Wie Photovoltaik funktioniert

Seit 4 Milliarden Jahren versorgt die Sonne mit Ihrer Strahlung die Erde mit Wärme und Licht, ohne die kein Leben möglich wäre. Diese Strahlung (=Photonen) wird durch die Kernfusion im Inneren der Sonne erzeugt. Trifft ein Photon auf ein Siliziumatom, werden dessen Elektronen aus ihrer Bahn gerissen, was eine elektrische Spannung erzeugt. Durch diesen Prozess wird die Strahlung direkt in elektrische Energie umgewandelt. Dieser Effekt wird als Photovoltaik bezeichnet. In Deutschland können durchschnittlich pro Jahr 1.000 kWh Solarenergie/qm erzeugt werden. Das entspricht dem Energiegehalt von 100 Litern Heizöl.

 

Informationen über Anwendungsbereiche, Planung und Betrieb einer Photovoltaikanlage finden Sie im Technischen Leitfaden der VdS Schadenverhütung GmbH.

So funktioniert Photovoltaik

Anlagentechnik

Photovoltaikanlagen können über einen Netzbetreiber zur Einspeisung an das öffentliche Stromnetz angeschlossen werden (netzgekoppelte Anlagen) oder autark stehen (Inselanlagen). Eine Photovoltaikanlage besteht aus folgenden Komponenten:

  • Solarmodul (Zusammenschaltung von Solarzellen)
  • Wechselrichter
  • Montagesystem (Gestell)
  • optional Speichersystem 

Die Installation einer Photovoltaikanlage ist grundsätzlich auf Flachdächern, Schrägdächern, gebäudefassadenintegriert oder auf freien Flächen möglich.

Dabei spielt die Ausrichtung des Daches eine untergeordnete Rolle. Sowohl nach Süden, als auch nach Osten oder Westen ausgerichtete Dächer können gute Erträge erwirtschaften.

Modultechnik

Ein Solarmodul besteht aus elektrisch verbundenen Solarzellen. In einem Solarmodul werden die einzelnen Zellen in Reihe zu elektrisch verbundenen Zellenstrings verlötet. Die Zellenstrings werden über Dioden zu Zellenplatten verbunden und zwischen Trägerglas, EVA- und Tedlarfolie in ein Vakuum laminiert. Die so entstandene Laminateinheit wird von einem Aluminiumrahmen umfasst. Es gibt drei Arten von Solarzellen:

  • Monokristalline Solarzellen: Werden aus einem gezogenen Siliziumstab mit regelmäßiger Kristallstruktur (Einkristall) in dünne Scheiben (Wafer) geschnitten. Sie haben eine dunkelblaue bis schwarze Färbung.
  • Polykristalline Solarzellen: Schneidet man aus einem gegossenen Siliziumblock. Die Poly-Zellen erscheinen leuchtend blau.
  • Dünnschichtsolarzellen: Die Solarzelle wird sehr dünn auf ein Trägermaterial aufgebracht. Dünnschichtmodule können kostengünstiger und großflächiger produziert werden als kristalline Module, besitzen aber einen geringeren Wirkungsgrad.

Grundsätzlich arbeiten monokristalline Solarzellen etwas effizienter, sind jedoch etwas teurer in der Produktion.

Wechselrichter

Der Wechselrichter (Inverter) wandelt den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Dieser wird dann in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Auf einen Stringwechselrichter können je nach Typ ein oder mehrere Modulstränge geschaltet werden. Mit Systemen zur Anlagenkontrolle (Datenkommunikation) lässt sich die erzeugte Leistung überwachen, wie viel Strom selbst verbraucht und wie viel ins Netz eingespeist wurde.