Sonnenkollektor

Photovoltaik-Solarmodule absorbieren Sonnenlicht als Energiequelle zur Stromerzeugung. Ein Photovoltaik (PV) -Modul ist eine gepackte, verbundene Baugruppe aus typischerweise 6×10 Photovoltaik-Solarzellen. Photovoltaikmodule bilden die Photovoltaik einer Photovoltaikanlage, die Solarstrom in gewerblichen und privaten Anwendungen erzeugt und liefert.

Jedes Modul wird durch seine DC-Ausgangsleistung unter Standardtestbedingungen (STC) bewertet und liegt typischerweise im Bereich von 100 bis 365 Watt (W). Die Effizienz eines Moduls bestimmt die Fläche eines Moduls bei gleicher Nennleistung – ein Modul mit 8% Wirkungsgrad und 230 W hat die doppelte Fläche eines 16% effizienten 230-W-Moduls. Es gibt einige kommerziell verfügbare Solarmodule, die die Effizienz von 24% übersteigen

Ein einzelnes Solarmodul kann nur eine begrenzte Menge Strom produzieren; Die meisten Installationen enthalten mehrere Module. Ein Photovoltaiksystem umfasst typischerweise eine Anordnung von Photovoltaikmodulen, einen Wechselrichter, ein Batteriepaket zur Speicherung, eine Verbindungsverdrahtung und optional einen Solarnachführungsmechanismus.

Die häufigste Anwendung der Sonnenenergiegewinnung außerhalb der Landwirtschaft sind Solarwasserheizsysteme.

Der Preis für Solarstrom ist weiter gesunken, so dass er in vielen Ländern seit 2012 billiger geworden ist als herkömmlicher fossiler Strom aus dem Stromnetz, ein Phänomen, das als Netzparität bekannt ist.

Theorie und Konstruktion
Photovoltaikmodule nutzen Lichtenergie (Photonen) von der Sonne, um durch den photovoltaischen Effekt Elektrizität zu erzeugen. Die Mehrzahl der Module verwendet kristalline Siliziumzellen oder Dünnschichtzellen auf Waferbasis. Das strukturelle (lasttragende) Element eines Moduls kann entweder die obere Schicht oder die hintere Schicht sein. Zellen müssen auch vor mechanischer Beschädigung und Feuchtigkeit geschützt werden. Die meisten Module sind starr, aber auch halbflexible, die auf Dünnschichtzellen basieren. Die Zellen müssen elektrisch in Reihe miteinander verbunden sein.

An der Rückseite des Solarmoduls ist eine PV-Anschlussdose angebracht, die die Ausgangsschnittstelle bildet. Auf der Außenseite verwenden die meisten Photovoltaikmodule MC4-Steckverbinder, um einfache wetterfeste Verbindungen mit dem Rest des Systems zu ermöglichen. Außerdem kann eine USB-Stromschnittstelle verwendet werden.

Die elektrischen Anschlüsse des Moduls werden in Reihe geschaltet, um eine gewünschte Ausgangsspannung oder parallel zu erreichen, um eine gewünschte Stromstärke (Ampere) bereitzustellen. Die leitenden Drähte, die den Strom von den Modulen ableiten, können Silber, Kupfer oder andere nichtmagnetische leitfähige Übergangsmetalle enthalten. Bypass-Dioden können im Falle einer partiellen Modulschattierung eingebaut oder extern verwendet werden, um die Ausgabe von noch beleuchteten Modulabschnitten zu maximieren.

Einige spezielle Solar-PV-Module enthalten Konzentratoren, in denen Licht durch Linsen oder Spiegel auf kleinere Zellen fokussiert wird. Dies ermöglicht den kostengünstigen Einsatz von Zellen mit hohen Kosten pro Flächeneinheit (wie Galliumarsenid).

Sonnenkollektoren verwenden auch Metallrahmen, die aus Gestellkomponenten, Halterungen, Reflektorformen und Trögen bestehen, um die Plattenstruktur besser zu stützen.

