Heute wird es bei uns mal wieder etwas technischer. Denn auch, wenn es als Laie nicht unbedingt notwendig ist, die Funktionsweise einer Solaranlage bis in kleines Detail zu verstehen, bringt es Ihnen doch einige Vorteile, zumindest die groben technischen Zusammenhänge zu verstehen. Deshalb möchten wir Ihnen in diesem Blogartikel einmal von Grund auf erklären, wie eine Solaranlage eigentlich funktioniert. Was sind Solarzellen und welche Funktion haben sie? Was genau macht ein Solarpanel? Und wir kommt der Strom von dort in die Steckdose? Lesen Sie weiter, wenn Sie an diesem Themen Interesse haben.
Aufbau und Funktion einer Solarzelle
Wahrscheinlich hat jeder in Verbindung mit Photovoltaiktechnik schon einmal den Begriff Solarzelle gehört. Doch was genau ist das eigentlich? Grundsätzlich handelt es sich dabei erst einmal um eine elektronische Vorrichtung zur Stromerzeugung, die in Solarpanels verbaut wird. Eine Solarzelle besteht aus Halbleitermaterial bzw. aus mehreren unterschiedlichen Materialien, die zusammenwirken. Kern der Zelle ist häufig ionisiertes Silicium, das mit mono- oder polykristallinem Silicium umfasst ist. Wenn nun Lichtteilchen, sogenannte Photonen, auf die Oberfläche der Solarzelle treffen, übertragen sie ihre Energie auf die Halbleitermaterialien. Dabei entstehen sogenannte Photonen-Löcher-Paare. Die Elektroden des Halbleitermaterials werden dadurch beweglich. Es gibt eine n-dotierte Schicht, zu der die Elektroden gezogen werden, und eine p-dotierte Schicht, zu der sich die Löcher bewegen – es entsteht also ein elektrisches Spannungsfeld. Durch den Elektrodenfluss entsteht elektrische Energie, die dann anderweitig, z. B. in Ihren Haushaltsgeräten genutzt werden kann. Diese Darstellung ist natürlich verkürzt, bietet Ihnen aber einen ungefähren Überblick über das, was sich in einer Solarzelle anspielt.
Wie arbeiten Solarzellen in einem Solarpanel zusammen?
Ein Solarpanel umfasst natürlich nicht nur eine Solarzelle, stattdessen hat ein haushaltsübliches Solarpanel ca. 60-90 Solarzellen, die zur Energieerzeugung zusammenarbeiten. Doch wie genau tun sie das? Die Solarzellen sind durch Serien- oder Parallelschaltung miteinander verbunden. Der Anschluss der einzelnen Solarzellen an ein elektrisches System wird dadurch möglich, dass sie an der Vorder- und Rückseite mit leitfähigen Schichten ausgestattet sind. Auch die einzelnen Solarpanels einer Solaranlage arbeiten zusammen, sie können ebenfalls in Reihe oder einzeln angeschlossen sein. Die erstere Option hat den Vorteil, dass nur ein Wechselrichter notwendig ist, die zweite bedeutet allerdings, dass Ausfälle an einem Solarpanel nicht gleich die gesamte Anlage betreffen.
Was bedeutet Umwandlungsrate und was hat das mit der Funktion der Solarzellen zu tun?
