Woher stammt unsere Sonnenenergie?

In den Tiefen der Sonne, in ihrem bis zu 15.000.000 °C heißen Kern, findet ein bemerkenswerter Prozess statt: die Kernfusion. Die Kernfusion in unserer Sonne erfolgt durch die Umwandlung von Wasserstoffatomen in Heliumkerne. Genauer gesagt werden aus vier Wasserstoffatomen (in je einem Wasserstoffatom befindet sich ein Proton) ein Heliumkern (zwei Protonen und zwei Neutronen) gebildet, wobei enorme Mengen an Energie freigesetzt werden. Dieser Prozess wird als der Proton-Proton-Kettenreaktion bezeichnet und ist der dominierende Mechanismus der Energieerzeugung in der Sonne. Diese Energie zeigt sich für uns in Form von elektromagnetischer Strahlung, einschließlich der Wellenlängen des für uns sichtbaren Lichts und der Photonen, auch Lichtteilchen genannt. Die Sonnenstrahlung breitet sich durch das Vakuum des Weltraums aus und erreicht schließlich die Oberfläche unserer Erde.

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Die verschiedenen Arten der Sonnenenergienutzung:

Hinter dem Begriff „Solaranlagen“ können sich zwei völlig unterschiedliche Technologien verbergen. Es gibt zwei Haupttypen von Solaranlagen, mit denen wir das Sonnenlicht auf unterschiedliche Weisen nutzen:

Solarthermische Anlagen (Solarthermie): Bei solarthermischen Anlagen wird die Wärme der Sonne genutzt, um Wasser oder andere Wärmeträger zu erhitzen. Diese Anlagen bestehen aus Sonnenkollektoren, die das einfallende Sonnenlicht absorbieren und die Wärme aufnehmen. Diese Wärme wird dann zur Erzeugung von Warmwasser für Haushalte oder zur Unterstützung von Heizsystemen verwendet. Ein weiterer Einsatzbereich sind solarthermische Kraftwerke, bei denen die Wärme zur Stromerzeugung genutzt wird.
Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen): Photovoltaikanlagen, auch als PV-Anlagen bezeichnet, nutzen Sonnenlicht, um elektrische Energie zu erzeugen. In diesen Anlagen sind Solarzellen installiert, die das Sonnenlicht absorbieren und den photoelektrischen Effekt auslösen. Dadurch wird ein Gleichstrom erzeugt, der in Wechselstrom umgewandelt wird und zum Beispiel zur Stromversorgung ihres Haushalts oder zur Einspeisung ins Stromnetz verwendet wird.

Beide Technologien tragen zur Reduzierung der CO₂-Emissionen bei und führen zu Kosteneinsparungen bei der Energieerzeugung. Doch insbesondere die Photovoltaik zeigt ein enormes Potenzial: In Verbindung mit anderen erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Wasserkraft hat sie das Potenzial, in absehbarer Zeit herkömmliche Methoden zur Stromerzeugung, die auf fossilen Brennstoffen und Atomkraft basieren, zu ersetzen. Im Mai 2023 wurden in Deutschland bereits über 3 Millionen Photovoltaikanlagen installiert, was einem Anteil von über 6,3 % an der gesamten Stromerzeugung in Deutschland entspricht. Dieser Anteil ist auf dem Vormarsch und wird voraussichtlich weiter steigen.

Wie genau wird die Sonnenenergie zum Sonnenstrom?

Der Prozess beginnt mit der Absorption des Sonnenlichts auf der Modul-Oberfläche. Solarzellen bestehen aus einem Halbleitermaterial, die Platten von daheim Solar sind alle aus Silizium gefertigt. Die oberste Schicht der Solarzelle besitzt eine dünne Antireflexionsbeschichtung, wodurch die Lichtabsorption maximiert wird. Wenn jetzt die Photonen aus dem Sonnenlicht auf unsere Solarzelle treffen, übertragen sie ihre Energie auf Elektronen im Halbleitermaterial. Das erhöht die Energie der Elektronen und hebt sie in höhere Energiezustände. Dabei werden gezielte Mengen bestimmter Fremdatome in das Halbleitermaterial eingeführt, um seine elektrischen Eigenschaften zu verändern. Dieser entscheidende Vorgang nennt sich „Dotierung“ und wird nochmals in zwei Haupttypen unterteilt:

