Solarlexikon

Mehr über Sonnenenergie wissen: In unserem Solar-Lexikon finden Sie – einfach erklärt – die wichtigsten Fachbegriffe aus den Wissensgebieten Solarenergie und Photovoltaik.

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A

AM, englische Abk. für air mass
Air mass, auch “Luftmasse”, ist ein Maß für die Länge des Weges, den das Licht eines Himmelskörpers durch die Atmosphäre zurücklegt, relativ zum kürzesten Weg vom Zenit zum Boden. Die Luftmasse wirkt sich auf die spektrale Zusammensetzung des Sonnenlichts aus, welche die Erdoberfläche (Erdatmosphäre) erreicht. In Mitteleuropa zählt die air mass im Schnitt 1,5.

Abschattung
Eine Abschattung durch etwa Wolken oder Gegenstände (Kamine, Antennen oder Bäume) führt zu Ertragseinbußen der Photovoltaikanlage und teilweise zu Schäden durch hot spots.

Amorphe Solarzelle
Solarzelle aus amorphem Silizium. Herstellung erfolgt mit Hilfe der Dünnschichttechnik.

Amortisationszeit
Als Amortisationszeit wird die Zeit bezeichnet, in der die installierte Solarstromanlage durch Stromerzeugung die Investitionskosten wieder einspielt. Die Amortisationszeit ist dabei abhängig von der Einspeisevergütung (siehe EEG) und deren Laufzeit, den Investitionskosten sowie dem Energieertrag der Anlage pro Jahr.

B

Becquerel
Alexandre-Edmond Becquerel, ein französischer Physiker, entdeckte zusammen mit seinem Vater im Jahre 1839 den photovoltaischen Effekt. Er stellte fest, dass eine Batterie unter Einfluss von Sonnenlicht eine verlängerte Lebensdauer verzeichnet. Und dass bei der Bestrahlung einer Silberelektrode in einem Elektrolyt eine elektrische Spannung entsteht.

Bifacial-Zelle
Als Bifacial-Zelle wird eine Solarzelle bezeichnet, die Licht von oben und unten, d.h. also von zwei Seiten ausnutzen kann. So kann eine Bifacial-Zelle von der Rückseite zusätzlich Licht absorbieren, das etwa von einer weißen Hauswand reflektiert wird.

Bypass-Diode
Eine Bypass-Diode ist eine parallel zu einem Zellenstrang geschaltete Diode, die bei Abschattung von einzelnen Solarzellen (in einer Reihenschaltung) den Strom der übrigen Stränge an dieser vorbeileitet.

D

Datenlogger
Ein Datenlogger (Datenaufzeichnungsgerät) zeichnet über längere Zeit die Daten eines Wechselrichters und die Ertragswerte einer Photovoltaikanlage auf.

Degradation
Degradation bezeichnet eine Leistungsminderung bei amorphen Silizium-Solarzellen. Nach ungefähr 1 000 Sonnenstunden erreicht die Leistung die vom Hersteller angegebene Nennleistung.

Diffuse Strahlung (auch Diffusstrahlung
Als diffuse Strahlung wird die Strahlung bezeichnet, die ohne definierte Richtung von der Sonne auf einen Beobachtungspunkt der Erdoberfläche trifft. Sie entsteht, wenn die Strahlung bei ihrer Ausbreitung auf ein Hindernis stößt, etwa Wolken oder Atmosphärenpartikel. Das Gegenteil der Diffusstrahlung ist die Direktstrahlung.

Direkte Strahlung (auch Direktstrahlung)
Als direkte Sonneneinstrahlung wird die Strahlung bezeichnet, die auf direktem Weg, also ohne Hindernis und daher mit dem kürzest möglichen Weg, die Erdoberfläche erreicht. Zur direkten Sonneneinstrahlung addiert sich die diffuse Strahlung. Das Gegenteil der Direktstrahlung ist die Diffusstrahlung.

