Elektrische Spannung

Was ist elektrische Spannung?

Elek­tri­sche Span­nung, gemes­sen in Volt (V), ist eine phy­si­ka­li­sche Grö­ße, die den Druck oder die Kraft angibt, mit der elek­tri­sche Ladung durch einen Lei­ter fließt. Sie stellt die Poten­zi­al­dif­fe­renz zwi­schen zwei Punk­ten in einem elek­tri­schen Strom­kreis dar und bestimmt die Rich­tung des elek­tri­schen Stroms.

Eine höhe­re Span­nung bedeu­tet eine grö­ße­re poten­zi­el­le Ener­gie, die pro Ladungs­ein­heit vor­han­den ist, und kann dazu ver­wen­det wer­den, elek­tri­sche Ener­gie effi­zi­ent über gro­ße Ent­fer­nun­gen zu trans­por­tie­ren.

U (Elektrische Spannung)

Die elek­tri­sche Span­nung, sym­bo­li­siert durch das Zei­chen “U”, ist eine phy­si­ka­li­sche Grö­ße, die den Unter­schied im elek­tri­schen Poten­zi­al zwi­schen zwei Punk­ten angibt. Sie wird in der Ein­heit Volt (V) gemes­sen und beschreibt, wie stark die elek­tri­sche Ener­gie eines Sys­tems ist.

Niederspannung

Nie­der­span­nung bezeich­net elek­tri­sche Span­nun­gen, die nied­rig sind im Ver­gleich zu höhe­ren Span­nungs­stu­fen, typi­scher­wei­se bis zu 1.000 Volt (V). In vie­len Haus­hal­ten beträgt die Nie­der­span­nung etwa 230 V (Wech­sel­strom) und wird für die Ver­sor­gung von all­täg­li­chen Gerä­ten wie Beleuch­tung, Haus­halts­ge­rä­ten und Elek­tro­nik ver­wen­det. Nie­der­span­nungs­net­ze trans­por­tie­ren die elek­tri­sche Ener­gie sicher und effi­zi­ent zu den Ver­brau­chern und sind ein wich­ti­ger Teil des Ver­tei­ler­net­zes.

Mittelspannung

Ein Mit­tel­span­nungs­netz ist ein Teil des Ver­tei­lungs­net­zes, das elek­tri­sche Ener­gie von den Hoch­span­nungs­über­tra­gungs­lei­tun­gen zu den Ver­brau­chern trans­por­tiert. Die Span­nung in einem Mit­tel­span­nungs­netz liegt typi­scher­wei­se bei eini­gen tau­send Volt (kV), bis zu 69 kV, und vari­iert je nach Regi­on und Land. In der prak­ti­schen Arbeit mit Pho­to­vol­ta­ik­an­la­gen hat man in der Regel kei­nen Kon­takt zum Mit­tel­span­nungs­netz.

Hochspannung

Hoch­span­nung bezeich­net eine elek­tri­sche Span­nung, die über dem übli­chen Niveau liegt, also über 1.000 Volt (1 kV). In Deutsch­land sind Hoch­span­nungs­lei­tun­gen oft mit Span­nun­gen bis zu 380.000 Volt aus­ge­stat­tet, um elek­tri­sche Ener­gie über gro­ße Ent­fer­nun­gen zu trans­por­tie­ren. In Haus­hal­ten wird der Strom nach einem Trans­for­ma­tor mit einer Span­nung von 230 Volt bereit­ge­stellt.

Leerlaufspannung

Die Leer­lauf­span­nung (eng­lisch: Open Cir­cuit Vol­ta­ge, OCV oder UOC) ist die Span­nung, die an den Anschlüs­sen einer Solar­zel­le oder eines Solar­mo­duls gemes­sen wird, wenn kein exter­ner Last­wi­der­stand ange­schlos­sen ist und kein Strom fließt. Sie ist ein Maß für die maxi­ma­le Span­nung, die ein Solar­mo­dul unter Stan­dard­test­be­din­gun­gen (STC) erzeu­gen kann, wenn es voll der Son­nen­ein­strah­lung aus­ge­setzt ist.