n-Dotierung (n-Typ): Bei der n-Dotierung werden Fremdatome hinzugefügt, die zusätzliche Elektronen liefern. Das Halbleitermaterial wird mit negativ geladenen Fremdatomen, wie beispielsweise Phosphor, dotiert. Die zusätzlichen Elektronen in der n-dotierten Region können sich leicht bewegen und tragen zur Leitfähigkeit des Materials bei. N-dotierte Bereiche werden als überschüssige Elektronenbereiche betrachtet.
p-Dotierung (p-Typ): Bei der p-Dotierung werden Fremdatome hinzugefügt, die Elektronenlöcher (positive Ladungsträger) erzeugen. Das bedeutet, dass das Halbleitermaterial, wie Silizium, mit positiv geladenen Fremdatomen, zum Beispiel Bor, dotiert wird. Die Elektronen aus dem Halbleitermaterial können in die Löcher der p-dotierten Region wandern. Dies führt zur Bildung von Löchern und damit zu einer positiven Dotierung. P-dotierte Bereiche werden in der Regel als Elektronenmangelbereiche bezeichnet.

Die Grenzschicht zwischen p- und n-dotierten Bereichen in einer Solarzelle schafft den sogenannten pn-Übergang. Dieser pn-Übergang ist der entscheidende Bereich, in dem der innere photoelektrische Effekt, also der eigentliche Photovoltaische Effekt stattfindet. Wenn Sonnenlicht auf diesen Übergang trifft, werden Elektronen-Löcher-Paare erzeugt, die einen elektrischen Gleichstrom auslösen, wenn die Kontakte der Solarzelle mit einem Verbraucher verbunden werden.

Ein Solarmodul besteht aus vielen, in Reihe geschalteten einzelnen Solarzellen. Ein Solarpanel ist – ebenso wie ein Solarmodul – ein Zusammenschluss von Solarzellen. Jedoch werden bei Solarpanelen weitaus mehr Solarzellen zusammengeschlossen und die Gesamtfläche ist dadurch größer. Eingesetzt werden sie dementsprechend mehr in der Agri-PV, also in der Landwirtschaft, sowie allgemein auf Großflächen. Wenn wir von Solaranlagen auf dem Hausdach sprechen, ist daher fast ausschließlich von Solarmodulen die Rede.

Aufbau einer Solarzelle

Wie funktioniert Photovoltaik und wie ist eine Solarzelle aufgebaut? Um das zu verstehen müssen wir einen Blick in das Innere einer solchen Zelle werfen. Eine Solarzelle besteht üblicherweise aus zwei Schichten Silizium, in welche gezielt Fremdatome eingefügt werden.

Welche Arten von Solarmodulen gibt es?

Grundlegend unterscheiden wir in zwei Kategorien: Glas-Glas Module und Glas-Folie Module.

Hier finden Sie unsere Modultypen und Hersteller.

Bei Glas-Glas Modulen befinden sich die Solarzellen zwischen zwei Glasplatten, wodurch diese Module deutlich schwerer und teurer sind, dafür aber auch eine weitaus höhere Lebenszeit aufweisen.

Die Glas-Folie Module hingegen sind meist günstiger, aber auch bei weitem nicht so robust, wodurch Sie schneller mit einem Verschleiß zu rechnen haben. Wie der Name schon sagt, ist auf der einen Seite der eingefassten Solarzelle eine Glasscheibe, auf der anderen Seite eine Folie vorhanden.

Die Gesamtheit der Solarmodule auf einem Dach ergibt die Photovoltaik-Anlage, welche das Haus und – falls vorhanden – die Wallbox mit Strom versorgt. Sie interessieren sich für unser gesamtes Angebot? Hier finden Sie unseren Angebotsüberblick.

Die PV-Module werden im privaten Gebrauch überwiegend auf dem Hausdach montiert, da hier die Sonneneinstrahlung am besten ist. Die Solarmodule werden an einen Wechselrichter angeschlossen, der Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandelt und so den Strom im Haushalt nutzbar macht.

