Bevor Sie sich für die Installation einer Photovoltaikanlage entscheiden, ist es sinnvoll, dass Sie sich einen groben Überblick über Aufbau und Funktion einer Photovoltaikanlage und deren Solarzellen verschaffen. Wir haben im Ratgeber alle wichtigen Informationen zur Solarenergie übersichtlich für Sie zusammengestellt.
Inhaltsverzeichnis
Photovoltaik Funktion leicht erklärt – So funktioniert Stromerzeugung mit einer Photovoltaikanlage
Eine Photovoltaikanlage produziert bei direkter Sonneneinstrahlung, aber auch bei diffusem Licht, zum Beispiel an bewölkten Tagen, Strom. Je höher die Sonneneinstrahlung, desto mehr Solarstrom wird durch die Photovoltaikanlage produziert.
Fällt Sonnenlicht auf die Solarzellen, erzeugen diese daraus Gleichstrom. Die einzelnen Solarzellen sind zu größeren Solarmodulen und diese Module wiederum zu einem Solargenerator zusammengeschaltet. Ein Wechselrichter sorgt dafür, dass der erzeugte Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt wird. Dieser wird dann direkt in Ihr privat genutztes Stromnetz oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist.
Die Begriffe Photovoltaikanlage und Solaranlage werden oft als Synonyme verwendet. Während Photovoltaikanlagen aber Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln, gewinnen Solaranlagen beziehungsweise Solarthermieanlagen aus der Sonnenenergie Wärme. Kurz gesagt: Beide Anlagen gewinnen aus Sonnenlicht Solarenergie, wobei Photovoltaik Strom und die Solarthermie Wärme produziert.
Bestandteile einer Photovoltaikanlage und ihre Funktion
Damit eine Photovoltaikanlage Solarstrom produzieren kann, sind die folgenden Komponenten notwendig:
- Ein Wechselrichter, der den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt
- Zu Solarmodulen zusammengeschlossene einzelne Solarzellen (Dickschichtzellen, Dünnschichtzellen oder Wafer-Solarzellen)
- Ein Stromspeicher, der die Effektivität Ihrer Photovoltaikanlage erhöht
Wechselrichter Funktionsweise
Die Photovoltaikmodule Ihrer Anlage erzeugen Gleichstrom. Das Stromnetz wird allerdings mit Wechselstrom betrieben. Die Aufgabe des Wechselrichters ist es daher, den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln.
Solarzellen und ihre Funktion
Das Herzstück einer Photovoltaikanlage sind die zu Solarmodulen beziehungsweise Photovoltaik-Modulen zusammengeschalteten Solarzellen. Sie stellen die maßgeblichen Komponenten für die Energieerzeugung dar. Solarzellen bestehen aus verschiedenen Halbleitermaterialien, die die Fähigkeit besitzen, Strom zu leiten, wenn ihnen über Sonnenlicht Energie zugeführt wird. Die meisten Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silizium (Si). Die abgreifbare Spannung beträgt hier etwa 0,5 Volt.
Die Leistung einer Solarzelle ist temperaturabhängig. Höhere Zelltemperaturen führen zu niedrigeren Leistungen, also zu einem schlechteren Wirkungsgrad. Dies bedeutet, dass weniger der eingestrahlten Lichtmenge in nutzbare elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Dickschichtzellen und Wafer-Solarzellen
Dickschichtzellen sind große flache Halbleiter, die angeregt durch Licht freie Ladungsträger erzeugen. Sie bestehen aus Silizium und haben an Vorder- und Rückseite Kontakte, an denen der erzeugte Strom abgegriffen werden kann. Silizium ist preiswert und lässt sich monokristallin herstellen, meist in Form sogenannter Wafer. Wafer sind kreisrunde oder quadratische, etwa ein Millimeter dicke Scheiben aus monokristallinem Silizium.
In Deutschland sind neun von zehn Photovoltaikanlagen mit Dickschichtzellen beziehungsweise Wafer-Solarzellen ausgestattet, da sie äußerst effizient arbeiten.
