Wirkungsgrad 101: Kann Photovoltaik auch ohne Sonne funktionieren?

Wussten Sie, dass Sonnenkollektoren nicht immer helles Sonnenlicht benötigen, um Strom zu erzeugen? Es ist wahr! Der Gedanke, dass Photovoltaik auch ohne Sonne funktioniert, ist ebenso überraschend wie spannend. Das bedeutet, dass auch an Orten, die nicht mit vielen Sonnentagen gesegnet sind, die Kraft der Sonnenenergie genutzt werden kann. Lassen Sie uns erforschen, wie diese Magie geschieht und wie diese unglaublichen Systeme es schaffen, auch ohne direktes Sonnenlicht zu funktionieren. Entdecken Sie, wie Solar auch ohne Sonne funktioniert.

Wie wird das Sonnenlicht in Elektrizität umgewandelt?

Sonnenlicht wird durch einen Prozess, der als photovoltaischer Effekt bekannt ist, in Elektrizität umgewandelt. Wenn die Sonnenstrahlen auf die Solarzellen treffen, regen sie die Elektronen an und bringen sie in Bewegung. Diese Bewegung erzeugt einen elektrischen Stromfluss. Solarmodule nutzen diesen Strom, der dann zur Stromerzeugung verwendet werden kann. Überschüssige Energie kann in PV-Batterien für eine spätere Verwendung gespeichert werden, so dass eine kontinuierliche Energieversorgung gewährleistet ist, auch wenn die Sonne nicht direkt auf die Module scheint.

Wie funktioniert die Photovoltaik auch ohne Sonne?

Wie bereits erwähnt, erzeugen Photovoltaik (PV)-Systeme in erster Linie Strom durch die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Ihre Fähigkeit, Strom zu erzeugen, variiert jedoch unter verschiedenen Bedingungen wie bewölktem oder regnerischem Wetter, im Schatten, im Winter oder in der Nacht. Im Folgenden erfahren Sie, wie PV-Anlagen in diesen Situationen Strom erzeugen:

Bewölkt/Regen

PV-Systeme sind auch bei bewölktem Himmel oder an Regentagen wirksam. Erfahren Sie, was eine PV-Anlage bei Bewölkung bringt und wie sie dennoch Energie erzeugt. Sie nutzen diffuse Strahlung, d. h. Sonnenlicht, das von Wolken und der Atmosphäre gestreut wird. Während das direkte Sonnenlicht reduziert ist, dringen das UV-Licht und andere Teile des Lichtspektrums immer noch durch die Wolken und ermöglichen es den PV-Zellen, Strom zu erzeugen. Moderne Photovoltaiktechnologie, einschließlich Hochleistungssolarzellen, ist darauf ausgelegt, dieses diffuse Licht effizient einzufangen und in nutzbare Energie umzuwandeln.

Beschattung

Im Schatten arbeiten Photovoltaikanlagen weiter, wenn auch mit geringerem Wirkungsgrad. Moderne Solarmodule sind mit Technologien wie Bypass-Dioden ausgestattet, die verhindern, dass sich eine Leistungsreduzierung in abgeschatteten Bereichen auf das gesamte System auswirkt. Diese Dioden leiten den elektrischen Strom um die abgeschatteten Bereiche herum und sorgen dafür, dass die Teile des Paneels, die noch dem Licht ausgesetzt sind, weiterhin Strom erzeugen. Auf diese Weise können Photovoltaikanlagen auch dann funktionsfähig und produktiv bleiben, wenn sie teilweise durch Schatten behindert werden.

Winter

Im Winter stellen die kürzeren Tage und die geringere Sonnenintensität eine Herausforderung dar, dennoch sind Photovoltaikanlagen weiterhin rentabel. Der Schlüssel liegt in der Qualität des Lichts, nicht nur in seiner Intensität. Photovoltaikzellen können auch in den Wintermonaten das verfügbare Tageslicht einfangen. Die Anlagen werden in der Regel in einem Winkel installiert, der das Sonnenlicht optimal einfängt, so dass sie auch dann noch Strom erzeugen können, wenn die Sonne tiefer steht.