Geschichte
Im Jahr 1839 beobachtete Alexandre-Edmond Becquerel erstmals die Fähigkeit einiger Materialien, durch Lichteinwirkung eine elektrische Ladung zu erzeugen. Diese Beobachtung wurde erst 1873 wiederholt, als Willoughey Smith entdeckte, dass die Ladung durch Licht verursacht werden könnte, das auf Selen trifft. Nach dieser Entdeckung veröffentlichten William Grylls Adams und Richard Evans Day 1876 „Die Wirkung von Licht auf Selen“ und schilderten das Experiment, das sie verwendeten, um Smiths Ergebnisse zu replizieren. Im Jahr 1881 schuf Charles Fritts das erste kommerzielle Solarpanel, das von Fritts als „kontinuierlich, konstant und von beträchtlicher Stärke, nicht nur durch Sonneneinstrahlung, sondern auch durch diffuses, diffuses Tageslicht“ beschrieben wurde. Diese Solarpaneele waren jedoch sehr ineffizient, insbesondere im Vergleich zu Kohlekraftwerken. Im Jahr 1939 schuf Russell Ohl das Solarzellen-Design, das in vielen modernen Solarmodulen verwendet wird. Er patentierte sein Design im Jahr 1941. Im Jahr 1954 wurde dieses Design erstmals von Bell Labs verwendet, um die erste kommerziell brauchbare Silizium-Solarzelle zu schaffen.

Effizienz
Abhängig von der Konstruktion können Photovoltaikmodule Elektrizität aus einer Reihe von Lichtfrequenzen erzeugen, können aber normalerweise nicht den gesamten Sonnenbereich abdecken (insbesondere ultraviolettes, infrarotes und schwaches oder diffuses Licht). Daher wird ein Großteil der einfallenden Sonnenlichtenergie durch Solarmodule verschwendet, und sie können weit höhere Wirkungsgrade ergeben, wenn sie mit monochromatischem Licht beleuchtet werden. Daher besteht ein anderes Entwurfskonzept darin, das Licht in sechs bis acht verschiedene Wellenlängenbereiche aufzuspalten, die eine andere Lichtfarbe erzeugen und die Strahlen auf verschiedene Zellen richten, die auf diese Bereiche abgestimmt sind. Es wurde prognostiziert, dass dies in der Lage ist, die Effizienz um 50% zu steigern.

Wissenschaftler der Boeing-Tochter Spectrolab haben über die Entwicklung von Mehrfachsolarzellen mit einem Wirkungsgrad von mehr als 40% berichtet, einem neuen Weltrekord für Solarzellen. Die Spectrolab-Wissenschaftler sagen auch voraus, dass Konzentrator-Solarzellen in der Zukunft Wirkungsgrade von mehr als 45% oder sogar 50% erreichen könnten, wobei die theoretischen Wirkungsgrade bei Zellen mit mehr als drei Verbindungen bei etwa 58% liegen.

Gegenwärtig liegt die beste erzielte Sonnenlichtumwandlungsrate (Solarmodul-Effizienz) bei neuen kommerziellen Produkten bei etwa 21,5%, die typischerweise niedriger als die Wirkungsgrade ihrer isolierten Zellen sind. Die effizientesten massenproduzierten Solarmodule [umstritten – diskutieren] haben Leistungsdichtewerte von bis zu 175 W / m2 (16,22 W / ft2).

Untersuchungen vom Imperial College in London haben gezeigt, dass die Effizienz eines Solarpanels verbessert werden kann, indem die lichtempfangende Halbleiteroberfläche mit Aluminium-Nanozylindern bestückt wird, die den Graten auf Lego-Blöcken ähnlich sind. Das gestreute Licht bewegt sich dann auf einem längeren Weg im Halbleiter, was bedeutet, dass mehr Photonen absorbiert und in Strom umgewandelt werden können. Obwohl diese Nanocylinder bereits früher verwendet wurden (Aluminium war Gold und Silber vorangestellt), trat die Lichtstreuung im nahen Infrarotbereich auf und sichtbares Licht wurde stark absorbiert. Es wurde gefunden, dass Aluminium den ultravioletten Teil des Spektrums absorbiert hat, während der sichtbare und nahinfrarote Teil des Spektrums an der Aluminiumoberfläche gestreut wurde. Dies, so die Forschung, könnte die Kosten erheblich senken und die Effizienz verbessern, da Aluminium häufiger und kostengünstiger ist als Gold und Silber. Die Studie stellte auch fest, dass die Stromerhöhung Dünnschicht-Solarmodule technisch machbar macht, ohne „Kompromisse bei der Energieumwandlung zu machen und somit den Materialverbrauch zu reduzieren“.

