Wie funktioniert eine Photovoltaik-Anlage?
Solarstrom vom eigenen Dach – eine zukunftsfähige Kehrtwende für viele Hausbesitzer! Denn der Wunsch nach einer autarken Stromversorgung zahlt nicht nur in den privaten Geldbeutel ein. Auch in Sachen Nachhaltigkeit ist und bleibt die Photovoltaikanlage eine wichtige technische Erfindung.
Die Vorteile liegen also klar auf der Hand: Kosteneinsparung, Unabhängigkeit, Klimaschutz, Vergütung durch Netzeinspeisung, lange Lebensdauer und diverse Fördermöglichkeiten.
Aber wie funktioniert Photovoltaik eigentlich? Was passiert da oben auf Ihrem Dach? Und wie kommt der Strom aus den Solarzellen in Ihre Steckdose? In diesem Artikel erklären wir Ihnen einfach und anschaulich, wie eine Photovoltaik-Anlage arbeitet.
Themen
PV-Funktionsweise: Kurz und knapp
Photovoltaik: Definition
Solaranlage, Solarthermie und Photovoltaik – diese Begriffe schwirren Ihnen im Kopf? Kein Wunder, denn sie klingen ähnlich und irgendwie machen sie auch fast dasselbe. Oder etwa nicht?
Es handelt sich dabei um drei verschiedene Dinge. Lassen Sie uns Klarheit schaffen:
- Solaranlage: Hierbei handelt es sich um einen Oberbegriff. Jede Technik, die Sonnenenergie nutzt, ist eine Solaranlage. Ganz egal, wofür die Energie der Sonne am Ende verwendet wird. Ihre Solaranlage kann also eine Photovoltaik-Anlage sein – aber eben auch eine Solarthermie-Anlage.
- Photovoltaik: PV-Anlagen sind somit eine spezielle Art der Solaranlage. Sie wandelt Sonnenlicht direkt in Strom um, der dann etwa für Haushaltsgeräte, die Beleuchtung oder die Ladung von Batterien verwendet werden kann.
- Solarthermie: Auch hierbei handelt es sich um eine spezielle Solaranlage, aber mit anderem Zweck. Sie fängt die Wärme der Sonne ein und überträgt sie auf ein Fluid (meist Wasser oder Sole). Das erwärmte Fluid wird im Anschluss für Warmwasser oder die Heizung genutzt. Bei Solarthermie geht es also um Wärme.
Wenn Sie von Strom auf Ihrem Dach träumen, sind „Photovoltaik“ oder „PV-Anlage“ die richtigen Begriffe. Diese Technik macht Ihr Haus zur eigenen, grünen Stromfabrik.
So arbeitet Ihre PV-Anlage – kurz und knapp:
Vom Sonnenstrahl bis zur Steckdose – alles automatisch und ohne bewegliche Teile. Genial einfach, nicht wahr? Ein wenig mehr Technik und Physik stecken natürlich schon dahinter. Zusammenfassend kann man die Funktionsweise wie folgt erklären:
- Die Solarzellen der Photovoltaikmodule fangen das Sonnenlicht ein.
- Im Silizium der Solarzellen werden Elektronen freigesetzt.
- Elektronen fließen als Gleichstrom durch ein Kabel zum Wechselrichter.
- Der Wechselrichter wandelt Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom um.
- Der gewonnene Strom fließt nun in Ihr Hausnetz und/oder ins öffentliche Netz.
Aufbau, Funktion und Technik von Solarzellen
Sie wissen jetzt: Eine PV-Anlage wandelt Sonneneinstrahlung in elektrische Energie um. Aber wie funktioniert dieser „solare Zaubertrick“? Der Star der Show ist die sogenannte Solarzelle – ein hoch entwickeltes Bauteil, das wie ein Sandwich aufgebaut ist.
Es besteht aus 6 Schichten:
- Schutzglas: Das Glas schirmt die Zelle ab.
- Antireflexschicht: Sie schluckt mehr Licht, indem sie verhindert, dass das Licht reflektiert.
- N-dotierte Schicht: Hat mehr Elektronen als „Löcher“.
- P-dotierte Schicht: Hat mehr „Löcher“ als Elektronen.
- Grenzschicht: Hier passiert die Magie.
- Metallkontakte: Sie leiten den Strom ab.
Die Hauptarbeit leisten die N- und P-Schicht. Beide bestehen aus Silizium, dem zweithäufigsten Element der Erdkruste. Die N-Schicht hat einen Überschuss an Elektronen, die P-Schicht hingegen einen Mangel (die sogenannten „Löcher“). An der Grenze zwischen beiden entsteht so ein elektrisches Feld – das ist der Motor Ihrer Solarzelle.
Funktionsweise der Solarzellen
Und wie wird nun Licht zu Strom? Wir machen es einfach:
- Schritt 1: Lichtquanten, auch Sonnenteilchen genannt, treffen auf die Solarzelle. Dabei „schlagen“ die Lichtquanten Elektronen aus dem Silizium der N-dotierten Schicht.
- Schritt 2: Die freigewordenen Elektronen wollen wandern – von der Minus- zur Plusseite. Auf ihrer Wanderung erzeugen sie elektrische Spannung.
- Schritt 3: Die elektrische Spannung treibt einen Stromfluss an, der über die Metallkontakte abgeleitet und ins System gespeist wird.