Dünnschichtsolarzelle
Eine Dünnschichtsolarzelle ist eine dünne Solarzelle, die ohne Wafer (kristallines Silizium) hergestellt wird. Der Herstellungsprozess kann daher mit erheblich geringerem Energieaufwand erfolgen.

Dünnschichttechnik
Als Dünnschichttechnik wird die Herstellungstechnik dünner Solarzellen bezeichnet, die direkt auf ein kostengünstiges Trägermaterial wie etwa Glas, Plastik- oder Metallfolie abgeschieden werden. Vorteile der Dünnschichttechnik sind Material- und Energieeinsparungen beim industriellen Herstellungsprozess, die Möglichkeit, großflächige Solarzellen zu produzieren und die einfache Dotierbarkeit.

E

Energierücklaufzeit
Als Energierücklaufzeit wird die Zeit bezeichnet, die eine Photovoltaikanlage benötigt, um die bei der Herstellung benötigte Energie zu erzeugen.

Ertrag
Der Ertrag einer Photovoltaikanlage mit ein kWp installierter Leistung liegt in Süddeutschland nach dem aktuellen Stand der Technik bei etwa 930 bis 1.100 kWh im Jahr, je nach Zellentyp, Dachneigung, Ausrichtung, Sonneneinstrahlung und Temperatur. Da das Wetter nicht jedes Jahr die gleichen Einstrahlungswerte liefert, geht man in Simulationsrechnungen von den gemittelten Werten der letzten zehn Jahre für den jeweiligen Standort aus.

F

Fotovoltaik
Die Erzeugung von elektrischem Strom aus Sonnenenergie wird als Fotovoltaik/Photovoltaik bezeichnet. In Solarzellen, die meist aus Silizium bestehen, werden unter Zufuhr von Licht oder Wärme positive und negative Ladungsträger freigesetzt (sogenannter Photoeffekt) und so Gleichstrom erzeugt, der dann direkt Motoren antreiben oder Akkus aufladen kann. In Deutschland wird der durch Fotovoltaik/Photovoltaik erzeugte Strom vorwiegend in das öffentliche Stromnetz eingespeist (= netzgekoppelte Fotovoltaik-Anlagen/Phtovoltaikanlagen). In Ländern ohne öffentliches Stromnetz werden häufig Inselanlagen betrieben, die nicht an das öffentliche Stromnetz gekoppelt sind und meist nur Energie für die eigene Energieversorgung produzieren. Nach der neuen Rechtschreibung kann statt Fotovoltaik auch (altmodisch) Photovoltaik geschrieben werden. Oftmals gibt es Verwechslungen zwischen Solarstrom und Solarthermie da vorwiegend nur von Solaranlagen gesprochen wird. Eine Solarstromanlage produziert Strom und eine Solarthermieanlage erhitzt Brauchwasser mittels Sonnenkollektoren z.B. für die Heizung.

G

Gleichrichter
Gleichrichter werden in der Elektrotechnik zur Umwandlung von (meist sinusförmiger) Wechselspannung in Gleichspannung benutzt.

Gleichstrom
Gleichstrom ist ein elektrischer Strom, bei dem sich der Betrag und die Richtung nicht ändern. In der theoretischen Elektrotechnik wird nur zeitlich gleichbleibender Stromfluss als Gleichstrom bezeichnet. In der Praxis werden aber auch Mischströme mit größtenteils Gleichanteil als Gleichstrom bezeichnet, insbesondere, wenn die Schwankungen des Stroms für den Verbraucher nicht merkbar sind. Direkte Gleichstromquellen sind etwa Batterien, Akkus und Photovoltaische Zellen (Solaranlagen).