Dünnschichtzellen
Dünnschichtzellen bestehen aus amorphem Silizium und sind etwa 100 Mal dünner als Dickschichtzellen. Sie kommen in Sonderfällen zum Einsatz, beispielsweise wenn die Solarmodule in die Dachhaut integriert werden oder teilweise im Schatten liegen sollen.
Stromspeicher
Eine Photovoltaikanlage mit Stromspeicher bedeutet für Sie weitgehende Unabhängigkeit von Stromanbietern. Mit einem Stromspeicher können Sie Ihre eigens produzierte Energie nutzen, wann immer Sie möchten. Strom, der tagsüber produziert aber nicht genutzt wurde, wird im Stromspeicher eingespeist. So können Sie Ihre gespeicherte Energie zu jeder Tageszeit nutzen, auch wenn die Sonne schon längst untergegangen ist. Ohne Stromspeicher wären Sie zu diesen Zeiten ohne Sonneneinstrahlung immer auf gekauften Strom eines Energieanbieters angewiesen.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Ihren ungenutzten Strom zu verkaufen.
Verschiedene Arten von Photovoltaikanlagen und ihre Photovoltaik Funktion
Je nachdem ob Sie eine Photovoltaikanlage auf Ihrem bestehenden Dach anbringen möchten, auf der Suche nach der richtigen Anlage im Rahmen eines Neubaus sind oder eine Lösung zur umweltfreundlichen Stromgewinnung in einem ländlichen Gebiet suchen, kommen verschiedene Arten von Photovoltaikanlagen in Frage. Es wird unterschieden zwischen Aufdach- und Indachanlagen, gebäudeintegrierten Photovoltaikanlagen und Freidachanlagen.
Aufdach- und Indachanlage
Bei einer Aufdachanlage wird zur Befestigung der Solarmodule ein Schienensystem oberhalb des Daches mittels Dachhaken in geringen Abstand von etwa 5 bis 15 cm zum Dach angebracht. Neben üblichen Ziegeldächern eignen sich auch Blechdächer, Schieferdächer und Wellplattendächer für die Aufdach-Montage.
Bei einer Indachanlage werden die Solarmodule in die Dachoberfläche integriert, ersetzen damit die Dacheindeckung und übernehmen die schützende Funktion des Daches. Die Indach-Montage bietet sich vor allem für Neubauten und Dachsanierungen an, bei Blechdächern, Welldächern und Reetdächern ist sie nicht möglich. Bei Neubau können Sie mit einer Indachanlage also Kosten für Dachmaterial sparen. Auch die verbesserte Optik spricht für die Indach-Montage.
Gebäudeintegrierte Photovoltaikanlage
Gebäudeintegrierte Photovoltaikanlagen (GiPV) ersetzen Teile der Gebäudehülle wie Fassaden, Dächer und Fenster komplett durch Solarmodule, die Gebäude zu Energieproduzenten werden lassen. Darüber hinaus bieten sie zusätzliche Funktionen und multifunktionale Einsatzmöglichkeiten wie zum Beispiel Kombinationen von Solarstromgewinnung und Witterungsschutz, Wärmedämmung, Sonnenschutz, Sichtschutz oder Schalldämmung. Auch der ästhetische Design-Aspekt spielt hier eine große Rolle.
Freilandanlage
Photovoltaik Freilandanlagen werden vor allem in Landwirtschaftsbetrieben, generell in ländlichen Gebieten und von größeren Unternehmen genutzt, um Solarstrom zu erzeugen. Es werden Metallgestelle in langen parallellaufenden Reihen aufgestellt, auf denen die Solarmodule angebracht werden. Die Aufständerung muss in entsprechendem Abstand voneinander stehen, da die Module sonst gegenseitig Schatten aufeinander werfen.
Fazit zur Photovoltaik Funktion und der Funktionsweise von Solarzellen, dem Herzstück der Photovoltaikanlage
Unser Ratgeber sollte Ihnen nun die grundlegenden Fragen was Photovoltaik ist, wie Solarenergie funktioniert und welche Funktionsweise die Solarzelle als Herzstück der Photovoltaikanlage hat, beantwortet haben. Bei weiteren Fragen und Anregungen können Sie jederzeit gerne Kontakt mit uns aufnehmen!