Die Effizienz des Solarmoduls kann durch den MPP-Wert (Maximum Power Point) der Solarmodule berechnet werden
Solarwechselrichter wandeln die Gleichstromleistung in einen Wechselstrom um, indem sie einen MPPT-Prozess durchführen: Solarwechselrichter tastet die Ausgangsleistung (IV-Kurve) von der Solarzelle ab und wendet den geeigneten Widerstand (Last) auf Solarzellen an, um maximale Leistung zu erhalten.
MPP (Maximum Power Point) des Solarpanels besteht aus MPP Spannung (V mpp) und MPP Strom (I mpp): es ist eine Kapazität des Solarpanels und der höhere Wert kann einen höheren MPP ergeben.
Mikroinvertierte Solarpanels werden parallel verdrahtet, was mehr Output produziert als normale Panels, die in Serie mit dem Output der Serie verbunden sind, die durch das Panel mit der niedrigsten Leistung bestimmt wird (dies wird als „Weihnachtslichteffekt“ bezeichnet). Micro-Wechselrichter arbeiten unabhängig voneinander, so dass jedes Panel seine maximale mögliche Leistung bei vorhandenem Sonnenlicht liefert.

Technologie
Die meisten Solarmodule werden derzeit aus kristallinen Silizium (c-Si) Solarzellen aus multikristallinem und monokristallinem Silizium hergestellt. Im Jahr 2013 machte kristallines Silizium mehr als 90 Prozent der weltweiten PV-Produktion aus, während der Rest des Gesamtmarktes aus Dünnschichttechnologien besteht, die Cadmiumtellurid, CIGS und amorphes Silizium verwenden

Neue Technologien der dritten Generation nutzen fortschrittliche Dünnschichtzellen. Sie erzeugen eine relativ hocheffiziente Umwandlung für die niedrigen Kosten im Vergleich zu anderen Solartechnologien. Auch werden kostenintensive, hocheffiziente und dicht gepackte rechteckige Mehrfachübergangszellen (MJ-Zellen) vorzugsweise in Sonnenkollektoren auf Raumfahrzeugen verwendet, da sie das höchste Verhältnis von erzeugter Leistung pro Kilogramm in den Weltraum bieten. MJ-Zellen sind Verbindungshalbleiter und bestehen aus Galliumarsenid (GaAs) und anderen Halbleitermaterialien. Eine weitere aufstrebende PV-Technologie mit MJ-Zellen ist die Konzentrator-Photovoltaik (CPV).

Dünner Film
In starren Dünnschichtmodulen werden die Zelle und das Modul in derselben Produktionslinie hergestellt. Die Zelle wird auf einem Glassubstrat oder Superstrat erzeugt, und die elektrischen Verbindungen werden in situ erzeugt, eine sogenannte „monolithische Integration“. Das Substrat oder Superstrat wird mit einem Verkapselungsmittel auf eine Vorder- oder Rückschicht laminiert, gewöhnlich eine andere Glasplatte. Die Hauptzelltechnologien in dieser Kategorie sind CdTe oder a-Si oder a-Si + uc-Si-Tandem oder CIGS (oder Variante). Amorphes Silizium hat eine Sonnenlichtkonversionsrate von 6-12%

Flexible Dünnschichtzellen und -module werden auf derselben Produktionslinie erzeugt, indem die photoaktive Schicht und andere notwendige Schichten auf einem flexiblen Substrat abgeschieden werden. Wenn das Substrat ein Isolator ist (z. B. Polyester- oder Polyimidfilm), kann eine monolithische Integration verwendet werden. Wenn es sich um einen Leiter handelt, muss eine andere Technik für die elektrische Verbindung verwendet werden. Die Zellen werden zu Modulen zusammengesetzt, indem sie auf der Vorderseite mit einem transparenten farblosen Fluorpolymer (typischerweise ETFE oder FEP) und einem Polymer, das zum Verbinden mit dem Endsubstrat auf der anderen Seite geeignet ist, laminiert werden.