Globalstrahlung
Unter Globalstrahlung versteht man die gesamte Strahlungsenergie der Sonne, die pro Zeiteinheit auf eine horizontale Fläche auf der Erdoberfläche fällt. Sie setzt sich zusammen aus der auf direktem Weg eintreffenden Solarstrahlung, der Direktstrahlung und der Strahlung, die über Reflexion an Wolken, Wasser- und Staubteilchen die Erdoberfläche erreicht, die Diffusstrahlung. Gemessen wird die Globalstrahlung in Watt pro Quadratmeter (W/m²). Die Globalstrahlung beträgt bei wolkenlosem Himmel im Sommer in Mitteleuropa etwa 1.000 W/m². Bei trübem, wolkigem Wetter besteht sie nur aus dem Diffusstrahlungsanteil und ihr Wert sinkt auf Werte unter 100 W/m². Ab einem Wert von 120 W/m² spricht man von Sonnenschein.

H

Hinterlüftung
Die Hinterlüftung sorgt für eine Kühlung der Solarmodule und somit für einen maximalen Wirkungsgrad dieser.

Hot Spot
Ein Hot Spot entsteht bei der Abschattung eines Solarmoduls bzw. einer einzelnen Solarzelle.

I

Inselsystem
Ein Inselsystem ist ein Solarstromsystem, das zur Energieversorgung eines isoliert gelegenen Verbrauchers beiträgt, d.h. ohne an ein Netz gekoppelt zu sein. Der Strom wird folglich nicht ins Stromnetz eingespeist. Häufig findet man es in den Bergen oder in ländlichen Gegenden, die nicht an ein Stromnetz angeschlossen sind.

Investitionskosten
Für ein kWp installierte Leistung einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage muss man derzeit (Inbetriebnahme 2008) bei großen Freiflächenanlagen mit etwa 4.000 € rechnen, bei kleineren Dachanlagen je nach Montageaufwand mit ca. 4.800 €. Wenn man die Photovoltaikanlage selbst montiert, minimieren sich die Kosten. Die Kosten der Module, Wechselrichter, Installation und Versicherung sind in der Regel als Nettopreise (ohne Mehrwertsteuer) zu betrachten, da der Betreiber einer Photovoltaikanlage vom Finanzamt als Unternehmer betrachtet wird. Eine Gewerbeanmeldung ist aber in den meisten Fällen nicht notwendig.

K

Kilowattstunde (Abk. kWh)
Kilowattstunde, 1 Kilowatt (kW) sind 1.000 Watt. Eine Kilowattstunde ist eine Maßeinheit der elektrischen Energie.
Kosten
Für ein kWp installierte Leistung einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage muss man derzeit (Inbetriebnahme 2008) bei großen Freiflächenanlagen mit etwa 4.000 € rechnen, bei kleineren Dachanlagen je nach Montageaufwand mit ca. 4.800 €. Wenn man die Photovoltaikanlage selbst montiert, reduzieren sich die Kosten. Die Kosten der Module, Wechselrichter, Installation und Versicherung sind in der Regel als Nettopreise (ohne Mehrwertsteuer) zu betrachten, da der Betreiber einer Photovoltaikanlage vom Finanzamt als Unternehmer betrachtet wird.

L

Laderegler

O

Optischer Wirkungsgrad

Payback Period/Time
Als Payback Period/Time (zu deutsch gleich Amortisationszeit) wird die Zeit bezeichnet, in der die installierte Solarstromanlage durch Stromerzeugung die Investitionskosten wieder einspielt. Die Amortisationszeit ist dabei abhängig von der Einspeisevergütung (siehe EEG)und deren Laufzeit, den Investitionskosten sowie dem Energieertrag der Anlage pro Jahr.

Performance Ratio
Die Performance Ratio ist ein Bewertungskriterium für Photovoltaikanlagen, das unabhängig von der Ausrichtung der Solarstromanlage und der Globalstrahlung ist. Mit ihr lassen sich Photovoltaikanlagen an verschiedenen Standorten vergleichen. Als Performance Ratio wird das Verhältnis vom tatsächlichen Energieertrag der Photovoltaikanlage zum theoretisch möglichen Energieertrag bezeichnet. Es gibt an, wie die in Generatorebene eingestrahlte Energie ausgenutzt wird und ist somit ein Maß für die Qualität der gesamten Photovoltaikanlage.