Wenn Sie nach Solarpanels recherchieren und verschiedene Solarmodule miteinander vergleichen, werden Sie immer wieder auf das Wort Umwandlungsrate treffen. Was genau das ist, haben wir bereits in einem separaten Blogartikel erklärt – an dieser Stelle möchten wir Ihnen aber noch einmal eine kurze Zusammenfassung liefern. Grob gesagt, ist die Umwandlungsrate die Rate in Sonnenstrahlen, die von den auf das Panel treffenden Strahlen in elektrischen Strom umgewandelt werden. Ein Synonym für die Umwandlungsrate ist das Wort „Wirkungsgrad“. Mittlerweile haben die meisten Solarpanels eine Umwandlungsrate zwischen 18 und 23 %. Wie hoch diese ausfällt, hängt von ganz unterschiedlichen Faktoren ab. Eine Rolle spielt selbstverständlich die Qualität der Solarpanels bzw. der verbauten Materialien. Monokristallines Silicium beispielsweise sorgt für eine höhere Umwandlungsrate als polykristallines. Wichtig sind auch eine gute Oberflächenbeschichtung und eine regelmäßige Wartung der Panels – denn nur, wenn die Elektronik reibungslos funktioniert, erzielen diese die optimale Leistung.
Auch externe Faktoren haben einen großen Einfluss auf die tatsächliche Umwandlungsrate. Vom Hersteller wird nämlich die Rate unter optimalen Bedingungen angegeben, bei Ihnen Zuhause kann sie aber durchaus niedriger ausfallen. Die optimale Ausrichtung der Solarpanels spielt beispielsweise eine sehr wichtige Rolle. Nur, wenn die Sonnenstrahlen die Solarzellen im richtigen Winkel erreichen, können diese das Maximum an Leistung erzielen. Auch die Umgebungstemperatur und die Kühlung beeinflussen die Umwandlungsrate. Und nicht zuletzt spielt es auch eine Rolle, ob Sie Ihre Panels regelmäßig reinigen – denn Staub und Schmutz können die Leistung ebenfalls beeinflussen.
Entwicklung von Solarzellen im Laufe der Zeit
Es ist zwar für Ihre eigenen Kaufentscheidung nicht relevant, allerdings unter Umständen doch interessant zu wissen, seit wann es Solarzellen eigentlich gibt und wie sie sich im Laufe der Zeit entwickelt haben. Es ist kaum zu glauben, aber wahr: der photoelektrische Effekt – also die Tatsache, dass manche Materialien im Sonnenlicht elektrische Spannung erzeugen, wurde bereits im Jahr 1839 entdeckt! Allerdings führte dies im 19. Jahrhundert noch nicht zu großen Erfindungen, es wurde zwar 1976 die erste photoelektrische Zelle gefertigt, von einer Massenproduktion war man aber noch meilenweit entfernt. Anfang des 20. Jahrhunderts beschäftigte sich Albert Einstein mit dem Thema und gewann wichtige neue Erkenntnisse, die die Grundlage für die weitere Forschung bildeten. Erst in den 50-ern begann man, Solarzellen aus Silicium herzustellen. Ihre erste Anwendung fanden diese bei den ersten Missionen in den Weltraum, wo keine andere Art der Stromerzeugung möglich war. Die Forschung der NASA war maßgeblich für die schnelle Entwicklung der Technologie.
Erst in den 1970er-Jahren wurden Solarzellen auch für den heimischen und industriellen Gebrauch interessant. Gerade das sich verstärkende Bewusstsein für den Klimaschutz sorgte dafür, dass immer mehr von uns Interesse an dieser Technologie entwickelten. In den letzten Jahren hat sie durch verschiedene Förderungen sowie die stetig steigenden Netzstrompreise noch einmal einen Aufschwung erfahren. Außerdem wird die Solarstromerzeugung technisch immer besser und unkomplizierter: Mittlerweile machen einfache Plug-and-Play-Lösungen es auch für Laien möglich, in kurzer Zeit ein Balkonkraftwerk zu planen und umzusetzen.
Welche Alternativen gibt es zu Solarzellen? Welche Funktion haben diese Alternativen?