Intelligente Solarmodule
Mehrere Unternehmen haben begonnen, Elektronik in PV-Module einzubetten. Dies ermöglicht die Durchführung der MPPT (Maximum Power Point Tracking) für jedes einzelne Modul und die Messung der Leistungsdaten für die Überwachung und Fehlererkennung auf Modulebene. Einige dieser Lösungen nutzen Leistungsoptimierer, eine DC / DC-Wandlertechnologie, die entwickelt wurde, um die Energieausbeute von Photovoltaikanlagen zu maximieren. Ab etwa 2010 kann eine solche Elektronik auch Abschattungseffekte kompensieren, wobei ein Schatten, der über einen Abschnitt eines Moduls fällt, bewirkt, dass die elektrische Ausgabe von einer oder mehreren Zellenfolgen in dem Modul auf Null fällt, aber nicht die Ausgabe des gesamtes Modul fällt auf Null.

Leistung und Degradation
Die Modulleistung wird im Allgemeinen unter Standardtestbedingungen (STC) bewertet: Bestrahlungsstärke von 1.000 W / m2, Sonnenspektrum von AM 1.5 und Modultemperatur von 25 ° C.

Zu den elektrischen Eigenschaften gehören Nennleistung (PMAX, gemessen in W), Leerlaufspannung (VOC), Kurzschlussstrom (ISC, gemessen in Ampere), maximale Versorgungsspannung (VMPP), maximaler Leistungsstrom (IMPP), Spitzenleistung, (Watt -peak, Wp) und Modul-Effizienz (%).

Nennspannung bezieht sich auf die Spannung der Batterie, für die das Modul am besten geeignet ist; Dies ist ein Überbleibsel aus der Zeit, als Solarmodule nur zum Laden von Batterien verwendet wurden. Der tatsächliche Spannungsausgang des Moduls ändert sich, wenn sich die Licht-, Temperatur- und Lastbedingungen ändern, so dass niemals eine bestimmte Spannung an dem Modul anliegt. Die Nennspannung ermöglicht dem Benutzer auf einen Blick sicherzustellen, dass das Modul mit einem bestimmten System kompatibel ist.

Leerlaufspannung oder VOC ist die maximale Spannung, die das Modul erzeugen kann, wenn es nicht an eine elektrische Schaltung oder ein System angeschlossen ist. VOC kann mit einem Voltmeter direkt an den Klemmen eines beleuchteten Moduls oder an seinem abgetrennten Kabel gemessen werden.

Die Spitzenleistung, Wp, ist die maximale Ausgangsleistung unter Standardtestbedingungen (nicht die maximal mögliche Ausgangsleistung). Typische Module, die etwa 1 m × 2 m oder 3 ft 3 in × 6 ft 7 in messen können, werden je nach Effizienz von 75 W bis zu 350 W ausgelegt. Zum Testzeitpunkt werden die Testmodule entsprechend ihren Testergebnissen gruppiert, und ein typischer Hersteller kann seine Module in 5-W-Schritten bewerten und sie entweder mit +/- 3%, +/- 5%, + 3 / bewerten. -0% oder + 5 / -0%.
Die Fähigkeit von Solarmodulen, Schäden durch Regen, Hagel, starke Schneelasten und Zyklen von Hitze und Kälte zu widerstehen, variiert je nach Hersteller, obwohl die meisten Solarpanels auf dem US-Markt UL-gelistet sind, was bedeutet, dass sie Hagelprüfungen unterzogen wurden. Viele Hersteller von kristallinen Siliziummodulen bieten eine beschränkte Garantie, die eine elektrische Produktion für 10 Jahre bei 90% der Nennleistung und 25 Jahre bei 80% garantiert.

Potential induzierte Degradation (auch PID genannt) ist eine potentiell induzierte Leistungsverschlechterung in kristallinen Photovoltaikmodulen, die durch sogenannte Streuströme verursacht wird. Dieser Effekt kann zu einem Leistungsverlust von bis zu 30% führen.

Die größte Herausforderung für die Photovoltaik-Technologie wird darin gesehen, dass der Anschaffungspreis pro Watt produzierter Elektrizität, neue Materialien und Herstellungstechniken den Preis für die Leistung verbessern. Das Problem liegt in der enormen Aktivierungsenergie, die ein Photon überwinden muss, um ein Elektron für die Ernte zu erregen. Fortschritte in photovoltaischen Technologien haben den Prozess des „Dotierens“ des Siliziumsubstrats mit sich gebracht, um die Aktivierungsenergie zu senken, wodurch das Feld beim Umwandeln von Photonen in wiedergewinnbare Elektronen effizienter gemacht wird.