Photoeffekt
Als Photoeffekt wird die Freisetzung von positiven und negativen Ladungsträgern (Gleichstrom) durch Zufuhr von Licht oder Wärme bezeichnet. Dabei wird die Energie eines Photons auf ein Elektron übertragen. Der Photoeffekt (auch äußerer photoelektischer Effekt genannt) ist Grundlage von Solarzellen.

 

Photon
Ein Photon ist ein Lichtteilchen, das sich in Form eines Energiepakets mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. In einer Solarzelle kann ein Photon seine Energie zur Erzeugung von Elektronen-Loch-Paaren abgeben.

Photovoltaik

Photovoltaik Anwendungsbereiche

Photovoltaik Energiepotential

Photovoltaik Geschichte

Photovoltaik Photovoltaikanlagen

Photovoltaik Versicherung

Polykristallines oder multikristallines Silizium

R

Reflexionsverluste
Reflexionsverluste werden durch dasjenige Licht erzeugt, das von der Oberfläche der Solarzelle reflektiert wird und somit nicht mehr zur Stromerzeugung beiträgt. Gegen Reflexionsverluste hilft eine Antireflexschicht.

S

STC, engl. Abk. für Standard Test Conditions
Als Standard Test Conditions (zu deutsch Standard Test Bedingungen) werden die genormten Bedingungen für die Messung der maximalen Nennleistung eines Solarmoduls bezeichnet. Die Bestrahlungsstärke beträgt dabei 1.000 W/m2 bei senkrechtem Lichteinfall, das Strahlenspektrum entspricht AM (Air Mass) 1.5 und die Zellentemperatur zählt 25°C.

Silizium
Silizium (von lat. silex „Kiesel“) ist ein chemisches Element mit dem Symbol Si und der Ordnungszahl 14. Es steht in der 4. Hauptgruppe (Tetrele) und 3. Periode des Periodensystems der Elemente. Es kann vier Bindungen mit Nachbar-Atomen eingehen und dabei harte und spröde Kristalle mit stabiler Diamantstruktur bilden kann. Nach Sauerstoff ist Silizium das zweithäufigste Element in der Erdkruste, kommt dort aber nur als Siliziumdioxid SiO2 (Quarz, Sand) vor. Elementares Silizium findet als Halbleiter in unterschiedlichen Reinheitsgraden Verwendung in der Photovoltaik (Solarzellen), der Metallurgie (Ferrosilizium) und in der Mikroelektronik (Halbleiter, Computerchips). Für photovoltaische Anwendungen muss das Rohsilizium aber weiter zum Solarsilizium (Sisg) gereinigt werden. Der Rohstoff Siliziumdioxid kann dabei zu polykristallinem Silizium, monokristallinem Silizium oder amorphem Silizium verarbeitet werden.

Solararchitektur
Die Solararchitektur beschreibt eine Form des Häuserbaus, bei der die Möglichkeiten zur passiven (Heizung, Warmwasser, Strom) und aktiven Nutzung von Sonnenenergie optimal ausgenutzt werden. Die wesentlichen Elemente dabei sind die Ausrichtung nach Süden, kleine Fenster nach Norden, große Fenster nach Süden und eine gute Wärmedämmung.

Solarenergie/Sonnenenergie
Die Sonnen- oder Solarenergie ist ein unbegrenzt zur Verfügung stehender Energieträger. Die Sonne schickt Strahlen mit einer Leistung von minimal etwa 20 W/m² an trüben und maximal 1.000 W/m² an wolkenlosen Tagen auf die Oberfläche der Erde. Diesen Energieträger ohne Schadstoffpotential gilt es zu nutzen. Dabei kann die Energie durch thermische Verfahren mit Sonnenkollektoren gewonnen werden, durch photovoltaische Verfahren (Photovoltaik) mit Hilfe von Solarzellen oder durch entsprechend sinnvolle architektonische Bauweise und Standortwahl von Gebäuden.