Die übliche Art, Solarstrom zu erzeugen, ist die Nutzung der oben beschrieben Solarzellen. Allerdings gibt es dazu auch Alternativen. Eine davon sind sogenannte Dünnschichtsolarmodule , die aus extrem dünnen Halbleitermaterialien hergestellt werden. Da sie deutlich weniger breit sind, wiegen diese Solarzellen viel weniger und können auch auf biegsamen Solarpanels installiert werden. Diese eignen sich hervorragend für die Anwendung auf gebogenen Montageoberflächen oder Fahrzeugdächern. Auch für Balkonkraftwerke sind sie eine beliebte Option. Außerdem gibt es noch verschiedene Typen von Solarzellen, die andere Materialien als Silicium verwenden und oft in der Forschung Anwendung finden.
Weiterhin gibt es noch sogenannte CPS-Anlagen, die mit konzentriertem Licht und Spiegeln arbeiten. Eine weitere Option sind solarthermische Kraftwerke, bei denen Wasser durch Sonnenlicht erhitzt wird. Mit dem Dampf werden dann Turbinen angetrieben, wodurch wiederum Strom erzeugt.
Es bleibt aber festzuhalten: Zum Einsatz in Privathäusern sind die herkömmlichen Photovoltaikmodule mit Solarzellen am besten geeignet.
Wie kommt der Strom vom Solarpanel in die Steckdose?
Oben ist es bereits angeklungen: Die Solarzellen produzieren zunächst einmal elektrische Energie. Diese können Sie aber nicht direkt in Ihre Haushaltsgeräte oder ins Stromnetz leiten, da die meisten elektrischen Anwendungen mit Wechselstrom arbeiten. Unverzichtbar für Ihre Solaranlage ist daher ein Wechselrichter, der die erzeugte Energie in den notwendigen Wechselstrom umwandelt. Sobald dies geschehen ist, lässt sich der erzeugte Strom nutzen, einspeisen und speichern.
Welche zusätzlichen technischen Produkte umfasst eine vollständige Solaranlage?
Bisher haben wir gelernt: Für Ihre Solaranlage brauchen Sie Solarpanels und einen entsprechenden Wechselrichter. Wie viele Panels Sie benötigen, hängt weitestgehend davon ab, wie viel Strom Ihre Anlage erzeugen soll. Bei einem Balkonkraftwerk reichen in der Regel 1-3, bei einer klassischen Dachsolaranlage sind es deutlich mehr. Grundsätzlich sind diese Geräte – natürlich mit der passenden Verkabelung und einem Stromzähler – schon ausreichend für eine Solaranlage, mit der Sie ins Netz einspeisen oder deren Strom Sie direkt nutzen wollen.
Allerdings würden wir Ihnen dringend ans Herz legen, noch in einen zusätzlichen Speicher zu investieren. Eine Solarbatterie bietet Ihnen großartige Vorteile. Sie können damit den Strom Ihrer Anlage auch dann nutzen, wenn sie gerade nicht produziert – und da schlechtes Wetter und Dunkelheit in unseren Breitengeraden sehr häufig sind, lohnt sich das recht oft. Auch als Notstromaggregat kann Ihr Stromspeicher einspringen. So werden Sie deutlich unabhängiger von Ihrem Netzversorger und müssen potentielle Blackouts nicht mehr fürchten. Dadurch, dass Sie Ihren Eigenverbrauch an Solarstrom erhöhen, müssen Sie weniger Strom einkaufen und können so auf der Stromrechnung sparen. Gerade bei den derzeit immer weiter steigenden Strompreisen machen sich diese Einsparungen recht schnell bemerkbar.
Welche technischen Neuigkeiten gibt es auf dem Markt?
Mittlerweile werden häufig nicht mehr analoge Stromzähler, sondern sogenannte Smart Meter, also digitale Meter verbaut. Diese bieten uns zahlreiche Vorteile. Hiermit können die Daten Ihrer Solaranlage z. B. automatisch an Netzbetreiber und Energiemanagementsysteme übertragen werden, was Ihnen bei der Bürokratie und bei der Überwachung Ihrer Stromproduktion sehr helfen kann. Außerdem gibt es auf dem Markt seit einiger Zeit zahlreiche Produkte, die Ihnen eine Optimierung Ihres Energieverbrauchs erleichtern. Hierzu zählen Smart Plugs und und intelligente Energiemanagementsystem – am besten solche, die die Stromzuweisung automatisch regeln und so jederzeit die ökonomischste Verbrauchslösung für Sie finden. Außerdem gibt es mittlerweile zahlreiche Haushalts- und Gartenprodukte, die direkt mit Solarenergie angetrieben werden. Dazu zählen unter anderem Rasenmäher, Klimaanlagen oder Kühlschränke. Auch im Sortiment von EcoFlow finden Sie verschiedene dieser innovativen Smart Devices.