Chemikalien wie Bor (p-Typ) werden in den Halbleiterkristall eingebracht, um Donator- und Akzeptor-Energieniveaus wesentlich näher an den Valenz- und Leiterbanden zu erzeugen. Auf diese Weise ermöglicht die Zugabe von Bor-Verunreinigung eine 20-fache Verringerung der Aktivierungsenergie von 1,12 eV auf 0,05 eV. Da die Potentialdifferenz (EB) so gering ist, kann das Bor bei Raumtemperatur thermisch ionisieren. Dies ermöglicht freie Energieträger in den Leitungs- und Valenzbändern, wodurch eine größere Umwandlung von Photonen in Elektronen ermöglicht wird.

Instandhaltung
Die Umwandlungseffizienz von Solarmodulen, typischerweise im Bereich von 20%, wird durch Staub, Schmutz, Pollen und andere Partikel verringert, die sich auf dem Solarpanel ansammeln. „Ein schmutziges Solarmodul kann seine Leistungsfähigkeiten in hohen Staub- / Pollen- oder Wüstengebieten um bis zu 30% reduzieren“, sagt Seamus Curran, außerordentlicher Professor für Physik an der Universität von Houston und Direktor des auf Nanoelektronik spezialisierten Instituts für NanoEnergie Design, Engineering und Montage von Nanostrukturen.

Die Bezahlung von Solaranlagen ist oft keine gute Investition. Forscher fanden heraus, dass Platten, die während einer Sommertrockenheit in Kalifornien 145 Tage lang nicht gereinigt oder geregnet worden waren, nur 7,4% ihrer Effizienz verloren. Insgesamt würden Waschpaneele in der Mitte des Sommers bei einer typischen Solaranlage mit 5 kW in einer bloßen Steigerung der Stromproduktion um 20 USD resultieren, bis die sommerliche Dürre vorüber ist – in etwa 2 ½ Monaten. Bei größeren kommerziellen Dachsystemen sind die finanziellen Verluste größer, aber immer noch selten genug, um die Kosten für das Waschen der Platten zu rechtfertigen. Durchschnittlich verloren die Panels etwas weniger als 0,05% ihrer Gesamteffizienz pro Tag.

Recycling
Die meisten Teile eines Solarmoduls können recycelt werden, einschließlich bis zu 95% bestimmter Halbleitermaterialien oder des Glases sowie große Mengen an Eisen- und Nichteisenmetallen. Einige private Unternehmen und gemeinnützige Organisationen führen derzeit Rücknahme- und Recyclingverfahren für Altmodule durch.

Die Recyclingmöglichkeiten hängen von der Art der Technologie ab, die in den Modulen verwendet wird:

Module auf Siliziumbasis: Aluminiumrahmen und Anschlussdosen werden zu Beginn des Prozesses manuell demontiert. Das Modul wird dann in einer Mühle zerkleinert und die verschiedenen Fraktionen werden getrennt – Glas, Kunststoffe und Metalle. Es ist möglich, mehr als 80% des eingehenden Gewichts zu gewinnen. Dieser Prozess kann von Flachglas-Recyclern durchgeführt werden, da die Morphologie und Zusammensetzung eines PV-Moduls ähnlich zu jenen Flachgläsern ist, die in der Bau- und Automobilindustrie verwendet werden. Das wiedergewonnene Glas wird zum Beispiel von der Glasschaum- und Glasisolierungsindustrie ohne weiteres akzeptiert.
Nicht-siliziumbasierte Module: Sie erfordern spezielle Recycling-Technologien wie die Verwendung von chemischen Bädern, um die verschiedenen Halbleitermaterialien zu trennen. Bei Cadmiumtellurid-Modulen beginnt der Recyclingprozess mit der Zerkleinerung des Moduls und anschließender Trennung der verschiedenen Fraktionen. Dieser Recyclingprozess ist darauf ausgerichtet, bis zu 90% des Glases und 95% der enthaltenen Halbleitermaterialien zurückzugewinnen. In den letzten Jahren wurden einige private Recyclinganlagen von privaten Unternehmen geschaffen. Für Aluminium-Flachplattenreflektoren: Die Tendenz der Reflektoren wurde durch die Herstellung einer dünnen Schicht (etwa 0,016 mm bis 0,024 mm) der Aluminiumbeschichtung, die sich in den nicht recycelten Kunststoff-Lebensmittelverpackungen befindet, erhöht.
Seit 2010 findet jährlich eine europäische Konferenz statt, bei der Hersteller, Recycler und Forscher die Zukunft des PV-Modul-Recyclings betrachten.

