Photovoltaikanlagen wandeln die Strahlen der Sonne direkt in elektrische Energie um. Da Sonnenstrahlen unbegrenzt zur Verfügung stehen, zählt Solarenergie zu den unerschöpflichen erneuerbaren Energien. Auch für Privatpersonen wird das Thema Photovoltaik zunehmend wichtiger, allerdings fehlt oft das nötige Knowhow. Wie geben Ihnen einen Überblick, wie eine Photovoltaikanlage funktioniert.
So funktioniert eine Photovoltaikanlage und ihre Solarzellen
Durch eine Photovoltaikanlage wird Strahlungsenergie des Sonnenlichts in Strom umgewandelt. Ein wesentlicher Bestandteil sind dabei Solarzellen, in denen durch zwei Siliziumschichten mit unterschiedlicher Leitfähigkeit ein elektrisches Feld erzeugt wird. Eine Schicht weist einen Mangel an Elektronen auf und die andere einen Überschuss, wodurch ein Minus- und ein Pluspol entstehen. Wenn das Sonnenlicht auf das Silizium trifft, setzen sich negativ geladene Elektronen frei und werden vom positiv geladenen Siliziumgitter auf der Rückseite der Solarzelle angezogen. Eine direkte Verbindung der Elektronen wird über eine Grenzschicht verhindert, weshalb die Elektronen über die Stromleitung, also die weißen Streifen auf der Oberfläche der Solarzelle, zum Pluspol wandern. Durch die Bewegungsenergie wird schließlich Strom erzeugt.
Eine Solarzelle allein liefert nur eine geringe elektrische Leistung. Deshalb werden viele Solarzellen durch sogenannte Lötbändchen zu einem Modul zusammengeschlossen. Eine Glasplatte schützt die zerbrechlichen Solarzellen.
Eine Photovoltaikanlage wiederum besteht je nach Energiebedarf aus mehreren Modulen, die beispielsweise auf Hausdächern montiert werden.
Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom
In den Solarzellen wird grundsätzlich immer Gleichstrom erzeugt, welcher jedoch in dieser Form nicht nutzbar ist. Deshalb muss er in Wechselstrom, wie ihn die meisten elektrischen Geräte im Haushalt verwenden, umgewandelt werden. Die Umwandlung geschieht über den Wechselrichter. In der Regel wandelt ein Wechselrichter den Strom aus allen Modulen um. Es besteht aber auch die Möglichkeit, für jedes Solarmodul einen eigenen Wechselrichter zu nutzen. Das hat den Vorteil, dass ein beschädigtes oder im Schatten liegendes Modul die anderen nicht beeinträchtigt. Der Nachteil liegt hingegen in höheren Kosten und der komplizierten Verkabelung.
Komponenten der Photovoltaikanlage
Photovoltaikanlagen bestehen aus mehreren Teilkomponenten. Für einen möglichst hohen Wirkungsgrad müssen alle Komponenten optimal miteinander kombiniert werden:
- Solarmodule: erzeugen Solarstrom und werden in der Regel auf dem Dach angebracht (Beitrag: Dachanlagen vs. Solarparks: So ist Photovoltaik nachhaltiger)
- Wechselrichter: wandelt Gleich- in Wechselstrom um
- Stromzähler: misst den ins Stromnetz eingespeisten Strom
- Solarkabel: leiten die Sonnenenergie und verbinden Solarmodule, Wechselrichter und weitere Komponenten miteinander; müssen robust und leistungsfähig sein
- Batteriespeicher: speichert überschüssigen Strom zur späteren Verwendung zwischen, wodurch sich der Eigenverbrauch steigern lässt (Artikel: Das bedeutet Eigenverbrauch)
Anschluss einer Photovoltaikanlage ans Stromnetz
Einen Teil Ihres erzeugten Solarstroms können Sie direkt selbst verbrauchen. Der Rest wird, insofern der Strom nicht mit einem Batteriespeicher zwischengespeichert wird, in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Dafür ist ein Netzanschluss notwendig.
Bereits vor der Installation Ihrer Solaranlage müssen Sie sich mit dem örtlichen Netzbetreiber in Verbindung setzen und Ihre Anlage anmelden. Dieser führt eine Netzverträglichkeitsprüfung durch. Es wird also geprüft, ob die geplante Anlage mit dem Netz kompatibel ist. Welcher Netzbetreiber für Sie zuständig ist, hängt von Ihrer Postleitzahl ab. Da er ein zeitlich begrenztes, örtliches Monopol hat, können Sie Ihren Netzbetreiber nicht wechseln (Das sollten Sie bei der Anschaffung einer Solaranlage beachten).
Darum lohnt sich ein Batteriespeicher für Photovoltaikanlagen
Zwar erhalten Sie für die Einspeisung von Solarstrom in das öffentliche Netz nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) eine Vergütung, eine Solaranlage ist dennoch umso lohnender, je mehr Strom Sie selbst verbrauchen. Der Grund dafür: Die Einspeisevergütung wurde in den vergangenen Jahren spürbar gekürzt. Nur Anlagen, die ab dem 30. Juli 2022 in Betrieb gegangen sind, bekommen etwas höhere Vergütungssätze (EEG-Novelle 2023).
Ein durchschnittlicher Haushalt verbraucht allerdings nur 25 bis 35 Prozent des erzeugten Solarstroms selbst. Überschüssiger Strom, den Sie nicht einspeisen wollen, lässt sich mit einem Batteriespeicher zwischenspeichern und zeitversetzt nutzen. Solch ein Energiespeicher ist zwar in der Anschaffung sehr teuer, der Eigenverbrauch kann aber damit auf bis zu 80 % gesteigert werden. Die Kosten für einen Stromspeicher rechnen sich im Schnitt nach 15 Jahren, weshalb Sie auf eine lange Lebensdauer des Akkus achten sollten. Wenn Sie eine Photovoltaikanlage bei den SolarHelden mieten oder kaufen, ist in den meisten Paketen ein leistungsstarker Speicher bereits inkludiert.
Zukunft von Photovoltaikanlagen
Die Nachfrage nach Photovoltaikanlagen ist schon jetzt enorm und wird in Zukunft weiter steigen. Die Investitionsausgaben sind deutlich gesunken. Dieser Trend wird sich durch neue Herstellungsverfahren und steigende Produktionsmengen auch weiterhin fortsetzen. Zudem wurden verschiedene Gesetze angepasst, um den Ausbau erneuerbarer Energien weiter zu fördern (Das ändert sich 2023 für PV-Anlagen).
Gerade wenn effiziente Stromspeicher zur Verfügung stehen und somit der Eigenverbrauch auf ein Optimum gesteigert wird, kann der Einsatz von Photovoltaikanlagen noch erheblich verbreitet werden.