Nachts

Da Photovoltaikmodule bei Abwesenheit von Licht keinen Strom erzeugen, verfügen moderne Systeme häufig über Speicherlösungen wie Solarbatterien, die die tagsüber erzeugte überschüssige Energie speichern. Diese gespeicherte PV-Energie kann nachts genutzt werden, um eine kontinuierliche Energieversorgung zu gewährleisten. Innovative Photovoltaik-Technologien können gelegentlich auch schwaches Umgebungslicht einfangen, obwohl dies nicht die primäre Energiequelle während der Nachtstunden ist.

Einfluss der globalen Strahlung auf die Stromerzeugung durch PV-Systeme

Die Globalstrahlung ist ein Schlüsselfaktor für die Leistung von Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) und beeinflusst die Menge der in elektrischen Strom umgewandelten Sonnenenergie. Sie verkörpert die Summe aller Sonnenenergie, die die Erdoberfläche erreicht, und umfasst sowohl die direkte Sonneneinstrahlung als auch die diffuse Strahlung des Himmels.

Die Leistung von PV-Modulen steht in direktem Zusammenhang mit der Globalstrahlung: Je höher die Strahlung, desto mehr Energie wird erzeugt. Direkte Strahlung liefert den PV-Zellen ungehindert Energie und ermöglicht eine optimale Nutzung der Sonnenenergie, wenn die Sonnenstrahlen in einem 90-Grad-Winkel auf die Module treffen.

Umgekehrt verringert sich bei bedecktem Himmel, der überwiegend diffuse Strahlung liefert, die Intensität der Sonnen-/Lichtstrahlung, die die Erde erreicht, was zu einem Rückgang der Leistung von PV-Anlagen führt. Dennoch erzeugen PV-Anlagen auch bei bewölktem Himmel weiterhin Strom, wenn auch in geringerem Umfang als bei direkter Sonneneinstrahlung, da sie beide Strahlungsarten in nutzbare Energie umwandeln können.

Globale Strahlung in Deutschland

Speziell in Deutschland hat die unterschiedliche Globalstrahlung in den verschiedenen Regionen spürbare Auswirkungen auf die Effizienz von PV-Anlagen. In den südlichen Teilen des Landes ist die Globalstrahlung höher und beträgt an einem klaren Tag durchschnittlich etwa 1.000 Watt pro Quadratmeter, während sie bei Regen etwa 200 Watt beträgt.

Trotz der geringeren Sonneneinstrahlung an bewölkten oder regnerischen Tagen, die dazu führen kann, dass die Stromerzeugung auf etwa 10 % bis 25 % der Leistung an sonnigen Tagen sinkt, wird die Kapazität zur Erzeugung von Solarenergie nicht vollständig aufgehoben. Angesichts des unterschiedlichen Klimas in Deutschland schwankt die Leistung von PV-Anlagen naturgemäß, aber die kontinuierlichen Fortschritte in der PV-Technologie und bei den Speicherlösungen tragen dazu bei, die Energieerträge zu optimieren und eine stabile Produktion von erneuerbarem Strom über das ganze Jahr hinweg zu unterstützen.

Lösungen für die Stromerzeugung ohne direkte Sonneneinstrahlung

Hier sind einige wichtige Lösungen für die Stromerzeugung ohne direkte Sonneneinstrahlung: 