Produktion
Im Jahr 2010 wurden 15,9 GW Solaranlagen fertiggestellt, wobei Solar PV-Preiserhebungen und das Marktforschungsunternehmen PVinsights im Jahresvergleich ein Wachstum von 117,8% bei der Installation von Solaranlagen verzeichnen konnten.

Mit einem über 100-prozentigen Zuwachs bei der Installation von PV-Systemen haben die Hersteller von PV-Modulen im Jahr 2010 ihren Absatz von Solarmodulen drastisch erhöht. Sie haben ihre Kapazitäten aktiv ausgebaut und sich zu Gigawatt-GW-Playern entwickelt. Laut PVinsights sind fünf der Top-Ten-PV-Modul-Unternehmen im Jahr 2010 GW-Player. Suntech, First Solar, Sharp, Yingli und Trina Solar sind jetzt GW-Produzenten, und die meisten von ihnen haben ihre Lieferungen im Jahr 2010 verdoppelt.

Die Grundlage für die Herstellung von Solarmodulen ist die Verwendung von Siliziumzellen. Diese Siliziumzellen sind typischerweise 10-20% effizient bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität, wobei neuere Produktionsmodelle jetzt 22% übersteigen. Um die Effizienz von Solarmodulen zu erhöhen, haben Forscher auf der ganzen Welt versucht, neue Technologien zu entwickeln, um Sonnenkollektoren effektiver zu machen, Sonnenlicht in Energie umzuwandeln.

Im Jahr 2014 waren Yingli, Trina Solar, Sharp Solar und Canadian Solar die weltweit führenden vier Hersteller von Solarmodulen im Hinblick auf die ausgelieferte Kapazität im Kalenderjahr 2014.

Preis
Durchschnittliche Preisinformationen sind in drei Preiskategorien unterteilt: diejenigen, die kleine Mengen kaufen (Module aller Größen im Kilowatt-Bereich jährlich), mittlere Käufer (in der Regel bis zu 10 MWp pro Jahr) und große Mengen Käufer (selbsterklärend und mit Zugang) zu den niedrigsten Preisen). Auf lange Sicht gibt es eindeutig eine systematische Senkung der Preise für Zellen und Module. Zum Beispiel wurde 2012 geschätzt, dass die Mengenkosten pro Watt etwa 0,60 US-Dollar betrugen, was 250-mal niedriger war als die Kosten im Jahr 1970 von 150 US-Dollar. Eine Studie aus dem Jahr 2015 zeigt, dass der Preis pro kWh seit 1980 um 10% pro Jahr gesunken ist und prognostiziert, dass die Sonnenenergie bis 2030 20% des gesamten Stromverbrauchs beitragen könnte, während die Internationale Energieagentur bis 2050 16% prognostiziert.

Die Kosten für die reale Energieproduktion hängen stark von den lokalen Wetterbedingungen ab. In einem wolkigen Land wie dem Vereinigten Königreich sind die Kosten pro erzeugter kWh höher als in sonnigeren Ländern wie Spanien.

Nach RMI, Balance-of-System (BoS) -Elementen, sind dies Nichtmodulkosten von Nicht-Mikrowechselrichter-Solarmodulen (wie Verkabelung, Konverter, Regalsysteme und verschiedene Komponenten), die etwa die Hälfte der Gesamtkosten von Installationen ausmachen.

Bei Solarkraftwerken für Händler, bei denen der Strom in das Stromübertragungsnetz verkauft wird, müssen die Kosten für Solarenergie mit dem Stromgroßhandelspreis übereinstimmen. Dieser Punkt wird manchmal „Großhandelsnetzparität“ oder „Sammelschienenparität“ genannt.

Einige Photovoltaikanlagen, beispielsweise Aufdachanlagen, können Strom direkt an einen Stromnutzer liefern. In diesen Fällen kann die Installation wettbewerbsfähig sein, wenn die Ausgabekosten mit dem Preis übereinstimmen, zu dem der Nutzer seinen Stromverbrauch bezahlt. Diese Situation wird manchmal als „Grid Parity“, „Socket Parity“ oder „Dynamic Grid Parity“ bezeichnet. Die von UN-Energy im Jahr 2012 durchgeführten Untersuchungen deuten darauf hin, dass Gebiete in sonnenreichen Ländern mit hohen Strompreisen wie Italien, Spanien und Australien sowie Gebiete mit Dieselgeneratoren die Netzparität für Endkunden erreicht haben.

