Wie funktioniert Photovoltaik einfach erklärt (inkl. Schaubilder)
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Dennis Weiser
- Aktualisiert am 16.06.2024
- Die Photovoltaik nutzt den photoelektrischen Effekt in Solarzellen, um Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umzuwandeln, wobei hauptsächlich Silizium als Halbleitermaterial eingesetzt wird.
- Eine Photovoltaikanlage besteht aus Solarmodulen, Wechselrichtern sowie optional aus Stromspeichern oder einer Netzeinspeisung und dient der umweltfreundlichen Energiegewinnung.
- Zukünftige Entwicklungen in der Photovoltaikindustrie versprechen durch technologische Fortschritte, politische Rahmenbedingungen und Fördermaßnahmen höhere Wirkungsgrade und eine verbesserte Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen.
Grundlagen der Photovoltaik
Die Photovoltaik ist eine Technologie, die es ermöglicht, Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umzuwandeln.
Die Basis dafür bildet der sogenannte photoelektrische Effekt, der sich in Solarzellen abspielt, den grundlegenden Bauelementen einer Photovoltaikanlage.
Der photoelektrische Effekt
Im Jahr 1839 wurde der photoelektrische Effekt von Alexandre Edmond Becquerel entdeckt. Diese Entdeckung war ein wichtiger Meilenstein für das Verständnis des Lichts.
Er beschreibt das Phänomen, dass Lichtteilchen (Photonen) beim Auftreffen auf einen Festkörper ihre Energie an Elektronen im Material übertragen, was zu einer Bewegung der Elektronen und somit zur Erzeugung einer elektrischen Spannung führt.
In Solarzellen kommt dieser Effekt zum Einsatz, um aus Sonnenlicht elektrischen Strom zu erzeugen.
Halbleitermaterialien
Die Funktion der Solarzellen basiert auf dem Einsatz von Halbleitermaterialien.
Das am häufigsten verwendete Material ist dabei Silizium, obwohl auch andere Halbleitermaterialien wie Cadmiumtellurid oder Galliumarsenid zum Einsatz kommen können.
Aufbau und Funktion von Photovoltaikanlagen
Eine Photovoltaikanlage, auch als PV Anlage oder Solaranlage bekannt, besteht in der Regel aus mehreren Komponenten, wie Solarmodulen, einem Wechselrichter und optional einem Stromspeicher oder einer Netzeinspeisung.
Doch wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?
Die Solarmodule erzeugen dabei den Gleichstrom, der vom Wechselrichter in für den Hausgebrauch geeigneten Wechselstrom umgewandelt wird.
Solaranlagen sind eine effiziente und umweltfreundliche Energiequelle.
Solarmodule wandeln das Licht um
Solarmodule sind der zentrale Bestandteil jeder Photovoltaikanlage. Sie bestehen aus zahlreichen Solarzellen, die das einfallende Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln.
Dabei gibt es verschiedene Arten von Solarmodulen, die sich in ihrer Leistungsfähigkeit und ihren Kosten unterscheiden.
Monokristalline Solarmodule. Aufgrund ihres Herstellungsverfahrens sind monokristalline Solarmodule teurer als die anderen Typen. Es ist jedoch immer noch das effektivste. Viele Hausbesitzer bevorzugen diesen Typ, da die überwiegend dunkelschwarzen Solarzellen, die von weißen Bereichen umgeben sind, zu den meisten Hausstilen und -designs passen.
Polykristalline Solarmodule. Diese Platten sehen weniger einheitlich aus, da sie mehrere Kristalle anstelle eines einzelnen enthalten. Und da dieses Verfahren die Produktionskosten senkt, ist der Preis von polykristallinen Modulen viel niedriger als der von monokristallinen. Obwohl der Unterschied minimal ist, weisen sie eine geringere Reinheit als Monopaneele auf, was die Effizienz bei der Umwandlung des Sonnenlichts in Energie verringert.
Dünnschicht-Solarmodule. Dünnschicht-Solarmodule werden allgemein als flexible Solarmodule bezeichnet, da sie im Gegensatz zu den anderen drei Typen, die Silizium verwenden, aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden können. Dieser Typ nutzt photovoltaische Materialien, darunter amorphes Silizium (a-Si), Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) und Cadmiumtellurid (CdTe). Und von allen Arten sehen Dünnschicht-Solarmodule eleganter aus und passen praktisch auf jedes Dach.
