Definition und Grundlagen von Photovoltaikanlagen
Eine Solarzelle wandelt Licht direkt in Elektrizität um. Sie besteht hauptsächlich aus Silizium, einem Halbleiter, der auch in vielen elektronischen Bauteilen verwendet wird. Durch einen Prozess namens Dotierung entsteht in der Solarzelle ein sogenannter pn-Übergang, der ein elektrisches Feld erzeugt. Dieses Feld treibt durch Licht freigesetzte Ladungsträger zu den Kontakten der Zelle, wo eine Spannung von etwa 0,5 Volt entsteht. Der erzeugte Strom variiert dabei je nach Sonnenlicht und Zellfläche.
Eine Photovoltaikanlage (PV-Anlage) setzt sich aus vielen dieser Solarzellen zusammen, die zu Modulen verbunden sind. Mehrere Module werden zu einem Strang geschaltet, wobei die gesamte Anlage schließlich an einen Wechselrichter angeschlossen wird. Dieser wandelt den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um, der dann ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Der ins Netz eingespeiste Strom wird über einen Einspeisezähler, wie etwa ein Smart Meter, erfasst, der jedoch die Daten nicht in Echtzeit übermittelt.
Kurze Geschichte und Entwicklung der Technologie
Alexandre Edmond Becquerel wird als der Erfinder der frühen Version des Photovoltaikmoduls angesehen, nachdem er 1839 eine elektrolytische Zelle baute, die bei Lichteinwirkung elektrische Energie erzeugte. Die erste erfolgreiche Anwendung von PV-Modulen erfolgte im Weltraum: 1958 wurden Solarzellen auf dem US-Satelliten Vanguard I zur Energieversorgung eines Radiosenders eingesetzt. Diese Mission erwies sich als besonders erfolgreich, da die PV-Module lange funktionstüchtig blieben, auch nachdem die herkömmlichen Batterien des Satelliten nachließen. Dies markierte den Beginn des Einsatzes von PV-Modulen in Satelliten.
In den 1970er Jahren begann, angetrieben durch die Ölkrise, die Massenproduktion von PV-Modulen für irdische Zwecke. In den 1980er Jahren wurden PV-Module vermehrt in mobilen und netzunabhängigen Geräten verwendet. In den 1990er Jahren förderten Deutschland und andere Länder PV-Systeme durch spezielle Programme. Ab den 2000er Jahren übernahm China die Führung in der PV-Modulproduktion und hielt bis 2018 einen Marktanteil von etwa 65%, während Europa und die USA Marktanteile einbüßten. Heute erreichen Massenproduktionsmodule eine Effizienz von etwa 20-22% und werden vorrangig in netzgebundenen Anwendungen eingesetzt, obwohl auch der Einsatz in netzunabhängigen Anwendungen in entlegenen und sich entwickelnden Regionen zunimmt.
