Photovoltaik-Handbuch
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Was ist Photovoltaik und wie funktioniert sie?
Kapitel 2: Grundlagen der Photovoltaik
Was ist Photovoltaik und wie funktioniert sie?
Arian Elezkurtaj
Stand:
Photovoltaik gehört heute zu den wichtigsten Technologien der Energiewende. Sie ermöglicht es, Sonnenlicht direkt in Strom umzuwandeln und diesen im eigenen Haushalt zu nutzen. Doch hinter dem scheinbar einfachen Prinzip steckt ein klar definierter technischer Ablauf, den man auch ohne Vorkenntnisse verstehen kann.
Zusammenfassung
Photovoltaik erzeugt Strom aus Sonnenlicht. Solarzellen wandeln Licht direkt in elektrische Energie um.
Der Strom entsteht auf dem eigenen Dach. Er kann sofort im Haushalt genutzt werden.
Der Ablauf ist technisch einfach. Module erzeugen Strom, der Wechselrichter macht ihn nutzbar.
Grundlage ist der photovoltaische Effekt. Sonnenlicht setzt Elektronen frei und erzeugt Strom.
Eigenverbrauch macht PV besonders wirtschaftlich. Überschüsse werden gespeichert oder ins Netz eingespeist.
Was ist Photovoltaik?
Photovoltaik bezeichnet die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Möglich wird das durch spezielle Solarzellen, die in Photovoltaikmodulen verbaut sind.
Trifft Sonnenlicht auf diese Solarzellen, entsteht elektrische Spannung. Diese wird anschließend in nutzbaren Haushaltsstrom umgewandelt. Eine Photovoltaikanlage produziert also Strom genau dort, wo er gebraucht wird, auf dem eigenen Dach.
Entdeckt wurde der Grundmechanismus bereits 1839 vom französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel, der erstmals den sogenannten photovoltaischen Effekt beschrieb. Die erste wirklich nutzbare Solarzelle entstand jedoch erst 1954 in den Bell Laboratories (USA). Diese Zelle war der Startpunkt für die heutige Photovoltaik, wie wir sie kennen. Seitdem wurde diese Technologie immer weiter erforscht und verbessert.
Der große Vorteil: Der erzeugte Strom ist emissionsfrei, planbar und langfristig deutlich günstiger als Strom aus dem öffentlichen Netz.
Wie funktioniert Photovoltaik?
Der Ablauf einer Photovoltaikanlage ist schnell erklärt:
Zuerst scheint die Sonne auf die Solarmodule auf dem Dach. Diese Module nehmen das Sonnenlicht auf und erzeugen daraus Strom. Dieser Strom entsteht zunächst als sogenannter Gleichstrom.
Damit der Strom im Haushalt genutzt werden kann, wird er zum Wechselrichter geleitet. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um. Genau diese Stromart benötigen alle Geräte im Haus, zum Beispiel Lampen, Kühlschrank oder Fernseher.
Anschließend wird der Strom direkt im Haus verbraucht. Wird gerade weniger Strom benötigt, als die Anlage erzeugt, fließt der überschüssige Strom entweder in einen Stromspeicher oder ins öffentliche Stromnetz.
Physikalische Erklärung: Wie entsteht Strom aus Sonnenlicht?
Die technische Grundlage der Photovoltaik ist der sogenannte photovoltaische Effekt. Trifft Sonnenlicht auf das Silizium in einer Solarzelle, löst es Elektronen aus ihren Bindungen. Diese Elektronen werden dadurch frei beweglich.
Innerhalb der Solarzelle sorgt ein eingebautes elektrisches Feld dafür, dass sich die freien Elektronen gezielt in eine Richtung bewegen. Diese gerichtete Bewegung der Elektronen ist elektrischer Strom. Je stärker die Sonneneinstrahlung, desto mehr Elektronen werden freigesetzt und desto höher fällt der Stromertrag aus.
Wichtig dabei: Photovoltaik nutzt das Licht der Sonne, nicht ihre Wärme. Deshalb können Solaranlagen auch an kühlen, sonnigen Tagen effizient Strom erzeugen.
Was passiert mit dem erzeugten Strom?
Der erzeugte Solarstrom kann auf verschiedene Weise genutzt werden. Am wirtschaftlichsten ist der direkte Eigenverbrauch, da selbst genutzter Strom teuren Netzstrom ersetzt. Wird mehr Strom produziert als verbraucht, gibt es zwei Möglichkeiten:
Der Strom wird in einem Batteriespeicher zwischengespeichert
Der Strom wird ins öffentliche Netz eingespeist.
Für eingespeisten Strom erhalten Anlagenbetreiber eine gesetzlich festgelegte Einspeisevergütung. In Kombination mit einem Speicher steigt der Eigenverbrauch deutlich, was die Wirtschaftlichkeit der Photovoltaikanlage weiter verbessert.
Fazit
Photovoltaik wandelt Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um und ermöglicht es, diesen dort zu nutzen, wo er entsteht, auf dem eigenen Dach.
Der technische Ablauf ist überschaubar: Solarmodule erzeugen Strom, der Wechselrichter macht ihn für den Haushalt nutzbar, und überschüssige Energie wird gespeichert oder ins Netz eingespeist. Grundlage ist der photovoltaische Effekt, bei dem Licht Elektronen in der Solarzelle in Bewegung setzt. Besonders wirtschaftlich wird Photovoltaik durch den Eigenverbrauch, da selbst erzeugter Strom teuren Netzstrom ersetzt. Damit ist Photovoltaik eine ausgereifte, zuverlässige und langfristig kostengünstige Technologie zur eigenen Stromversorgung.