Montage und Tracking
Freiflächen-Photovoltaikanlagen sind in der Regel große, großtechnische Solarkraftwerke. Ihre Solarmodule werden von Gestellen oder Gestellen gehalten, die an bodengestützten Montageträgern befestigt sind. Bodengestützte Montagehalterungen umfassen:

Masthalterungen, die direkt in den Boden getrieben oder in Beton eingebettet werden.
Fundamenthalterungen, wie Betonplatten oder gegossene Fundamente
Ballasted Fußstützen, wie Beton oder Stahlbasen, die Gewicht verwenden, um das Solarmodulsystem in Position zu sichern und keine Bodenpenetration benötigen. Diese Art von Montagesystem eignet sich gut für Standorte, an denen keine Ausgrabungen möglich sind, wie z. B. bei gekappten Deponien, und vereinfacht die Außerbetriebnahme oder die Verlegung von Solarmodulsystemen.
Aufdach-Solaranlagen bestehen aus Solarmodulen, die von Gestellen oder Gestellen gehalten werden, die an Dachstützen befestigt sind. Zu den auf dem Dach basierenden Montagehalterungen gehören:

Masthalterungen, die direkt an der Dachkonstruktion befestigt sind und zusätzliche Schienen zur Befestigung der Modulregale oder Rahmen verwenden können.
Ballasted Fußhalterungen, wie Beton oder Stahlbasen, die Gewicht verwenden, um das Plattensystem in Position zu sichern, und nicht durch Eindringen erfordern. Diese Befestigungsmethode ermöglicht die Außerbetriebnahme oder Verlagerung von Solarpanelsystemen ohne Beeinträchtigung der Dachkonstruktion.
Alle Kabel, die benachbarte Solarmodule mit dem Energy Harvesting-Gerät verbinden, müssen gemäß den örtlichen Vorschriften installiert und in einem den klimatischen Bedingungen entsprechenden Kabelkanal verlegt werden
Solar-Nachführsysteme erhöhen die Menge an Energie, die pro Modul erzeugt wird, zu Kosten der mechanischen Komplexität und des Wartungsbedarfs. Sie spüren die Richtung der Sonne und neigen oder drehen die Module für eine maximale Belichtung. Alternativ halten feste Racks die Module stationär, wenn sich die Sonne über den Himmel bewegt. Das feste Rack legt den Winkel fest, mit dem das Modul gehalten wird. Neigungswinkel, die dem Breitengrad einer Installation entsprechen, sind üblich. Die meisten dieser festen Gestelle befinden sich auf Stangen über dem Boden. Panels, die nach Westen oder Osten ausgerichtet sind, können etwas weniger Energie liefern, gleichen jedoch das Angebot aus und können bei Spitzenbedarf mehr Leistung liefern.

Standards
In Photovoltaik-Modulen übliche Standards:

IEC 61215 (kristalline Silizium-Performance), 61646 (Dünnschicht-Performance) und 61730 (alle Module, Sicherheit)
ISO 9488 Solarenergie-Vokabular.
UL 1703 von Underwriters Laboratories
UL 1741 von Underwriters Laboratories
UL 2703 von Underwriters Laboratories
CE-Zeichen
Serie der elektrischen Sicherheitstester (EST) (EST-460, EST-22V, EST-22H, EST-110).

Anschlüsse
Outdoor-Solarmodule enthalten in der Regel MC4-Anschlüsse. Automobil-Solarzellen können auch Autofeuerzeug und USB-Adapter enthalten. Innenpaneele (einschließlich Solarpv-Gläser, dünne Filme und Fenster) können Mikroinverter (Wechselstrom-Sonnenkollektoren) integrieren.

