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Das Gesamtsystem einer Photovoltaikanlage: Komponenten und Funktionen
Eine Photovoltaikanlage ist ein Schlüsselelement der regenerativen Energiegewinnung. Hierbei spielen verschiedene Komponenten eine entscheidende Rolle, die gemeinsam das Gesamtsystem einer Photovoltaikanlage bilden.
Gesamtsystem einer Photovoltaikanlage
Eine Photovoltaikanlage ist ein komplexes System, das aus mehreren wichtigen Komponenten besteht, die harmonisch zusammenarbeiten, um Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln. Diese Systeme haben sich zu einer der führenden Technologien für die Erzeugung erneuerbarer Energien entwickelt und bieten eine nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen. In diesem Artikel werden die Hauptkomponenten einer Photovoltaikanlage sowie deren jeweilige Funktionen detailliert erläutert. Von den Solarzellen, die das Herzstück der Anlage bilden, über die Wechselrichter, die den erzeugten Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom umwandeln, bis hin zu den Montagesystemen und Speichereinheiten, die die Effizienz und Zuverlässigkeit der Stromversorgung sicherstellen – jedes Element spielt eine entscheidende Rolle im Gesamtsystem. Erfahren Sie, wie diese Komponenten zusammenarbeiten, um eine nachhaltige und effiziente Energiequelle für Haushalte und Unternehmen bereitzustellen.
1. Photovoltaikmodule
Die grundlegenden Bauelemente einer Photovoltaikanlage sind die Photovoltaikmodule. Sie sind typischerweise in Reihen oder „Strings“ angeordnet, wobei jeder String aus mehreren Modulen besteht. Diese Module sind in der Regel auf Dächern, Balkonen oder anderen geeigneten freien Flächen montiert. Die Unterkonstruktion, meist aus Aluminium, dient zur stabilen Befestigung der Module.
2. Wechselrichter
Eine zentrale Komponente im System ist der Wechselrichter. Die von den Modulen erzeugte elektrische Energie ist in Form von Gleichstrom, der für die Nutzung im Haushaltsnetz in Wechselstrom umgewandelt werden muss. Der Wechselrichter übernimmt diese Aufgabe und verteilt den Strom im Hausnetz. Er spielt auch eine Rolle bei der Einspeisung überschüssigen Stroms in das öffentliche Netz.
3. Batteriespeicher (optional)
Ein optionaler, aber zunehmend beliebter Bestandteil einer Photovoltaikanlage ist der Batteriespeicher. Er speichert den nicht sofort verbrauchten Strom, um eine spätere Nutzung zu ermöglichen. Die Integration eines Batteriespeichers erfordert eine entsprechende Anpassung des Wechselrichters.
4. Stromnetzkommunikation
Die Photovoltaikanlage kommuniziert über Verteilerkästen mit dem Stromnetz des Hauses. Diese Verteilerkästen empfangen den produzierten Strom und nutzen ihn entweder zur Deckung des Strombedarfs im Haus oder speisen ihn ins öffentliche Netz ein. Hier wird ein Zweirichtungszähler, oder vergleichbare Komponenten benötigt um die Netzeinspeisung zu messen. Somit kann der Verteilnetzbetreiber die Netzeinspeisung und Netzbezug auf dem neusten Stand der Technik messen. Zusätzlich zu den grundsätzlichen Kommunikationseinheiten können zusätzlich zu den Wechselrichtern "smarte" Produkte verwendet werden um die Kommunikation der Photovoltaikanlage mit der Hausverteilung zu verbessern und ein Monitoring der Anlage zu generieren.
Jahreszeitliche Schwankungen und Planung
Ein wichtiger Aspekt bei der Planung einer Photovoltaikanlage ist die Berücksichtigung saisonaler Schwankungen. Während im Sommer der Stromverbrauch tendenziell niedriger ist, steigt er im Winter aufgrund längerer Nächte und höheren Heizbedarfs an. Diese Schwankungen bedeuten, dass die von der Photovoltaikanlage erzeugte Energie nicht immer ausreicht, um den gesamten Jahresverbrauch direkt zu decken. Eine sorgfältige Planung unter Berücksichtigung des spezifischen Jahresertrags, der in der Regel bei etwa 1000 kWh/kWp liegt, ist daher unerlässlich.
Fazit
Die effiziente Nutzung der Sonnenenergie durch Photovoltaikanlagen ist ein komplexes Unterfangen, das eine gründliche Planung und das Verständnis der einzelnen Komponenten und deren Zusammenwirken erfordert. Bei der Planung einer Anlage müssen die jahreszeitlichen Schwankungen des Energiebedarfs und der Energieerzeugung ebenso berücksichtigt werden wie die technischen Spezifikationen der verschiedenen Systemkomponenten.
Source: Gottfried Heinrich Bauer: Photovoltaik – Physikalische Grundlagen und Konzepte. Berlin ; [Heidelberg] : Springer Spektrum, [2023] S.75;S. 76