Solaranlagen sind längst allgemein bekannt und weit verbreitet. Doch wissen Sie, wie der Strom dabei erzeugt wird? Bevor wir erläutern, wie Photovoltaik funktioniert, möchten wir zunächst darauf eingehen, was Photovoltaik überhaupt ist, wo es verwendet wird und wie eine Solaranlage aufgebaut ist. Wir sind Experten für Solarenergie und erklären, wie aus Sonnenlicht der Strom in unseren Steckdosen entsteht.
Inhaltsverzeichnis
Was ist Photovoltaik?
Unter Photovoltaik versteht man die Umwandlung von Lichtenergie – in der Regel aus Sonnenlicht – in elektrische Energie. Dies geschieht mithilfe von Solarzellen, die meistens auf Hausdächern installiert sind. Man bedient sich hierbei des sogenannten photoelektrischen Effekts.
Da Sonnenenergie viele Vorteile hat, erfreuen sich Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen) immer größerer Beliebtheit und werden sogar staatlich gefördert. Ziel ist es, regenerative Energien zu stärken und auszubauen, indem möglichst viel Strom aus erneuerbaren Quellen ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Das EEG 2023 hat hierfür einige Weichen gestellt.
Ihnen brennt die Frage unter den Nägeln, wie mit Solaranlagen Strom erzeugt wird? Überspringen Sie einige Informationen und lesen Sie direkt den Absatz „Wie funktioniert Photovoltaik?“.
Wo wird Photovoltaik verwendet?
Die Nutzung von Solarenergie ist längst keine Neuheit mehr. Vielerorts sind bereits Solarzellen verbaut. Angefangen bei Objekten, die nur wenig Strom und deswegen auch nur kleine Photovoltaik-Anlagen benötigen: Armbanduhren, Solarleuchten, Wackelfiguren, aber auch Taschenrechner und Parkuhren werden teilweise mit Solarenergie betrieben. Daneben sind Solarzellen mittlerweile bei Campern sehr beliebt, weil sie eine autarke Stromversorgung bieten.
Leistungsstärker sind PV-Anlagen, die auf den Dächern von Immobilien installiert sind. Egal, ob privat oder gewerblich – immer mehr Dächer werden mit Solaranlagen bestückt, um Privathaushalte mit Strom zu versorgen oder den gewonnenen Strom ins öffentliche Netz einzuspeisen. Auch eine Kombination dieser beiden Varianten ist möglich. Zudem gibt es viele Solarparks, auf denen großflächig Solarmodule installiert werden.
Übrigens: Auch im eigenen Garten oder auf dem Balkon können Sie eine Photovoltaik-Anlage anbringen. Kleinstanlagen, auch „Balkonkraftwerke“ genannt, decken zwar nicht den Strombedarf eines Haushalts, sorgen aber für niedrigere Stromkosten. Wer eine PV-Anlage im Garten installieren möchte, muss jedoch einen Nachweis erbringen, dass das Dach ungeeignet ist.
Welche Komponenten werden für eine PV-Anlage benötigt?
Eine Solaranlage ist mehr als nur eine einzelne Solarzelle. Welche Komponenten für eine Photovoltaik-Anlage benötigt werden, haben wir hier zusammengefasst:
- Solarmodule: Eine PV-Anlage besteht aus mehreren Modulen, die in Reihe geschaltet werden. Das sind die bläulichen Platten auf den Hausdächern.
- Unterkonstruktion: Solarmodule werden meist auf Schienen befestigt und verankert. Hinzu kommen die Verkabelung und die Anschlusselektrik.
- Wechselrichter: Der Wechselrichter transformiert den gewonnenen Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom. Hat man gleichzeitig eine Vollspeiseanlage und eine Eigenversorgungsanlage müssen zwei separate Wechselrichter angebracht werden.
- Speicher (optional): Überschüssiger Strom kann in eine Batterie geleitet werden. Dadurch ist es möglich, den gespeicherten Strom auch bei schlechtem Wetter oder Dunkelheit zu nutzen.
- Energiemanagementsystem (optional): Der Energiemanager verteilt den Strom, wenn entweder ins öffentliche Netz eingespeist oder ein Speicher verwendet wird. Der produzierte Storm wird im Haushalt genutzt, während überschüssiger Strom in die Batterie bzw. ins Netz umgeleitet wird.
- Stromzähler: Der Stromzähler misst die Menge an mit der Solaranlage erzeugtem Strom.
Wie funktioniert Photovoltaik denn nun?
Die wenigsten Menschen wissen, was bei der Stromgewinnung durch Solarenergie vor sich geht. Wie funktioniert Photovoltaik überhaupt? Wir erläutern Ihnen den Vorgang in einfachen Worten.
Eine Solarzelle besteht aus folgenden Elementen:
- Kontaktfläche mit Stromleitung
- n-Schicht (negativ geladen)
- neutrale Grenzschicht
- p-Schicht (positiv geladen)
- Kontaktfläche mit Stromleitung
Solarzellen bestehen aus einem Halbleitermaterial, oftmals Silizium. Durch gezielte Verunreinigungen mit Phosphor erzeugt man eine negativ geladene Schicht mit einem Elektronenüberschuss (n-Schicht) – mithilfe von Bor entsteht hingegen eine positiv geladene Schicht mit einem Elektronenmangel (p-Schicht). Wenn sich diese zwei Schichten berühren, entsteht eine neutrale Grenzschicht. Dadurch hat die Solarzelle oben einen Minuspol und unten einen Pluspol. Grundsätzlich wollen die überschüssigen Elektronen der n-Schicht in die Löcher der p-Schicht wandern, um den dortigen Elektronenmangel auszugleichen. Dies verhindert jedoch die neutrale Grenzschicht.