Anwendungen
Es gibt viele praktische Anwendungen für die Verwendung von Solarzellen oder Photovoltaik. Es kann zuerst in der Landwirtschaft als Energiequelle für die Bewässerung verwendet werden. Im Gesundheitswesen können Sonnenkollektoren verwendet werden, um medizinisches Material zu kühlen. Es kann auch für die Infrastruktur verwendet werden. PV-Module werden in Photovoltaikanlagen eingesetzt und umfassen eine Vielzahl von elektrischen Geräten:

Photovoltaische Kraftwerke
Aufdach-PV-Anlagen
Standalone-PV-Systeme
Solar-Hybrid-Energiesysteme
Konzentrierte Photovoltaik
Solare Flugzeuge
Solargepumpte Laser
Solare Fahrzeuge
Sonnenkollektoren auf Raumfahrzeugen und Raumstationen

Einschränkungen
Verschmutzung und Energie in der Produktion
Solarmodule sind eine bekannte Methode zur Erzeugung sauberer, emissionsfreier Elektrizität. Es erzeugt jedoch nur Gleichstrom (DC), was normale Geräte nicht verwenden. Solar-Photovoltaik-Anlagen (Solar-PV-Anlagen) bestehen häufig aus Solar-PV-Modulen (Module) und Wechselrichter (Wechsel von Gleichstrom zu Wechselstrom). Solar-PV-Module bestehen hauptsächlich aus Solarzellen, die keinen wesentlichen Unterschied zum Material für die Herstellung von Computerchips haben. Der Prozess der Herstellung von Solar-PV-Zellen (Computerchips) ist energieintensiv und beinhaltet hochgiftige und umweltgiftige Chemikalien. Es gibt weltweit nur wenige Produktionsstätten für Solar-PV, die PV-Module mit PV-Energie produzieren. Diese Maßnahme reduziert den CO2-Fußabdruck während des Herstellungsprozesses erheblich. Die Handhabung der im Herstellungsprozess verwendeten Chemikalien unterliegt den lokalen Gesetzen und Vorschriften der Fabriken.

Auswirkungen auf das Stromnetz
Mit den steigenden Niveaus der Dachphotovoltaiksysteme wird der Energiefluß 2-way. Wenn es mehr lokale Erzeugung als Verbrauch gibt, wird Strom ins Netz exportiert. Das Stromnetz ist jedoch traditionell nicht auf den 2-Wege-Energietransfer ausgelegt. Daher können einige technische Probleme auftreten. Zum Beispiel gibt es in Queensland, Australien, bis Ende 2017 mehr als 30% der Haushalte mit PV auf dem Dach. Die berühmte kalifornische Ente-Kurve von 2020 erscheint sehr oft für viele Gemeinden ab 2015. Ein Überspannungsproblem kann auftreten, wenn der Strom von diesen PV-Haushalten zurück zum Netzwerk fließt. Es gibt Lösungen, um das Problem der Überspannung zu bewältigen, wie Regulierung des Leistungsfaktors des PV-Wechselrichters, neue Spannungs- und Energiekontrollgeräte auf der Stromverteiler-Ebene, Weiterleitung der Stromleitungen, Nachfrageseite usw. Es gibt oft Einschränkungen und Kosten diese Lösungen.

Auswirkungen auf das Stromabrechnungsmanagement und die Energieinvestitionen
Es gibt keinen Königsweg bei der Strom- oder Energienachfrage und beim Rechnungsmanagement, da Kunden (Standorte) unterschiedliche spezifische Situationen haben, z. B. unterschiedliche Komfort- / Komfortbedürfnisse, unterschiedliche Stromtarife oder unterschiedliche Nutzungsmuster. Der Stromtarif kann einige Elemente enthalten, wie etwa den täglichen Zugang und die Zählergebühr, die Energiegebühr (basierend auf kWh, MWh) oder die Spitzenlast (z. B. ein Preis für den höchsten Energieverbrauch von 30 Minuten pro Monat). PV ist eine vielversprechende Option zur Senkung der Energiekosten, wenn der Strompreis relativ hoch ist und kontinuierlich steigt, wie in Australien und Deutschland. Für Standorte mit einer Spitzennachfrage kann die PV jedoch weniger attraktiv sein, wenn der Spitzenbedarf meist am späten Nachmittag bis zum frühen Abend auftritt, beispielsweise in Wohngemeinschaften. Insgesamt sind Energieinvestitionen weitgehend eine wirtschaftliche Entscheidung, und es ist besser, Investitionsentscheidungen auf der Grundlage einer systematischen Bewertung der Optionen in den Bereichen Betriebsverbesserung, Energieeffizienz, Erzeugung vor Ort und Energiespeicherung zu treffen.