Eine Solaranlage gestalten mit EcoFlow
Abschließend möchten wir Ihnen einige Optionen vorstellen, wie Sie Ihre Solaranlage mithilfe von Produkten von EcoFlow gestalten können. Dabei sollten Sie immer im Hinterkopf behalten, dass wir ausschließlich mit hochwertigen und größtenteils recyclebaren Materialien arbeiten und großen Wert auf eine exzellente Umwandlungsrate und eine lange Lebensdauer legen. Außerdem sind alle EcoFlow-Produkte miteinander kompatibel, was Ihnen passgenaue und einfach skalierbare Lösungen ermöglicht. Entdecken Sie mit uns Step by Step die beste Lösung für Ihre Solaranlage!
Solarpanels
Die Solarpanels sind das Herzstück Ihrer Solarinvestition. Deshalb sollten Sie hier darauf achten, dass sie von Leistung und Konzept her perfekt zu Ihren Solarbedürfnissen passen. Wenn Sie auf eine klassische Dachsolaranlage setzen wollen, empfehlen wir Ihnen unsere starren Solarpanels, die mit Leistungen zwischen 100 und 400 Watt erhältlich sind. Diese verfügen über eine exzellente Umwandlungsrate von 23 % und sind besonders lange haltbar, sodass Sie sich lange auf Ihre Solaranlage verlassen können.
Für alle, die besonders flexibel sein möchten, oder gerne im Garten oder im Camper unterwegs sind, haben wir unsere tragbaren Solarpanels konzipiert. Auch diese sind in unterschiedlichen Stärken konzipiert, verfügen über eine hohe Umwandlungsrate und sind aus überwiegend recyclebaren Materialien hergestellt. Das Beste an ihnen ist ihr besonders leichtes und kompaktes Design, dass sie besonders geeignet für den Transport macht. Die Panels sind selbstragend und mit einem eingebauten Ständer konzipiert – Sie können Sie in Sekundenschnelle auf- und abbauen. Diese Panels sind besonders geeignet für die Anwendung draußen und nicht unbedingt für dauerhafte Installationen gedacht.
Außerdem führen wir auch noch ein flexibles Solarpanelmodell, das oben bereits erwähnt wurde. Dieses ist perfekt geeignet für Zeltwände, Fahrzeugdächer und verschiedene Arten von Balkonkraftwerken. Sein geringes Gewicht sorgt für einen besonders problemlosen Transport.
Speicher
Die Powerstationen von EcoFlow ermöglichen es Ihnen, Strom zuverlässig in Ihrem Zuhause vorzuhalten. Dabei führen wir eine Serie für die Verwendung im eigenen Zuhause (DELTA-Powerstationen) und eine Serie, die eher für die Verwendung draußen oder unterwegs gedacht ist (RIVER-Powerstationen). Bei allen Lösungen können Sie sich auf eine lange Lebensdauer und eine schnelle Aufladung freuen, wobei neben der Aufladung über die Solarpanels auch andere Auflademöglichkeiten bestehen. Die Powerstationen speichern den Strom sicher und geräuschlos und fügen sich dank Ihres modernen und minimalistischen Designs nahtlos in jede Umgebung ein. Sie sind besonders leicht konzipiert und dadurch problemlos zu transportieren.
