. Solarwechselrichter können niedrige oder hohe Spannung unterstützen, wenn das Stromnetz außerhalb der empfohlenen Grenzwerte liegt. Diese netzinteraktive Unterstützung kommt der gesamten Nachbarschaft mit gleichbleibender, gut konditionierter Leistung zugute.