Es gibt aber noch zahlreiche verschiedene Arten von Solarzellen, darunter zum Beispiel:

Dünnschicht-Solarzellen: Diese bestehen aus sehr dünnen Schichten von Halbleitermaterialien und sind leichter und flexibler als kristalline Solarzellen.
Organische Solarzellen: Diese verwenden organische Halbleitermaterialien (Kohlenstoff) und sind flexibel und kostengünstig.
CIGS-Solarzellen (Kupfer-Indium-Gallium-Selenid): Diese Dünnschicht-Solarzellen nutzen CIGS-Materialien zur Energieerzeugung.
Perowskit-Solarzellen: Diese sind eine aufstrebende Technologie und nutzen Perowskit-Materialien (Ein Mineral) zur Energieerzeugung. Diese Solarzellen sollen einen besonders hohen Wirkungsgrad besitzen.

Was sind die passenden Solarmodule für mein Dach?

Die Auswahl der passenden Solarmodule für Ihr Dach hängt einigen Faktoren ab, darunter:

Dachausrichtung und Neigung: Die Ausrichtung Ihres Dachs in Bezug auf die Himmelsrichtungen (z.B., Süden, Osten, Westen) sowie die Neigung des Dachs beeinflussen die Menge an Sonnenlicht, die Ihre Solarzellen erreicht. Idealerweise sollten die Solarmodule in Richtung Süden und in einem Winkel installiert werden, der zur geografischen Breite Ihres Standorts passt. Weitere Informationen zur Ausrichtung Ihrer Anlage finden Sie in unserem Artikel zu den Vor- und Nachteilen von Ost- beziehungsweise Westbelegung.
Verfügbare Dachfläche: Die verfügbare Dachfläche bestimmt die Größe und Anzahl der Solarmodule, die Sie installieren können. Bei der Planung Ihrer Anlage muss sichergestellt werden, dass genügend Platz für die gewünschte Leistung vorhanden ist.
Leistungsanforderungen: Ihr Energiebedarf und Ihre Ziele für die Solarenergieproduktion spielen eine große Rolle bei der Auswahl der Solarmodule. Sie sollten die erwartete Leistung (in Kilowattpeak, kWp) berücksichtigen, die Ihre Solarmodule liefern müssen, um Ihren Bedarf zu decken.
Budget: Die verschiedenen Arten der Solarmodule gehen mit unterschiedlichen Kosten einher. Dabei sollten Sie auch immer die Kosten über die gesamte Lebensspanne Ihrer Anlage hinweg sehen. Glas-Folie-Module sind zwar in der Regel günstiger als Glas-Glas-Module, doch die Lebenszeit der Module ist auch deutlich geringer.
Qualität und Hersteller: Die Qualität der Solarmodule und der Hersteller sind entscheidend. Überprüfen Sie die Hersteller und deren Ruf auf dem Markt, um sicherzustellen, dass Sie hochwertige und langlebige Module erhalten.
Finanzielle Anreize und Förderprogramme: Überprüfen Sie, ob es staatliche Anreize, Steuervorteile oder Förderprogramme gibt, die Sie beim Kauf und der Installation von Solarmodulen finanziell unterstützen. Informationen zu aktuellen Förderprogrammen finden sie in unserer Förderungs-Übersicht.

In einer Welt, die nachhaltigere Energiequellen anstrebt, leistet die Sonne einen wichtigen Beitrag, um unseren Energiebedarf zu decken und die Umweltauswirkungen zu minimieren. Dank staatlicher Unterstützung und Anreizen ist die Investition in Solarmodule sowohl ökologisch als auch ökonomisch sinnvoll.

Wir hoffen, dass dieser Artikel Ihnen geholfen hat, die Grundlagen der Solarenergie besser zu verstehen. Wenn Sie weitere Fragen rund um unsere Solarmodule haben, Solarstrom in Ihren eigenen vier Wänden wünschen oder weitere Informationen benötigen, stehen Ihnen unsere Energiefachberater gerne zur Verfügung.

Quellen:

Wie funktionieren Solarmodule?