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Wie funktioniert eine Photovoltaik-Anlage?

Komponenten einer Komplettanlage

Foto: Solarwatt

Wie funktioniert eine PV-Anlage? Welche Komponenten gehören zu einer Komplettanlage? Sind mono- oder polykristalline Solarzellen effektiver? Welche neuen Technologien gibt es? Hier erfahren Sie Wissenswertes zur Funktionsweise einer Photovoltaikanlage.

Das erfahren Sie in diesem Artikel:

  1. Wie funktioniert Photovoltaik?
  2. Komponenten einer Photovoltaikanlage
  3. Monokristallin oder polykristallin - der Wirkungsgrad von Solarzellen
  4. Neue Technologien

Wie funktioniert Photovoltaik?

Optimal ist eine Dachneigung von 28 Grad und Südost- bis Südwestausrichtungen.
Foto: Shutterstock/Smileus

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).

Funktionsweise einer Solarzelle

Photovoltaik: Wird bei Regen, Bewölkung oder Schnee noch Strom erzeugt?

PV-Anlagen 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.

Komponenten einer Photovoltaikanlage

Komponenten einer Photovoltaik-Anlage
Komponenten einer Photovoltaikanlage: Solarmodule auf dem Dach erzeugen Strom, der vom Wechselrichter umgewandelt wird. Ein Energiemanager verteilt den Strom für den Eigenverbrauch, an eine Batterie oder ein E-Mobil (optional) oder ins öffentliche Netz.
Illustration: Michaela Mayländer / J.Fink Verlag

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.
Funktionsweise Photovoltaik-Anlage
Häufig kombiniert: Photovoltaik und Solarthermie. Photovoltaik erzeugt Strom (schwarz dargestellt), Solarthermie erzeugt Wärme, indem eine Wärmeträgerflüssigkeit beständig zirkuliert (rot und blau dargestellt).
Foto: iStockphoto/Marc Osborne

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?

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.

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.

Neue Technologien

Neue Materialien kommen zwar auf keine so hohen Wirkungsgrade, können aber zum Teil günstiger produziert werden.

Organische Solarzellen

Organische Photovoltaik im WDVS bei einer Gebäudesanierung
Im Rahmen der Sanierung eines Wohnhauses in Frankfurt wurde die weltweit erste "In-Putz"-Photovoltaik-Anlage auf Basis organischer Photovoltaik (OPV)-Technologie umgesetzt. Die Anlage leistet so ihren Beitrag zu einem Plusenergiegebäude.

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. Damit ist es möglich, auch Gebäudefassaden zur Erzeugung von Solarstrom zu nutzen.
» Weltweit erstes In-Putz-Photovoltaik-System für Fassaden entwickelt

PV-Anlagen für die Steckdose

Auch so können die Mini-Anlagen installiert werden – Hauptsache unverschattet.
Foto: MachDeinenStrom.de

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.

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