Bei uns können Sie Powerstationen in unterschiedlichen Größen erwerben und diese zudem noch flexibel um Batterien ergänzen. So ist es kein Problem, für Ihr Zuhause genau den Speicherplatz zu schaffen, den Sie benötigen. Auch eine nachträgliche Erweiterung ist ganz einfach möglich. Falls Sie sich unsicher sind, welche Powerstation am besten zu Ihnen passt oder wie viel Speicherplatz Sie benötigen, helfen Ihnen unsere EcoFlow Solarexperten sehr gerne weiter!
Smartes Energiemanagement
Wir bei EcoFlow sind überzeugt davon, dass Sie die bestmögliche Auswahl an Solarprodukten verdienen. Deshalb entwickeln wir unsere Produktpalette ständig weiter und haben sie erst kürzlich wieder um zwei Produkte ergänzt, mit denen Sie die Zukunft der Energieerzeugung und Nutzung schon jetzt erleben können. Unser EcoFlow PowerOcean und unser EcoFlow PowerStream sind die perfekten Allroundlösungen für Ihr solarbetriebenes Zuhause. Diese Produkte regeln die Stromnutzung Ihrer Solaranlage bzw. Ihres Balkonkraftwerks ganz von alleine und finden dabei jederzeit die Lösung, die sich für Sie gerade am meisten lohnt. Ob Direktnutzung, Einspeisung oder Speicherung – eine perfekte Balance ist garantiert.
Ein großes Plus ist die praktische Steuerung per App. So können Sie Ihren Energieverbrauch nicht nur von überall – auch von unterwegs – managen, sondern sehen auch alle Optimierungspotentiale auf einen Blick. Sie werden in Echtzeit auf potentielle Störungen Ihrer Solaranlage oder bei der Energieproduktion hingewiesen und können so reagieren, bevor größere Schäden entstehen. Die App ist so konzipiert, dass sie auch für Laien im Bereich der Solarenergie intuitiv verständlich ist.
Fazit
Wir können festhalten: Ohne Solarzellen geht bei der Solarstromerzeugung nichts! Hier wird mithilfe des photoelektrischen Effekts bzw. verschiedener Halbleitermaterialien Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt. In einem Solarpanel arbeiten mehrere Zellen zusammen, um eine angemessen hohe Energieausbeute zu erzielen. Wie hoch die Umwandlungsrate ist, hängt maßgeblich von der Qualität Ihres Solarprodukts ab. Aber auch verschiedene externe Faktoren wie Verschattung, Temperatur und Verschmutzungen können eine Rolle spielen. Es ist wichtig, zu beachten, dass Hersteller immer die Leistung der Panels unter optimalen Bedingungen angeben. Sie können also nicht einfach so voraussetzen, dass Ihre Panels ganz von allein diese Leistung erbringen – und sollten sich darum bemühen, möglichst optimale Bedingungen zu schaffen. Die Alternativen, die es im Moment zu dieser Art der Solarstromerzeugung gibt, sind für Privathaushalte eher nicht geeignet. Eine Ausnahme bilden sogenannte Dünnschichtsolarmodule – für den Fall, dass Sie ein besonders leichtes oder biegsames Solarpanel benötigen.
Neben dem Solarpanel sind für Ihre Solaranlage noch weitere Komponenten notwendig, etwa ein Wechselrichter, ein Stromzähler, Verkabelung sowie gegebenenfalls ein Stromspeicher. Wir raten Ihnen, direkt auf eine leistungsstarke Allroundlösung zu setzen – etwa den PowerOcean von EcoFlow. Damit können Sie Ihr Energiemanagement auf ein ganz neues Level heben, massive Einsparungen erzielen und das Bestmögliche aus Ihrer Solaranlage herausholen. Die Amortisationszeit Ihrer Investition lässt sich damit deutlich verkürzen. Außerdem haben Sie damit die Energieversorgung auch dann im Griff, wenn Sie gerade nicht zuhause sind – ein Blick in die App genügt!
