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Photovoltaik

Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie, vornehmlich Sonnenenergie, in elektrische Energie. Der Name setzt sich aus den Bestandteilen Photos – das griechische Wort für "Licht" – und Volta – nach Alessandro Volta, einem Pionier der Elektrotechnik – zusammen.

Entdeckung und Entwicklung der Photovoltaik:
Der photovoltaische, teilweise auch photoelektrischer Effekt genannt, wurde 1839 von Alexandre Edmond Becquerel entdeckt und durch Albert Einstein 1905 richtig erklärt. Nach zahlreichen weiteren Entdeckungen, insbesondere von Siliziumzellen mit Wirkungsgraden von 4 bis 6% erlebte die Entwicklung von Photovoltaikzellen durch die Raumfahrt in den 60er Jahren entscheidende Fortschritte. Ausgelöst durch die Energiekrise in den 70er Jahren wurde versucht, diese immer noch wenig entwickelte Art der Energiegewinnung wirtschaftlich interessant zu machen.

Technik der Photovoltaik:
Die Energiewandlung findet mit Hilfe von Solarzellen, die zu Solarmodulen verbunden werden, statt. Die dabei erzeugte Elektrizität lässt sich vor Ort nutzen, in Akkumulatoren speichern und oder in Stromnetze einspeichern.

Die Solarzelle bzw. das Solarmodul:
Innerhalb der Solarzelle erfolgt die Umwandlung der Sonnenenergie in elektrische Energie. Sie besteht aus verschiedenen Halbleitermaterialien. Diese Halbleiter trennen die elektrischen Ladungen, welche dann über dünne Leiterbahnen wieder eingesammelt werden und Gleichstrom erzeugen. Das am häufigsten verwendete Halbleitermaterial ist Silizium (lat. "silex“ für "Kiesel“), welches aus Sand gewonnen wird. Über 95% aller auf der Welt produzierten Solarzellen bestehen deshalb aus Silizium. Mehrere Solarzellen bilden ein Solarmodul.

Monokristalline Solarmodule auf Siliziumbasis weisen in der Praxis einen Wirkungsgrad zwischen 14 und 17% auf. In zehn Jahren rechnet man mit Wirkungsgraden von 19 bis 24%. Doch schon jetzt erreichen anwendungsreife Erfindungen wie HSL Rekordwirkungsgrade von 50 Prozent. Sie werden aufwendig hergestellt und sind aufgrund ihres hohen Siliziumgehalts sehr effektiv, was sich wiederum in vergleichsweise höheren Erträgen niederschlägt. Die Module haben eine Lebensdauer von etwa 30 bis 35 Jahren.

Der Wechselrichter:
Wichtigste Funktion des Wechselrichters ist es, die vom Solarmodul erzeugte Gleichspannung vor der Einspeisung in das Stromnetz in Wechselspannung umzuwandeln. Darüber hinaus hat er unter anderem die Aufgabe, den Netzanschluss der Photovoltaikanlage zu überwachen und ggf. z.B. bei einem Stromausfall die Photovoltaikanlage binnen Millisekunden vom Stromnetz zu trennen. Eine weitere wichtige Aufgabe besteht in seiner Kontrollfunktion, d.h. wichtige Daten in Bezug auf die Stromproduktion zu erfassen, zu speichern und adäquat zur Verfügung zu stellen, sodass Fehler schnell erkannt werden und entsprechend reagiert werden kann.

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