Die Leer­lauf­span­nung ist eine wich­ti­ge Kenn­grö­ße für die Leis­tungs­fä­hig­keit von Solar­mo­du­len. Höhe­re Leer­lauf­span­nun­gen deu­ten auf effi­zi­en­te­re und leis­tungs­fä­hi­ge­re Modu­le hin. Sie wird oft zusam­men mit dem Kurz­schluss­strom (Isc) ver­wen­det, um den maxi­ma­len Leis­tungs­punkt eines Moduls zu bestim­men.

Lichtbogen

Ein Licht­bo­gen ist eine elek­tri­sche Ent­la­dung, die zwi­schen zwei Elek­tro­den auf­tritt, wenn hohe Span­nung oder Strom­stär­ke im Strom­kreis wir­ken. Licht­bö­gen kön­nen sehr heiß wer­den und inten­si­ves Licht emit­tie­ren.

In Pho­to­vol­ta­ik­an­la­gen (PV) stellt ein Licht­bo­gen ein Sicher­heits­ri­si­ko dar, ins­be­son­de­re auf­grund der hohen Gleich­span­nung in PV-Sys­te­men. Licht­bö­gen kön­nen durch Defek­te oder Beschä­di­gun­gen in den Kom­po­nen­ten wie Modu­len oder Wech­sel­rich­tern ent­ste­hen. Um das Risi­ko zu mini­mie­ren, wer­den spe­zi­el­le Sicher­heits­vor­keh­run­gen getrof­fen (z. B. Iso­lie­rung, Abschot­tung und Schutz­vor­rich­tun­gen).

Kurzschlussstrom (IK, ISC)

Der Kurz­schluss­strom (IK oder ISC) bezeich­net den maxi­ma­len Strom, der im Fall eines Kurz­schlus­ses in einem Strom­kreis flie­ßen kann. Bei Pho­to­vol­ta­ik­an­la­gen han­delt es sich dabei um den maxi­ma­len Strom, der von den Solar­mo­du­len gelie­fert wer­den kann, wenn sie direkt mit­ein­an­der ver­bun­den sind, ohne dass ein exter­ner Wider­stand vor­han­den ist.

Der Kurz­schluss­strom ist stark abhän­gig von der Son­nen­ein­strah­lung und den elek­tri­schen Eigen­schaf­ten der Solar­mo­du­le. Ein zu hoher Kurz­schluss­strom kann die Sicher­heit der Anla­ge gefähr­den, wäh­rend ein zu nied­ri­ger Kurz­schluss­strom die Leis­tungs­fä­hig­keit beein­träch­ti­gen kann.

Weitere Begriffe zur Spannung und deren Bedeutung

• DC-Span­nung (Gleich­span­nung): In einer Pho­to­vol­ta­ik­an­la­ge wird die Span­nung direkt (DC) erzeugt, bevor sie durch einen Wech­sel­rich­ter in Wech­sel­span­nung (AC) umge­wan­delt wird, um sie ins öffent­li­che Strom­netz ein­zu­spei­sen oder in einem Haus­halt zu ver­wen­den.

• AC-Span­nung (Wech­sel­span­nung): In Haus­hal­ten und für die Ein­spei­sung ins Netz wird in der Regel Wech­sel­span­nung (AC) genutzt, die durch einen Wech­sel­rich­ter aus der Gleich­span­nung der Solar­mo­du­le erzeugt wird.

Die elek­tri­sche Span­nung spielt in der Pho­to­vol­ta­ik­tech­nik eine zen­tra­le Rol­le, da sie sowohl die Effi­zi­enz der Solar­mo­du­le als auch die Sicher­heits­maß­nah­men beein­flusst. Daher ist das Ver­ständ­nis der ver­schie­de­nen Span­nungs­ar­ten und der Sicher­heits­vor­keh­run­gen wich­tig für die Pla­nung und den Betrieb von PV-Anla­gen.

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