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Photovoltaik bietet Verbrauchern die Möglichkeit, Strom sauber, leise und zuverlässig zu erzeugen. Photovoltaikanlagen bestehen aus Photovoltaikzellen, Geräten, die Lichtenergie direkt in Strom umwandeln. Da die Lichtquelle in der Regel die Sonne ist, werden sie oft als Solarzellen bezeichnet. Das Wort Photovoltaik kommt von "Photo", was Licht bedeutet, und "Voltaik", was Leads kaufen sich auf die Stromerzeugung bezieht.
Daher produziert der Photovoltaik-Prozess "Strom direkt aus Sonnenlicht". Photovoltaik wird oft als PV bezeichnet. PV-Anlagen werden von Verbrauchern installiert, die bereits über netzgespeisten Strom verfügen, aber unabhängiger leben wollen oder sich um die Umwelt sorgen. Für einige Anwendungen, bei denen geringe Strommengen benötigt werden, wie z. B. Notrufboxen, sind PV-Anlagen oft auch dann kostengerecht, wenn Netzstrom nicht sehr weit entfernt ist.
Wenn Anwendungen größere Strommengen benötigen und sich abseits bestehender Stromleitungen befinden, können Photovoltaikanlagen in vielen Fällen die kostengünstigste und praktikabelste Option darstellen.
Heute wird die Photovoltaik bei Straßenlaternen, Toröffnern und anderen stromsparenden Aufgaben verwendet, da die Preise sinken und die Effizienz steigt.
Die Gesamtspitzenleistung der weltweit installierten Photovoltaik-Anlagen lag Ende 2005 bei rund 5.300 MW, wobei netzgebundene Systeme den größten Wachstumsbereich darstellten. Beachten Sie, dass Photovoltaikanlagen einen Kapazitätsfaktor von etwa 20 % aufweisen, was niedriger ist als bei vielen anderen industriellen Stromquellen. Somit hätte die installierte Basis-Spitzenleistung 2005 eine durchschnittliche Leistung von etwa 1.060 MW (20 % × 5.300) erbracht. Das entsprach damals 0,03 Prozent der weltweiten Nachfrage.
Groß angelegte Anreizprogramme, die finanzielle Anreize wie die Möglichkeit bieten, überschüssigen Strom zurück in das öffentliche Netz zu verkaufen ("Einspeisetarife"), haben das Tempo der PV-Installationen in vielen Ländern, darunter Japan, Deutschland und den Vereinigten Staaten, stark beschleunigt Zustände.
Obwohl die Photovoltaik während des Betriebs keine direkten Emissionen verursacht, kann sie aufgrund der industriellen Prozesse bei der Herstellung und späteren Entsorgung von PV-Modulen indirekt zu Umweltbelastungen führen. Während der Lebensdauer eines Moduls werden die Jahre sauberer Energie, die erzeugt wird, diese anfängliche Verschmutzung mehr als ausgleichen.
PV-Zellen wandeln Sonnenlicht direkt in Strom um, ohne Luft- oder Wasserverschmutzung zu verursachen. PV-Zellen bestehen aus mindestens zwei Schichten Halbleitermaterial. Eine Schicht ist positiv geladen, die andere negativ. Wenn Licht in die Zelle eintritt, werden einige der Photonen des Lichts von den Halbleiteratomen absorbiert, wodurch Elektronen aus der negativen Schicht der Zelle freigesetzt werden, um durch einen externen Stromkreis und zurück in die positive Schicht zu fließen. Dieser Elektronenfluss erzeugt elektrischen Strom.
Um ihren Nutzen zu erhöhen, werden Dutzende von einzelnen PV-Zellen in einem versiegelten, wetterfesten Paket, einem sogenannten Modul, miteinander verbunden. Werden zwei Module in Reihe geschaltet, verdoppelt sich deren Spannung bei konstantem Strom. Bei Parallelschaltung zweier Module verdoppelt sich deren Strom bei konstanter Spannung. Um die gewünschte Spannung und Stromstärke zu erreichen, werden Module in Reihe und parallel zu einem sogenannten PV-Generator geschaltet. Die Flexibilität des modularen PV-Systems ermöglicht es Designern, Solarstromsysteme zu erstellen, die eine Vielzahl von elektrischen Anforderungen erfüllen, egal wie groß oder klein.
Im Gegensatz zu Technologien, die auf fossilen Photovoltaik Leads Brennstoffen basieren, verursacht Solarenergie während des Betriebs keine schädlichen Emissionen, aber die Herstellung der Module führt zu einer gewissen Verschmutzung.
Obwohl PV-Anlagen erhebliche Investitionen erfordern, können sie günstiger sein als die Kosten für den Ausbau des Stromnetzes.