Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage

Photovoltaik nimmt bei der nachhaltigen Energieerzeugung eine zentrale Rolle ein. Im Gegensatz zu fossilen Ressourcen kann uns die Sonne noch für sehr lange Zeit mit Energie versorgen – wahrscheinlich wird die Menschheit nicht so lange existieren, wie die Sonne. Darüber hinaus bietet Photovoltaik auch Privathaushalten und Unternehmen die Möglichkeit, selbstständig Strom zu erzeugen und diesen dann auch direkt zu verbrauchen. Doch wie funktioniert eine Photovoltaikanlage überhaupt? Welche Komponenten werden bei privaten PV-Anlagen benötigt und welche Arten der Nutzung gibt es?

Wie wird mit Photovoltaik Strom erzeugt?

Elektrischer Strom ist die Bewegung von freien, geladenen Teilchen. Die Sonne liefert uns zwar Licht, doch damit aus dieser Energie elektrischer Strom wird, müssen die Sonnenstrahlen auf Solarzellen treffen. Diese bestehen aus einem speziellen Halbleitermaterial und wandeln die Energie des Sonnenlichts durch den sogenannten photoelektrischen Effekt in Strom um. Sobald das Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, lösen die im Sonnenlicht enthaltenen Photonen die in der Solarzelle enthaltenen Elektronen. Die Elektronen bewegen sich und erzeugen dadurch einen Gleichstrom. Mithilfe eines Kabels wird dieser Gleichstrom ins Haus abtransportiert und in einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt. Dieser kann dann direkt im Haushalt genutzt oder für eine Vergütung ins Stromnetz eingespeist werden. Wer eine Solarbatterie besitzt, kann den Strom auch für spätere Zeitpunkte speichern oder mithilfe von Power-to-Heat für die Warmwasserbereitung nutzen.

Was ist der Unterschied zwischen Solarzellen und Solarmodulen?

Der photoelektrische Effekt findet in den Solarzellen statt. Die einzelnen Solarzellen werden zu Solarmodulen verbunden und meist in Form rechteckiger Platten verkauft und verbaut. Solarmodule sind also der Zusammenschluss mehrere Solarzellen. Die Leistung der einzelnen Solarmodule hängt von mehreren Faktoren ab, besonders von der Größe und dem Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad eines PV-Moduls wird wiederum durch die Art des verwendeten Rohstoffes und der Fertigung bestimmt. In unserem Artikel werden die verschiedenen Arten von Photovoltaikmodulen mit ihren Eigenschaften, Vorteilen und Nachteilen beschrieben und verglichen.

Aus welchen Komponenten besteht eine Photovoltaikanlage?

Die Grundlage einer Photovoltaikanlage bilden die Solarmodule, in deren einzelnen Solarzellen die Stromerzeugung stattfindet. Mithilfe eines Montagesystems werden die Solarmodule am Hausdach befestigt. Zum Abtransport des Stroms von den Solarmodulen sind Kabel nötig. Zudem muss der in den Solarmodulen erzeugte Gleichstrom für die Verwendung im Haushalt in Wechselstrom umgewandelt werden, weshalb noch die Installation eines sogenannten Wechselrichters erfolgt.

Neben diesen Grundkomponenten (Solarmodule, Montagesystem, Kabel, Wechselrichter) verfügen ans öffentliche Netz angeschlossene PV-Anlagen noch über einen Einspeisezähler, um die eingespeiste Strommenge zu erfassen. Außerdem kann die Photovoltaikanlage noch um einen Stromspeicher und eine Power-to-Heat-Lösung ergänzt werden. Ein Stromspeicher ermöglicht die Speicherung von ungenutztem selbsterzeugtem Solarstrom für spätere Zeitpunkte (z.B. abends oder nachts). Power-to-Heat dient der Wärmeerzeugung mithilfe des eigenen Solarstroms, beispielsweise für die Warmwasserbereitung.

Welche Nutzungsarten gibt es bei PV?

Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Arten der Nutzung von Photovoltaikanlagen. Zum einen gibt es netzgekoppelte Anlagen, bei denen der Strom auch ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann. Zum anderen gibt es Inselanlagen, die autark und nicht an das Stromnetz angeschlossen sind. Die häufigere Nutzungsart sind netzgekoppelte Anlagen. Bei diesen Anlagen kann der Strom selber genutzt, in einer Solarbatterie gespeichert oder für eine Vergütung ins Stromnetz eingespeist werden. Darüber hinaus ist in Bezug von öffentlichem Strom jederzeit möglich, sodass es nicht zu Engpässen oder Stromausfällen kommt, wenn die PV-Anlage keinen oder zu wenig Strom liefert.

Maximale Autarkie – ist eine Inselanlage die bessere PV-Anlage?

Bei netzgekoppelten Anlagen kann der Eigenverbrauchsanteil je nach Nutzungsprofil und zusätzlichen Komponenten hoch ausfallen, aber eine Unabhängigkeit von 100% ist nur selten möglich. Die Autarkie einer Inselanlage mag daher attraktiv erscheinen, doch für den alltäglichen Gebrauch sind die Anlagen ungeeignet. Ohne einen Anschluss ans Stromnetz ist die Installation eines großen Stromspeichers notwendig. Ein solcher Speicher ist jedoch mit sehr hohen Anschaffungskosten verbunden. Zudem ist die Stromversorgung nicht immer gesichert, da bei Engpässen kein Strom aus dem Netz bezogen werden kann. Und natürlich kann auch kein Strom gegen eine Vergütung eingespeist werden. Aus diesen Gründen ist eine Inselanlage nur für bestimmte Situationen empfehlenswert, nämlich dann, wenn ein Anschluss an das öffentliche Netz zu aufwändig oder teuer wäre. Typischerweise werden Inselanlagen zur Versorgung von Wochenend- und Ferienhäusern oder Berghütten eingesetzt.

Lohnt sich Photovoltaik überhaupt noch?

Viele Privathaushalte und Unternehmen fragen sich, ob die Installation einer Photovoltaikanlage in Zeiten einer niedrigen Einspeisevergütung überhaupt noch lohnenswert ist. Es stimmt, dass ältere Anlagen eine höhere Einspeisevergütung erhalten. Die Investition in eine eigene PV-Anlage lohnt sich aber nach wie vor – lediglich das Hauptziel der Anlage hat sich verändert. Während es bei alten Anlagen wirtschaftlich ist, möglichst viel Strom ins öffentliche Stromnetz einzuspeisen, zielen neuere Anlagen auf einen möglichst hohen Eigenverbrauch ab. Denn während die Einspeisevergütung gesunken ist, sind die Strompreise immer weiter angestiegen. Wer seinen eigenen Strom produziert, muss weniger öffentlichen – und damit teuren – Strom beziehen. Ausführliche Informationen finden Sie in unserem Beitrag zum Kosten-Nutzen-Verhältnis von PV.

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