1. Nutzung von diffusem Licht:Photovoltaiksysteme benötigen kein direktes Sonnenlicht, um Strom zu erzeugen. Sie sind in der Lage, diffuses Licht, also Sonnenlicht, das von Wolken und anderen atmosphärischen Partikeln gestreut wird, in Strom umzuwandeln. Diese Fähigkeit stellt sicher, dass Solarmodule auch an bewölkten Tagen noch eine ausreichende Menge an Energie erzeugen können.
2. Fortschrittliche Solarzellen-Technologie:Innovative Technologien wie die CPC-Technologie (Compound Parabolic Concentrator) verbessern den Wirkungsgrad von Photovoltaikzellen, so dass sie auch Licht mit geringer Intensität einfangen und in nutzbare Energie umwandeln können. Diese Technologie ist besonders nützlich in geografischen Gebieten, die weniger direktes Sonnenlicht erhalten.
3. Solarbatterien und Speicherlösungen:Durch die Integration von Solarbatterien in Photovoltaikanlagen kann die in den Spitzenzeiten des Sonnenlichts erzeugte Energie gespeichert und später genutzt werden. Diese gespeicherte Energie kann in der Nacht oder an bewölkten Tagen abgerufen werden, wodurch eine kontinuierliche Stromversorgung gewährleistet und die Abhängigkeit vom Stromnetz verringert wird.
4. Bypass-Diode in Solarmodulen: Solarmodule, die mit Bypass-Dioden ausgestattet sind, können auch bei teilweiser Verschattung noch effizient arbeiten. Die Diode verhindert, dass sich das gesamte Modul aufgrund der Verschattung eines Teils des Moduls abschaltet, indem sie den elektrischen Strom an den verschatteten Bereichen vorbeiführt.

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Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Solartechnologie neue Maßstäbe setzt und die Art und Weise, wie wir über Energiegewinnung denken, wirklich verändert. Überraschenderweise funktioniert die Photovoltaik auch ohne Sonne. Dies erhöht nicht nur die Flexibilität von Solarstromanlagen, sondern auch ihre Zuverlässigkeit. Diese Fortschritte führen uns in eine Energiezukunft, die nicht nur zuverlässig, sondern auch umweltfreundlicher ist.

FAQ

Hier sind einige häufig gestellte Fragen, ob die Photovoltaik auch ohne Sonne funktioniert.

Was nützt eine PV-Anlage, wenn es bewölkt ist?

Ein bewölkter Tag lädt ein Solarpanel auch ohne Sonne auf, wenn auch mit einem geringeren Wirkungsgrad. Moderne PV-Module sind so konzipiert, dass sie das direkte Sonnenlicht und die diffuse Sonneneinstrahlung bei bedecktem Himmel nutzen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Solarmodule weiterhin Energie erzeugen und sogar das begrenzte Sonnenlicht, das durch die Wolken dringt, nutzen, wodurch die Stromerzeugung in Gebieten mit wechselndem Wetter aufrechterhalten wird.

Wie viel Strom kann eine Photovoltaikanlage erzeugen, wenn keine Sonne scheint?

Obwohl die Leistung einer PV-Anlage bei direkter Sonneneinstrahlung am höchsten ist, fällt sie auch ohne diese nicht völlig aus. Eine PV-Anlage kann bei Bewölkung oder Regen dank ihrer Fähigkeit, diffuses Sonnenlicht einzufangen, immer noch etwa 10 bis 25 % ihrer optimalen Leistung erzeugen. So kann eine 10-kWp-Anlage bei starker Bewölkung etwa 2000 W Strom erzeugen, was zeigt, dass PV-Anlagen auch ohne direkte Sonneneinstrahlung Strom erzeugen können.

Welchen Nutzen hat die photovoltaische Stromerzeugung an regnerischen Tagen?

An regnerischen Tagen funktioniert Photovoltaik auch ohne Sonne. So kann eine Photovoltaikanlage weiterhin Strom erzeugen, indem sie das diffuse Licht nutzt, das noch zu den Solarzellen gelangt. Die Wassertröpfchen in der Atmosphäre verringern zwar die Intensität der Sonneneinstrahlung, aber es bleibt genügend Umgebungslicht übrig, um die Stromerzeugung zu ermöglichen.

Welche Vorteile hat die Beschattung von Photovoltaikmodulen?

Die Beschattung von Photovoltaikmodulen führt in der Regel zu einer Verringerung der Leistung, kann aber auch indirekte Vorteile haben, z. B. die Verringerung der Temperatur der Module an sehr sonnigen Tagen, was den Wirkungsgrad leicht verbessern kann.

Durch den Einsatz von PV-Optimierern oder Mikro-Wechselrichtern können die Auswirkungen von Teilverschattungen gemildert werden, indem die verschatteten Abschnitte unabhängig von den unverschatteten Energie produzieren und so die Gesamtleistung der Solaranlage auch bei ungünstigen Licht- und Verschattungsbedingungen optimiert wird.