Solarer Deckungsbeitrag
Der solare Deckungsbeitrag gibt an, wie hoch der Anteil der – durch eine Photovoltaikanlage produzierten – Solarenergie an der in dem Haus insgesamt benötigten Energie ist. Beträgt der solare Deckungsbeitrag etwa 70 %, so werden 70 % der im Haus benötigten Energie durch die auf dem Dach installierte Photovoltaikanlage erbracht.

Solarkollektor
Ein Solarkollektor, auch Sonnenkollektor genannt, ist ein Energiewandler. Mit Hilfe des Sonnenkollektors wird absorbiertes Sonnenlicht direkt in Wärme umgewandelt. Die Wärme wird durch eine Flüssigkeit mit hoher Wärmekapazität, etwa Öl oder Wasser, aufgenommen, transportiert, und letztlich in einem Wärmetauscher abgegeben.

Solarmodul
Ein Solarmodul wandelt Strahlungsenergie in elektrische Energie um. Wesentliche Bauelemente eines Solarmoduls sind dabei die Solarzellen. Kennzeichnend für ein Solarmodul sind die elektrischen Anschlusswerte. Diese sind von den einzelnen Solarzellen und deren Verschaltung innerhalb des Moduls abhängig. Das Solarmodul kann einzeln verwendet werden oder zu Gruppen verschaltet in einer Photovoltaikanlage betrieben werden.

Solarsilizium
Als Solarsilizium werden Siliziumkristalle mit einem für Photovoltaikanwendungen ausreichend hohen Reinheitsgrad bezeichnet.

Solarzelle
Eine Solarzelle besteht aus Halbleitermaterialien wie etwa Silizium, Galliumarsenid oder Germanium. Die meisten Solarzellen bestehen heutzutage allerdings aus Silizium. Solarzellen absorbieren das Sonnenlicht und wandeln es in Gleichstrom um. Dieser Prozess nennt sich photovoltaischer Effekt. Dabei setzt die Lichteinstrahlung im Halbleiter negative und positive Ladungsträger frei. Ein internes elektrisches Feld trennt dann die freigesetzten Ladungsträger. Dadurch kommt es zu einer elektrischen Spannung zwischen den Metallkontakten, die an der Oberfläche der Solarzellen angebracht sind. Sobald sich der äußere Kreis schließt, fließt ein elektrischer Gleichstrom.

Sonnenkollektor
Ein Sonnenkollektor, auch Solarkollektor genannt, ist ein Energiewandler. Mit Hilfe des Sonnenkollektors wird absorbiertes Sonnenlicht direkt in Wärme umgewandelt. Die Wärme wird durch eine Flüssigkeit mit hoher Wärmekapazität, etwa Öl oder Wasser, aufgenommen, transportiert, und letztlich in einem Wärmetauscher abgegeben.

String
Als String (Modulstring) werden in mehreren Reihen geschaltete Solarzellen eines Moduls bezeichnet.

T

Tagesgang
Als Tagesgang wird die Leistungsabgabe einer Photovoltaikanlage, abhängig von der Tagesuhrzeit und damit dem Sonnenstand bezeichnet.

Tandemsolarzelle
Als Tandemsolarzelle wird eine Solarzelle bezeichnet, die aus zwei übereinanderliegenden Zellen besteht. Für die besonders einfache Herstellung von Tandemsolarzellen ist die Dünnschichttechnik gut geeignet.

Tedlar
Tedlar ist eine Kunststoffolie, die für die Laminierung von Solar-Modulen benutzt wird.

Temperaturkoeffizient
Der Temperaturkoeffizient zeigt an, um wieviel sich der Wirkungsgrad einer Solarzelle pro Grad Celsius verkleinert, wenn die Temperatur erhöht wird. Da kristalline Solarzellen einen im Vergleich recht hohen Temperaturkoeffizient haben, sollten Photovoltaikmodule/Solarmodule, die aus diesen Solarzellen bestehen, immer ausreichend belüftet werden.

