Aufbau und Funktionsweise
In diesem Kapitel möchte ich dir den grundsätzlichen Aufbau und die Funktionsweise von Solarmodulen erklären.
Alle Solarmodule bestehen aus einzelnen Solarzellen. Eine einzelne Solarzelle erzeugt in der Regel eine Spannung zwischen 0,5 V und 0,7 V – und zwar dann, wenn noch kein Strom abgenommen wird. Das nennt man Leerlaufspannung. Werden jetzt mehrere Zellen in Reihe verschaltet, entsteht ein Strang (engl. String) und die Spannung des gesamten Moduls steigt. Um am Ende ein Solarmodul zu erhalten, werden diese Stränge ebenfalls in Reihe miteinander verbunden.
So entsteht aus mehreren Solarzellen ein gesamtes Modul. Das abgebildete Solarmodul hat damit eine Gesamtspannung von 21,6 V, wenn man von 36 Zeiner Zellspannung von 0,6 V ausgeht.
Die Funktion von Solarmodulen ist im Grunde sehr einfach. Sobald genügend Licht auf eine einzelne Zelle trifft, wird durch das Licht ein Stromfluss erzeugt. Die Spannung der Zelle ist nahezu unabhängig von der Lichtintensität. Deshalb spricht man bei Solarzellen auch davon, dass sie sich wie Stromquellen verhalten – sie liefern mehr Strom, je heller es ist, während die Spannung weitgehend konstant bleibt.
Da ein Strang aus mehreren in Reihe geschalteten Solarzellen besteht, kann im gesamten Strang nur so viel Strom fließen, wie die “schwächste” Zelle erzeugt. Man kann sich das Ganze wie in einem Rohr mit Wasser vorstellen. Auch hier muss an jeder Stelle gleich viel Wasser fließen. Wenn an einer einzelnen Stelle kein Wasser fließen kann, weil beispielsweise ein Hahn geschlossen ist, kann nirgendwo im Rohr Wasser fließen. Das gleiche gilt für einen elektrischen Stromkreis.
Der Stromfluss muss an allen Stellen gleich groß sein, da es ein in sich geschlossenes System ist. Daraus folgt, dass sobald eine Zelle keinen Strom erzeugt, weil diese entweder defekt ist oder vollständig im Schatten liegt, der gesamte Strang bzw. Modul keinen Strom mehr erzeugt.
Dies ist vereinfacht auf dem folgenden Bild dargestellt. Da eine Zelle im Schatten liegt und damit der Stromfluss auf Grund der physikalischen Eigenschaften der Zelle nicht möglich ist, wirkt diese Zelle wie eine Engstelle oder Blockade im Rohrsystem – vergleichbar mit einem fast geschlossenen Wasserhahn – und verhindert, dass der Strom weiterfließt. Da es keinen anderen Weg von + nach – gibt, fließt im gesamten Solarpanel kein Strom.
Auf Grund dieser Eigenschaft gibt es ein weiteres wichtiges Bauteil im Zusammenhang mit dem Aufbau von Solarmodulen: die Bypass Dioden. Diese Dioden bieten dem Strom eine Abkürzung um einen Strang herum. Das bedeutet, dass sobald eine Zelle in einem Strang ausfällt und damit der gesamte Strang keinen Strom mehr erzeugt, kann der Strom dank der Bypass-Diode an dem betroffenen Strang vorbeifließen, anstatt durch die nicht mehr funktionierende Zelle. Dadurch bleibt der 2. Strang des Moduls weiter funktionsfähig.
In dem abgebildeten Beispiel kann der Strom über die erste Bypass Diode 1 fließen. Die zweite Bypass Diode bleibt weiterhin geschlossen, sodass der Strom dann durch den zweiten Strang des Moduls fließt.
Jetzt hast du bereits die grundlegende Funktionsweise von Solarmodulen und den Trick mit den Bypass Dioden verstanden. Im Kapitel – Verschaltung Solarmodule zeigen wir dir, wie du Solarmodule miteinander verschalten kannst und welche Verschaltung für dich die Richtige ist.