Nun kommt das Sonnenlicht ins Spiel. Licht besteht aus Photonen, die eine elektromagnetische Strahlung tragen. Trifft jetzt das Sonnenlicht auf die Solarzelle, erwärmt sie sich und wird leitfähig. Die Elektronen lösen sich von den Atomen in der Grenzschicht und wandern hinab in die p-Schicht (Richtung Pluspol). Da hierdurch nun Elektronen in der Grenzschicht fehlen, bewegen sich weitere Elektronen aus der n-Schicht mit Elektronenüberschuss nach unten – bis hinab in die p-Schicht.
Über die Kontaktfläche unterhalb der p-Schicht werden die Elektronen nun in die Stromleitung geführt und wandern durch die Leitung zurück zur n-Schicht. Der Stromkreislauf ist geschlossen – in der Photovoltaik-Anlage entsteht Strom. Solange Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft (auch abgeschwächt bei Bewölkung), setzt sich dieser Stromkreislauf fort.
Im letzten Schritt transformiert der Wechselrichter den gewonnenen Gleichstrom zu Wechselstrom, der dann entweder direkt genutzt oder in den Speicher bzw. das öffentliche Stromnetz geleitet wird.
So viel Strom kann mit einer Photovoltaik-Anlage erzeugt werden
Die theoretische Höchstleistung einer Photovoltaik-Anlage wird in Kilowattpeak (kWp) angegeben. Verfügt eine PV-Anlage über 1 kWp, kann sie im Jahr ca. 800 bis 1.000 kWh erzeugen. Das hängt allerdings von mehreren Faktoren ab, u. a.:
- Region
- Standort und Ausrichtung der Anlage
- Winkel und Dauer der Sonneneinstrahlung
- genutzte Anlagentechnik
- individuelle örtliche Gegebenheiten
Wie effizient die Photovoltaik-Anlage Sonnenstrahlung in Strom umwandelt, hängt übrigens von der Beschaffenheit der Siliziumkristalle ab, aus denen eine Solarzelle besteht. Man unterscheidet in monokristallin und polykristallin. Monokristalline Solarzellen wandeln etwas mehr Sonnenlicht in Strom um als polykristalline Zellen.
Und wie funktioniert Photovoltaik für Sie? Vorteile und Nachteile einer Solaranlage
Nun wissen Sie, wie Photovoltaik funktioniert. Zum Abschluss möchten wir die Vor- und Nachteile von Photovoltaik-Anlagen zusammenfassen, damit Sie abwägen können, ob auch Sie Ihren eigenen Solarstrom produzieren möchten.
Vorteile
- Unabhängigkeit: Mit selbst erzeugtem Solarstrom sind Sie weniger abhängig von Netzbetreibern und steigenden Energiepreisen. Dank eines Speichers nutzen Sie den Strom auch bei schlechtem Wetter und Dunkelheit.
- Nachhaltigkeit: Solarenergie ist unbegrenzt verfügbar.
- Umweltschutz: Sonnenenergie wird emissionsfrei und geräuschlos gewonnen.
- Langlebigkeit: Photovoltaik-Anlagen sind wartungsarm und haben eine hohe Lebensdauer.
- Finanzen: Sie sparen Stromkosten und erhalten ggf. eine Einspeisevergütung und Förderung.
- Wertsteigerung: Photovoltaik-Anlagen steigern den Wert Ihrer Immobilie.
- Vielseitigkeit: Solarstrom kann für Elektrizität, fürs Heizen und für die Warmwasserbereitung genutzt werden.
Nachteile
- Kosten: PV-Anlagen sind teuer in der Anschaffung und der Speicher muss zusätzlich gezahlt werden.
- Leistungsverlust: Solarzellen verlieren mit der Zeit an Leistung, was jedoch einkalkuliert wird.
- Abhängigkeit vom Wetter: Für Solarstrom braucht es Sonnenlicht. Schlechtes Wetter und die Jahreszeiten verursachen Schwankungen im Ertrag.
- Bürokratischer Aufwand: Photovoltaik-Anlagen müssen angemeldet und in der Steuererklärung berücksichtigt werden. Das EEG 2023 hat hier jedoch vieles vereinfacht.
Für uns ist Photovoltaik die Zukunft – wie sieht es mit Ihnen aus? Möchten auch Sie saubere, nachhaltige Energie erzeugen und Ihren Haushalt damit versorgen? Wir haben uns auf Photovoltaik-Anlagen spezialisiert und unterstützen Sie umfassend bei der Planung, Installation und Inbetriebnahme Ihrer Solaranlage. Neben dem bieten wir auch den Doorbird als moderne Türanlagen an. Nehmen Sie jetzt Kontakt auf, damit Ihr Solarstrom Sie strahlen lässt!