Dieser photoelektrische Effekt ist natürlich nicht ganz unkompliziert, folgt aber einem simplen Prinzip: Licht schubst Elektronen an und die Elektronen fließen als Strom in Ihr Energienetz.
Verschiedene Solarzellen-Typen
„Die Solarzelle“ gibt es tatsächlich gar nicht. Es existieren verschiedene Solarzell-Typen, die jeweils besondere Vor- und Nachteile mit sich bringen.
| Monokristalline Zellen: | Polykristalline Zellen: | Dünnschichtzellen: |
|---|---|---|
| Einheitliche, dunkelblaue Farbe | Bläulich schimmernde Struktur | Extrem dünn, teils biegsam |
| Höchste Effizienz (bis 25 %) | Etwas geringere Effizienz (bis 20 %) | Niedrigere Effizienz (8-16 %) |
| Teurer in der Herstellung | Günstiger in der Herstellung | Geringere Kosten |
| Ideal bei begrenzter Dachfläche | Gutes Preis-Leistungs-Verhältnis | Gut bei schwachem Licht |
| Oft in Dachziegeln oder Fassaden |
Die Wahl des Zelltyps hängt also von Ihren Prioritäten und Ihrer Dachbeschaffenheit ab: Höchste Leistung? Monokristallin. Bester Preis? Polykristallin. Integration ins Gebäude? Dünnschichtzellen.
Lassen Sie sich zur Auswahl bestenfalls von einem Fachbetrieb beraten – anhand einer genauen Analyse Ihres Hauses wird er Ihnen den richtigen Zelltypen empfehlen können.
Sie brauchen Unterstützung? Dann sind wir für Sie da!
Wir von krone gt vereinen Fachwissen und Erfahrung mit Leidenschaft und echter Handwerksmanier. Gerne unterstützen wir Sie bei der Planung und Installation Ihrer neuen Photovoltaikanlage!
Komponenten einer PV-Anlage
Um genügend nutzbare Energie zu erzeugen, braucht es ein komplexes technisches System aus verschiedenen Teilen. Somit arbeiten in einer Photovoltaikanlage mehrere Komponenten Hand in Hand, um das Sonnenlicht in für Sie nutzbaren Strom zu verwandeln.
Eine einzelne Solarzelle liefert nur etwa 0,5 Volt – das reicht nicht einmal für eine einzige LED-Lampe! Deshalb werden bei einer Photovoltaikanlage viele Zellen zu einem Solarmodul verbunden: Zwischen 60-72 Solarzellen pro Modul, in Reihe geschaltet für höhere Spannung, geschützt von gehärtetem Glas und Aluminiumrahmen. Die Leistung pro Solarmodul liegt zwischen 300 und 400 Watt.
Der Wechselrichter ist quasi der Dolmetscher Ihrer PV-Anlage: Der Wechselrichter übersetzt den Gleichstrom der Solarmodule in Wechselstrom für Ihre elektronischen Geräte um. Zudem passt er die Spannung an – von etwa 600 auf 230 Volt – und synchronisiert mit dem Stromnetz. Er steht meist im Keller oder auf dem Dachboden.
Sie sind das stabile Fundament Ihrer Module: Die Montagesysteme. Je nach Dach eignen sich verschiedene Halterungen, die sich der jeweiligen Dachform optimal anpassen und dafür sorgen, dass die Module gut gesichert sind. So gibt es Aluminiumschienen für Schrägdächer, aufgeständerte Systeme für Flachdächer oder Indach-Systeme als Ziegelersatz. Ein gutes Halterungssystem hält jahrzehntelang Wind und Wetter stand.
Das Kabelsystem ist so etwas wie der Blutkreislauf Ihrer Anlage. UV-beständige Solarkabel und sichere Steckverbinder verbinden die Module miteinander. Wechselstrom-Kabel leiten den Strom vom Wechselrichter ins Hausnetz. Der sogenannte Einspeisepunkt verknüpft wiederum Ihre Photovoltaikanlage mit dem öffentlichen Netz.
Ein Batteriespeicher ist wie eine große Powerbank für Ihr Haus. Er speichert all die Energie, die Ihre PV-Anlage zu viel produziert. Besonders praktisch: Sie sammeln Strom in sonnigen Stunden und können ihn abends oder an bedeckten Tagen verbrauchen, wenn die Anlage weniger Sonnenstrahlen einfangen kann.
Fazit
Von der einzelnen Solarzelle bis zum Stromfluss aus Ihrer Steckdose – jetzt wissen Sie, wie Ihre PV-Anlage arbeitet. Fassen wir noch einmal zusammen: Die Solarmodule fangen die Sonneneinstrahlung ein, der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in haushaltsüblichen Wechselstrom um und verschiedene Kabel bringen den Strom in Ihr Netzwerk – und schon laufen Ihre Geräte. Ein ausgeklügeltes System, das Ihr Dach in ein grünes Kraftwerk verwandelt.
Jede Komponente spielt dabei eine wichtige Rolle: robuste Module, smarte Wechselrichter, sichere Montagesysteme, zuverlässige Kabel. Optional ergänzt ein Batteriespeicher Ihre Anlage und sorgt dafür, dass Sie auch zu sonnenarmen Zeiten Ihre eigene Solarenergie nutzen können.
Doch eine PV-Anlage ist also mehr als nur Technik – Sie ist Ihr persönlicher Beitrag zu einer saubereren Zukunft. Von der ersten Planung bis zur letzten Schraube – wir, Ihr SHK-Partner, stehen Ihnen bei.