Technologie zur Nutzung der Sonnenkraft ist seit langem ein wesentliches Element der erneuerbaren Energien und netzferner Stromversorgung. Solartechnik erzeugt Strom ohne bewegliche Teile, Staudämme oder fossile Brennstoffe. Stattdessen nutzt die Solarenergie bestimmte Interaktionen zwischen Solid-State-Photovoltaikzellen und den Lichtphotonen, und erzeugt damit einen Elektronenfluss, der die Energie der Sonne in nutzbare Elektrizität umwandelt.
Typen von Sonnenenergiegewinnung
Es gibt verschiedene Methoden zur Gewinnung von Sonnenenergie, wie Solarwärme-Heizungssysteme und konzentrierte Sonnenkraftwerke, bei denen Dampfturbinen mit geschmolzenem Salz betrieben werden. Sonnenkollektoren sind jedoch im Rahmen der häuslichen, gewerblichen und industriellen Stromerzeugung die häufigste Methode zur Energieerzeugung.
Sehen wir uns nun vier kritische Komponenten an, die bei der herkömmlichen Nutzung von Sonnenenergie zum Einsatz kommen.
1. Photovoltaikzellen: Das Herzstück der Anlage
In der Photovoltaikzelle eines Sonnenkollektors, wohl der wichtigsten Komponente bei der Nutzung von Sonnenenergie, wird Sonnenlicht in Elektrizität umgewandelt. Die Photovoltaikzelle besteht aus zahlreichen großen Halbleiter-Wafern, die in Kombination eine große Oberfläche schaffen, über die Sonnenenergie absorbiert werden kann. Diese Halbleiter werden dann mit einem Netzwerk kleiner Drähte verbunden, die in Kombination den Ausgangs-Stromkreis des Sonnenkollektors bilden.
2. Steckverbinder und Leiter für Sonnenkollektoren: Sicherer, erfolgreicher Energiefluss
Steckverbinder und Leiter sind für die sichere und effiziente Sammlung und Übertragung von Energie an den Nutzungspunkt wesentliche Teile des Sonnenkollektors. Sonnenkollektoren befinden sich immer im Außenbereich. Dies erfordert die Nutzung robuster Steckverbinder, die auch bei Kontakt mit Feuchtigkeit, UV-Licht, Wind, Hagel und anderen Naturkräften nicht kurzschließen, getrennt werden oder altern.
Photovoltaik-Steckverbinder, die Sonnenkollektoren mit dem Rest der Solaranlage verbinden, weisen oft Schutzgrad IP67 oder höher auf. Dies gewährleistet, dass die Leistung auch unter extremen Wetterbedingungen nicht beeinträchtigt wird. Die Steckverbinder können zudem sicher hohe Gleichstromspannungen übertragen, bei gewerblichen PV-Systemen oft mehrere tausende Volt.
3. Wechselrichter: Das Nervenzentrum des Sonnenenergiesystems
Es liegt in der Natur der Dinge, dass Photovoltaiksysteme Gleichstrom erzeugen. Bei der Übertragung über Stromnetze kommt aufgrund der höheren Effizienz weltweit jedoch Wechselstrom zum Einsatz. Daher muss der Gleichstrom der Solaranlage in Wechselstrom umgewandelt werden, wenn die PV-Sonnenkollektoren zusammen mit dem Stromnetz genutzt werden sollen.
Hier kommen Wechselrichter ins Spiel. Ohne Wechselrichter lässt sich der Strom der Kollektoren nirgendwohin übertragen. Wechselrichter umfassen diverse Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren, Transistoren, Induktoren und Transformatoren. Es gibt eine Reihe von Solar-Wechselrichter-Technologien, die sich für viele netzferne und netzintegrierte Solaranlagen-Architekturen eignen, diverse Spannungskonfigurationen für häusliche und gewerbliche Anwendungen und selbst Wechselrichter, die Energiespeicher laden können, um Energie effizient zu sammeln und zu verteilen.
4. Sonnenenergie-Speicher und -Batterien: Netzintegriert oder netzfern
Bei nahezu allen stromverbrauchenden Anwendungen wird kein konstanter Strom benötigt. Ein Fertigungsbetrieb hat morgens den höchsten Stromverbrauch, wenn Maschinen zu Beginn des Arbeitstags angefahren werden. Ein Wohnhaus hat in den Stunden ohne Sonnenlicht den höchsten Stromverbrauch. Sonnenenergie schwankt jedoch weniger als diese Stromverbrauchsmuster.
Nachts fällt praktisch keine Sonnenenergie an, im Tageslicht eine nahezu konstante Leistung. Das bedeutet, dass Strom während Zeiten mit geringem Stromverbrauch erzeugt wird. Diese Energie muss gespeichert werden. Aktuell gibt es zwei Methoden zur Speicherung dieser überschüssigen Energie: Netzintern und netzfern. Netzinterne Anlagen sind mit dem Übertragungssystem des lokalen Energieanbieters verbunden. Ein netzferner Energiespeicher ist ein eigenständiges Stromsystem, das auf unterschiedliche Weisen umsetzbar ist, wie über ein Batterienetz. Bei der netzinternen Speicherung wird der erzeugte Strom in das Netz eingespeist und im Endeffekt an den Stromanbieter verkauft, der den Strom in seiner eigenen Speicherkapazität lagert.
Vorteile der Sonnenenergie
Angesichts der guten Kohlenstoffdioxidbilanz ist die Sonnenenergie eine immer effizientere und beliebtere Methode der Stromerzeugung. Aufgrund der steigenden Kapazitäten ist Innovation im Bereich Sonnenenergie-Komponenten wichtig, um die Effizienz zu optimieren und eine breitere Nutzung in allen Sektoren zu gewährleisten.