Erfahren Sie, wie eine Photovoltaikanlage funktioniert und welche Komponenten zu einer Komplettanlage gehören. Außerdem: Welche neuen Technologien gibt es? Ein Überblick.
Das erfahren Sie in diesem Artikel:
-
Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage? -
Komponenten einer Photovoltaikanlage -
Neue Technologien fürs Eigenheim
Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?
Die Erzeugung von Strom aus Sonnenlicht beruht auf dem sogenannten photovoltaischen oder photoelektrischen Effekt. Dieser spielt sich in den meisten Fällen auf dem Dach ab, denn hier lässt sich die Sonnenstrahlung am besten einfangen.
Die Leitung des entstehenden Stromflusses übernehmen Solarzellen, die wesentlicher Bestandteil jeder Photovoltaikanlage sind. Trifft das Sonnenlicht auf die Halbleiterwerkstoffe in einer Solarzelle, werden Elektronen angeregt, sodass sie sich bewegen. Die Bewegungsenergie erzeugt Strom. Je mehr die Sonne scheint, desto mehr Solarstrom wird erzeugt.
Eine anschauliche Erklärung liefert dieses Video (Länge: 1:41 Min).
Monokristallin oder polykristallin – der Wirkungsgrad von Solarzellen
Das Halbleitermaterial Silizium ist der wichtigste Bestandteil einer Solarzelle. Je nach Anordnung der Siliziumkristalle spricht man von monokristallinen und polykristallinen Zellen.
Der Wirkungsgrad beträgt bei monokristallinen Solarzellen (unter Laborbedingungen) rund 20 Prozent. Das heißt, dass 20 Prozent der auf die Zelle treffenden Solarstrahlung in elektrische Energie umgewandelt wird. Die etwas günstigeren polykristallinen Zellen bringen es auf rund 15 Prozent.
Funktionsweise einer Solarzelle
Photovoltaik: Wird bei Regen, Bewölkung oder Schnee noch Strom erzeugt?
Photovoltaikanlagen produzieren auch bei bewölktem Himmel Strom – allerdings deutlich weniger als bei blauem Himmel. Nur wenn Schnee die PV-Module bedeckt, kann gar kein Strom mehr produziert werden. Die PV-Module sind jedoch so beschichtet, dass der Schnee normalerweise an ihnen hinabgleitet.
Einzelne Solarzellen sind bei Photovoltaik-Modulen in Reihe zusammengeschaltet. Über Stromkabel wird der Strom weiter ins Haus transportiert. Doch bevor der Strom im Haushalt verwendet werden kann, muss er umgewandelt werden.
Solarstrom ist zunächst einmal Gleichstrom. Da aus der Steckdose Wechselstrom kommt, benötigt jede Photovoltaik-Anlage einen Wechselrichter, um den Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln.
Weitere Komponenten einer Anlage sind ein Netzanschluss zur Einspeisung sowie optional eine Batterie zur Speicherung von Überschussstrom.
Was ist der Unterschied zwischen Solarenergie, Solarthermie und Photovoltaik?
Solarenergie wird aus Licht bzw. der Strahlung der Sonne gewonnen – das kann sowohl Wärme als auch elektrischer Strom sein. Photovoltaik erzeugt Strom, Solarthermie produziert Wärme, die zum Heizen verwendet wird.
Komponenten einer Photovoltaikanlage
Jede Photovoltaikanlage besteht aus den folgenden Komponenten:
- Solarmodule (in der Regel auf dem Dach) zur Erzeugung des Solarstroms
- ein Wechselrichter, der den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt
- ein Energiemanager verteilt den Strom. Der Strom kann sofort für den Eigenverbrauch im Haushalt genutzt werden. Überschüssiger Strom wird an die Batterie (optional) geleitet oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Auch ein E-Mobil lässt sich gut mit einer PV-Anlage kombinieren.
- Bei der Einspeisung ins öffentliche Stromnetz sorgt ein Zähler dafür, dass die Einspeisevergütung für den Solarstrom korrekt abgerechnet wird.
- Ein Stromspeicher, also eine Batterie, kann ergänzt werden, um überschüssig produzierten Strom zwischenzuspeichern.
Stromspeicher – ja oder nein?
Stromspeicher werden häufig mit Photovoltaikanlagen kombiniert.Die Kombination einer Photovoltaikanlage mit einem Stromspeicher ist aber nicht zwingend notwendig. Unser Artikel beantwortet die Frage: Wann lohnt sich ein Stromspeicher, wann lohnt er sich nicht?
Neue Technologien fürs Eigenheim
Organische Solarzellen
Sogenannte organische Solarzellen können in sehr dünnen Schichten aufgebracht werden. Im Unterschied zu herkömmlichen Solarzellen bestehen sie aus Kohlenwasserstoff-Verbindungen (Kunststoffen) und nicht aus Silizium.
Bei einem Pilotprojekt in Frankfurt wurden jetzt PV-Module entwickelt, die in die Wärmedämmung integriert werden können.
PV-Anlagen für die Steckdose
Seit 2018 ist in Deutschland die Installation sogenannter Balkonkraftwerke erlaubt. Diese Solarmodule für die Steckdose sind kleine, steckerfertig gelieferte Photovoltaikanlagen, mit denen auf einfache Weise selbst Strom erzeugt werden kann.