Wechselrichter wandeln den Gleichstrom in Wechselstrom um
Der Wechselrichter ist ein weiteres zentrales Element einer Photovoltaikanlage.
Er sorgt dafür, dass der von den Solarmodulen erzeugte Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt wird, der in unseren Haushalten genutzt werden kann.
Stromspeicher und Netzeinspeisung
Neben den Solarmodulen und dem Wechselrichter spielen auch Stromspeicher und die Netzeinspeisung eine wichtige Rolle in einer Photovoltaikanlage.
Sie ermöglichen es, den erzeugten Solarstrom flexibel zu nutzen, indem sie Überschüsse speichern oder ins öffentliche Netz einspeisen.
Aufbau einfach erklärt: Vom Sonnenlicht zum Strom im Haushalt
Die Sonne strahlt auf die Solarmodule.
Die Solarmodule wandeln das Licht in elektrische Energie um.
Dieser wird als Gleichstrom an einen Wechselrichter weitergeleitet.
Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um.
Der Wechselstrom kann jetzt im Haushalt genutzt werden.
Sofern ein Stromspeicher angeschlossen ist, wird dieser aufgeladen.
Der überschüssige Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist.
Zusammenfassung
Die Photovoltaik ist eine faszinierende Technologie, die es ermöglicht, Sonnenlicht in saubere elektrische Energie umzuwandeln. Dies geschieht durch den photoelektrischen Effekt in Solarzellen, wobei Silizium als Haupt-Halbleitermaterial verwendet wird. Photovoltaikanlagen bestehen aus Solarmodulen, Wechselrichtern und optional Stromspeichern oder Netzeinspeisung und bieten eine umweltfreundliche Energiequelle.
Monokristalline, polykristalline und Dünnschicht-Solarmodule sind die Haupttypen von Solarmodulen, die sich in Leistungsfähigkeit und Kosten unterscheiden. Der Wechselrichter spielt eine zentrale Rolle, indem er den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, der im Haushalt genutzt werden kann. Stromspeicher und Netzeinspeisung ermöglichen eine flexible Nutzung des erzeugten Solarstroms.
Die Zukunft der Photovoltaik verspricht höhere Wirkungsgrade und verbesserte Wirtschaftlichkeit durch technologische Fortschritte und politische Rahmenbedingungen. Photovoltaik ist zweifellos eine Schlüsseltechnologie für eine nachhaltigere Energieversorgung und trägt dazu bei, Licht in Energie umzuwandeln, um unsere Umwelt zu schonen.
Häufig gestellte Fragen
Eine Photovoltaikanlage wandelt Sonnenlicht mithilfe von Solarzellen in elektrische Energie um. Die erzeugte Gleichstrom wird über einen Wechselrichter in nutzbaren Wechselstrom umgewandelt. Im Prinzip ist dieser Prozess einfach zu verstehen und eine effektive Methode, um erneuerbare Energien zu nutzen.
Ja, aktuelle Solarenergielösungen sind mittlerweile in der Lage , den gesamten Energiebedarf eines Hauses zu decken. Die Kombination aus Solarmodulen und Solarbatterien macht dies möglich und versorgt ein ganzes Haus ausschließlich mit Solarenergie.
Ja, das tun sie, aber mit einer sehr geringen Leistung. Mondlicht reflektiert tatsächlich das Licht der Sonne, hat also immer noch die gleichen Eigenschaften, die in Elektrizität umgewandelt werden können, wenn auch trivial.
Der Hauptunterschied zwischen einer Photovoltaikanlage und einer Solaranlage liegt darin, dass Photovoltaikanlagen Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln, während Solaranlagen Wärmeenergie produzieren. Beide nutzen jedoch die Sonnenenergie auf unterschiedliche Weisen und haben jeweils ihre eigenen Anwendungen.
Geschrieben von:
Dennis ist ein versierter Experte im Bereich Photovoltaik und erneuerbarer Energien. Mit seinem tiefgreifenden Verständnis für Solartechnologie und seiner Erfahrung in diesem Sektor bietet er wertvolle Einsichten und praktische Ratschläge. Seine Fachkenntnisse umfassen die Planung und Implementierung von Solaranlagen sowie das Wissen über aktuelle Trends und Entwicklungen im Bereich der erneuerbaren Energien.
