WIE FUNKTIONIERT PHOTOVOLTAIK?

Photovoltaik beschreibt die Technik der direkten Umwandlung eingestrahlter Lichtenergie in elektrische Energie. Sie beruht auf der Eigenschaft fester Körper (Halbleiterelemente), durch Lichtenergie Ladungsträger gerichtet freizusetzen – auch unter dem Begriff des photovoltaischen Effekts bekannt. Dieser Effekt wurde bereits 1839 durch den französischen Physiker Alexandre Becquerel entdeckt. Die wissenschaftliche Erklärung gelang aber erst Albert Einstein im Jahr 1905.

Funktionsprinzip einer Photovoltaik-Anlage

Bei den netzgekoppelten Photovoltaikanlagen wird der erzeugte Solarstrom gegen eine gesetzlich festgelegte Vergütung ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, den erzeugten Strom entweder direkt oder mithilfe einer Speicherlösung selbst zu verbrauchen.


Sonneneinstrahlung

Wenn die Sonne direkt ohne jegliche Verschattung auf die Solaranlage trifft, spricht man von direkter Sonneneinstrahlung. Umgekehrt ist es bei indirekter (diffuser) Sonneneinstrahlung, bei der die Sonne beispielsweise durch Wolken verdeckt ist. Bemerkenswert dabei ist, dass die direkte Sonneneinstrahlung nur geringfügig effektiver ist.

In Deutschland beträgt die jährliche Sonneneinstrahlung etwa 1.000 Kilowattstunden (kWh) pro Quadratmeter. Etwa ein Sechstel davon kann man durch Solarzellen in Strom umwandeln.


Solarzelle

Die Solarzelle ist ein elektrisches Bauteil, deren Hauptbestandteil ein Halbleiter ist. Solarzellen bestehen in der Regel aus zwei Siliziumschichten.


Solarmodul

In einer einzigen Solarzelle fließt nur sehr wenig Strom. Deshalb werden mehrere Solarzellen zu einem Solarmodul zusammengeschaltet, wobei die Anzahl der verknüpften Zellen unter anderem von der Größe des Solarmoduls abhängig ist. In der Regel bestehen Solarmodule aus mehreren in Serie geschalteten poly- oder monokristallinen Solarzellen (aber auch Dünnschichtzellen), die in Spezialfolie eingebettet werden. Mit einer lichtdurchlässigen Glasscheibe und einem Aluminiumrahmen versehen, sind die Module dauerhaft wetterbeständig.


Stromgenerator

Da auch ein einzelnes Solarmodul nicht ausreichend effizient ist, werden mehrere Solarmodule zu einem Stromgenerator zusammengeschlossen. Den Unterbau für die Montage des Solargenerators bilden Befestigungssysteme aus Edelstahl und Aluminium. Durch die Verschaltung der Solarmodule über spezielle UV-beständige Kabel und Spezialsteckverbindungen entsteht schließlich das Herzstück einer Photovoltaikanlage.


Wechselrichter

Um den erzeugten Gleichstrom nutzen bzw. ihn in das öffentliche Netz einspeisen zu können, ist ein Wechselrichter notwendig. Er ermöglicht die Trennung des Stromgenerators vom Wechselrichter und wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um. Zudem ist er entscheidend für die Effizienz einer Anlage ist der Wirkungsgrad des Wechselrichters.


Stromzähler

Über einen eigenen Stromzähler wird der Strom ins Netz des Energieversorgers eingespeist. Der Zähler ermöglicht die genaue Feststellung der eingespeisten Strommenge. Die Einspeisung ist verbrauchsunabhängig und die Abnahme durch den Netzbetreiber gesetzlich vorgeschrieben.

Funktionsprinzip einer Photovoltaik-Anlage

Bei den netzgekoppelten Photovoltaikanlagen wird der erzeugte Solarstrom gegen eine gesetzlich festgelegte Vergütung ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, den erzeugten Strom entweder direkt oder mithilfe einer Speicherlösung selbst zu verbrauchen.


Sonneneinstrahlung

Wenn die Sonne direkt ohne jegliche Verschattung auf die Solaranlage trifft, spricht man von direkter Sonneneinstrahlung. Umgekehrt ist es bei indirekter (diffuser) Sonneneinstrahlung, bei der die Sonne beispielsweise durch Wolken verdeckt ist. Bemerkenswert dabei ist, dass die direkte Sonneneinstrahlung nur geringfügig effektiver ist.

In Deutschland beträgt die jährliche Sonneneinstrahlung etwa 1.000 Kilowattstunden (kWh) pro Quadratmeter. Etwa ein Sechstel davon kann man durch Solarzellen in Strom umwandeln.


Solarzelle

Die Solarzelle ist ein elektrisches Bauteil, deren Hauptbestandteil ein Halbleiter ist. Solarzellen bestehen in der Regel aus zwei Siliziumschichten.


Solarmodul

In einer einzigen Solarzelle fließt nur sehr wenig Strom. Deshalb werden mehrere Solarzellen zu einem Solarmodul zusammengeschaltet, wobei die Anzahl der verknüpften Zellen unter anderem von der Größe des Solarmoduls abhängig ist. In der Regel bestehen Solarmodule aus mehreren in Serie geschalteten poly- oder monokristallinen Solarzellen (aber auch Dünnschichtzellen), die in Spezialfolie eingebettet werden. Mit einer lichtdurchlässigen Glasscheibe und einem Aluminiumrahmen versehen, sind die Module dauerhaft wetterbeständig.


Stromgenerator

Da auch ein einzelnes Solarmodul nicht ausreichend effizient ist, werden mehrere Solarmodule zu einem Stromgenerator zusammengeschlossen. Den Unterbau für die Montage des Solargenerators bilden Befestigungssysteme aus Edelstahl und Aluminium. Durch die Verschaltung der Solarmodule über spezielle UV-beständige Kabel und Spezialsteckverbindungen entsteht schließlich das Herzstück einer Photovoltaikanlage.


Wechselrichter

Um den erzeugten Gleichstrom nutzen bzw. ihn in das öffentliche Netz einspeisen zu können, ist ein Wechselrichter notwendig. Er ermöglicht die Trennung des Stromgenerators vom Wechselrichter und wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um. Zudem ist er entscheidend für die Effizienz einer Anlage ist der Wirkungsgrad des Wechselrichters.


Stromzähler

Über einen eigenen Stromzähler wird der Strom ins Netz des Energieversorgers eingespeist. Der Zähler ermöglicht die genaue Feststellung der eingespeisten Strommenge. Die Einspeisung ist verbrauchsunabhängig und die Abnahme durch den Netzbetreiber gesetzlich vorgeschrieben.