Theoretischer Wirkungsgrad
Als Theoretischer Wirkungsgrad wird der Wirkungsgrad einer Solarzelle unter idealen Bedingungen bezeichnet.

Total area, engl. für Gesamtfläche
Die “total area” ist bei der Festlegung des Wirkungsgrades von Photovoltaikmodulen/Solarmodulen wichtig.

Treibhauseffekt
Der Treibhauseffekt wird überwiegend durch den Ausstoß von Treibhausgasen verursacht, die durch menschliches Handeln hervorgerufen werden. Durch die in der Atmosphäre angesammelten Treibhausgase wird die Wärmerückstrahlung von der Erdoberfläche ins All blockiert. Dies ist eigentlich ein natürlicher Prozess. Doch durch die industrialisierte Welt steigt der Anteil der Spurengase, so dass es zu einer überdurchschnittlichen Erwärmung kommt. Als relevante Treibhausgase wurden im Kyoto-Protokoll folgende Stoffe festgelegt: teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (F-KKW/HFC), Kohlenstoffdioxid (CO2), Distickstoffoxid (N2O), Schwefelhexaflourid (SF6) und Methan (CH4).

Tripelsolarzelle
Als Tripelsolarzelle wird eine Solarzelle bezeichnet, die aus drei übereinanderliegenden Zellen besteht. Für die besonders einfache Herstellung von Tripelsolarzellen ist die Dünnschichttechnik gut geeignet.

U

U, Abk. für die elektrische Spannung
U ist die Abk. für die elektrische Spannung. Sie wird in Einheiten von Volt (Abk.V) gemessen.

V

Volt, Abk. V
Volt ist eine Maßeinheit für die elektrische Spannung.

W

Wafer
Als Wafer wird eine dünne Scheibe aus Halbleitermaterial bezeichnet. Ein Wafer wird als Trägermaterial zur Herstellung von Computerchips und Solarzellen benutzt. Die Scheiben werden normalerweise von Halbleiterblöcken gesägt und sind 0,2 bis 0,3 Millimeter dick.

Watt-Peak, (Abk. Wp)
Watt-Peak ist ein Maß für die Leistungsfähigkeit von Solarzellen und Photovoltaikmodulen/Solarmodulen. Dabei wird die maximal abgegebene elektrische Leistung bei senkrechter Einstrahlung eines AM 1.5 Sonnenspektrums gemessen.

Wechselrichter
Ein Wechselrichter wandelt den erzeugten Gleichstrom der Solarzellen in Wechselstrom um. Der Wechselrichter entnimmt der Photovoltaikanlage dabei die Leistung am Maximum Power Point.

Wechselstrom
Als Wechselstrom wird der Strom bezeichnet, dessen Polarität ständig wechselt. Im deutschen Stromnetz fließt etwa ein Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz (Hertz), d.h. er nimmt in einer Sekunde 50 Mal einen negativen bzw. einen positiven Wert an. Wechselstrom wird durch einen Generator oder Wechselrichter erzeugt.

Wirkungsgrad
Als Modulwirkungsgrad wird das Verhältnis der abgegebenen Energie zur eingestrahlten Energie, bezogen auf die Modulfläche, bezeichnet. Die Wirkungsgrade marktüblicher Photovoltaikmodule/Solarmodule liegen zwischen 6 und 9 % bei Dünnschichtmodulen und bei monokristallinen Modulen zwischen 14 und 19 %. Für die Gesamtbetrachtung müssen allerdings noch die Verluste des Wechselrichters mit einbezogen werden.

Z

Zellenwirkungsgrad
Als Zellenwirkungsgrad wird das Verhältnis der abgegebenen Energie zur eingestrahlten Energie bezogen auf die Fläche einer Zelle bezeichnet.