Wie funktioniert Photovoltaik?

Aktualisiert am: 18.06.2024 Lesezeit: 3 Minuten

Eine Photovoltaikanlage ist für Hausbesitzer äußerst vorteilhaft: Sobald es hell wird, wird eigener Solarstrom erzeugt, der direkt genutzt, gespeichert oder ins Stromnetz eingespeist werden kann. Dadurch wird man weniger abhängig von Energieversorgern, spart langfristig Kosten und trägt zum Umweltschutz bei.

Doch wie funktioniert Photovoltaik im Detail? Das wird in diesem Artikel näher erläutert.

Einfache Erklärung der Photovoltaik

Grundlagen der Photovoltaik

Lichtstrahlen treffen auf ein Solarpanel und bewirken dort den photoelektrischen Effekt. Dadurch wird Gleichstrom erzeugt. Dieser Gleichstrom wird dann vom Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, damit er im Haushalt verwendet werden kann.

Photovoltaik (PV) ist ein Verfahren, bei dem Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Begriff stammt aus den griechischen Wörtern „Photos” (Licht) und „Volt” (Maßeinheit für elektrische Spannung).

In den folgenden Abschnitten wird beschrieben, welche Rolle die verschiedenen Photovoltaik-Komponenten spielen. Später wird auf technischer Ebene detailliert erklärt, wie eine PV-Anlage funktioniert.

Solarpanel

Ein Solarpanel (Solarmodul) besteht durchschnittlich aus 60 einzelnen Solarzellen, die das Licht in elektrische Energie umwandeln. Es besteht normalerweise aus sechs Schichten.

Diese Schichten schützen das Solarmodul vor äußeren Einflüssen und machen es wasserdicht. Dadurch wird eine lange Lebensdauer, hohe Leistungsfähigkeit und ein maximaler Photovoltaik-Ertrag gewährleistet.

Merke: Ohne Solarpanel könnten wir Sonnenlicht nicht in Strom umwandeln.

Wechselrichter

Der Wechselrichter wandelt den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um und macht ihn so im Haushalt nutzbar. Daher wird er oft als das Herz der Solaranlage bezeichnet.

Neben der Umwandlung des Gleichstroms hat der Wechselrichter weitere Aufgaben, wie die Netz- und Anlagenüberwachung sowie die Leistungsmaximierung.

Stromzähler

Ein Stromzähler erfasst, wie viel Strom von der PV-Anlage erzeugt, wie viel davon selbst verbraucht und wie viel ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird.

Am besten eignen sich dafür sogenannte „Smart Meter”. Diese modernen Stromzähler ermöglichen auch die Direktvermarktung von Solarstrom.

Stromspeicher

Stromspeicher speichern den tagsüber produzierten Strom, falls er nicht sofort genutzt wird. Mit einer Solaranlage inklusive Speicher kann der Solarstrom zeitunabhängig genutzt werden. Dies reduziert die Abhängigkeit vom Netzstrom und senkt die Stromkosten um bis zu 80 %.

Montagekomponenten

Natürlich gehören zu einer PV-Anlage auch das Montagegestell und die Verkabelung. Die Solarmodule können nicht einfach lose auf das Dach gelegt werden. Sie werden mit Dachhaken an den Dachsparren befestigt und verkabelt. Der in den Solarpanels erzeugte Strom wird dann über diese Verkabelung zum Wechselrichter im Haus geleitet.

Photovoltaik für Experten: Was geschieht in einer Solarzelle?

Eine Solarzelle besteht in der Regel aus drei Schichten Silizium. Die obere Schicht ist sogenanntes „n-dotiertes“ Silizium, das negativ geladen ist. Die untere Schicht hingegen ist „p-dotiert“, also positiv geladen. In der mittleren Grenzschicht werden die Elektronen aufgefangen, die sich in den Schichten lösen, wenn Licht auf die Solarzelle trifft. Dies ist der oben beschriebene Gleichstrom.

Schon gewusst? Meistens wird für Solarzellen das Halbleitermaterial Silizium verwendet, da es das zweithäufigste chemische Element der Erde ist. Tatsächlich sind etwa 15% der Erdmasse Silizium.

Wie kostengünstig ist Photovoltaik?

Wer seinen eigenen Strom mit einer PV-Anlage erzeugt, profitiert über die gesamte Lebensdauer der Anlage von „kostenlosem” Strom. Da die Anschaffung einer Solaranlage jedoch mit relativ hohen Kosten verbunden ist, können die Kosten für Solarstrom auf eine Kilowattstunde heruntergebrochen werden. Diese werden als Stromgestehungskosten bezeichnet.

Die Stromgestehungskosten hängen von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Größe der Photovoltaikanlage, die Sonneneinstrahlung und die Leistungsfähigkeit der Solarmodule. Laut Fraunhofer ISE liegen die Stromgestehungskosten für eine Kilowattstunde Solarstrom bei 3 - 11 Cent. Damit ist Solarstrom mindestens dreimal so günstig wie Strom aus dem Netz (aktuell 40 Cent/kWh mit Strompreisbremse, Stand: März 2024).

Fazit: Photovoltaik funktioniert!

Im Grunde gibt es nur eines, das man sich merken muss: Photovoltaik funktioniert! Sobald Licht auf die Solaranlage trifft, wird Strom erzeugt. Dadurch macht man sich unabhängig von schwankenden Strompreisen, spart langfristig Kosten und schützt die Umwelt.

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