Wie funktioniert Photovoltaik eigentlich?

Stellen Sie sich vor, Sie könnten Ihr eigenes Zuhause mit der Energie der Sonne antreiben – sauber, effizient und vor allem günstig. Doch wie genau wird das Sonnenlicht, das auf Ihr Dach trifft, zu Strom, der Ihre Geräte am Laufen hält? Der Weg vom Sonnenstrahl bis zur Steckdose ist ein faszinierender Prozess, der die Physik der Sonnenenergie mit modernster Technologie vereint. Erfahren Sie hier, wie Sie mit einer Solaranlage nicht nur Geld sparen, sondern auch aktiv zum Klimaschutz beitragen können.

Was ist Photovoltaik?

Photovoltaik bezeichnet die Technologie, mit der Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Begriff setzt sich aus den Worten „Photon“ (das Lichtteilchen) und „Volt“ (die Maßeinheit für elektrische Spannung) zusammen. Die grundlegende Einheit einer Photovoltaikanlage ist die Solarzelle, die mithilfe des sogenannten photoelektrischen Effekts arbeitet. Sobald Licht auf eine Solarzelle trifft, erzeugt diese elektrische Energie. Mehrere Solarzellen werden zu Solarmodulen zusammengeschaltet, um eine größere Menge an Strom zu produzieren.

Photovoltaik ist eine umweltfreundliche Technologie, die saubere Energie aus einer praktisch unerschöpflichen Quelle – der Sonne – bezieht. Sie ist eine der effektivsten Möglichkeiten, erneuerbaren Strom zu erzeugen, und trägt dazu bei, die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern zu reduzieren. Zudem ist sie eine bedeutende Säule für die Energiewende, da sie sowohl im Eigenheim als auch in gewerblichen und industriellen Anlagen eingesetzt werden kann. Letztlich bedeutet Photovoltaik: Stromproduktion ohne Lärm, ohne Emissionen und mit einem hohen Maß an Unabhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz.

So funktioniert eine PV Anlage: Vom Sonnenstrahl zur Solarenergie

Der Weg vom Sonnenstrahl zu nutzbarem Strom ist ein beeindruckender Prozess, der moderne Technologie und die Kraft der Sonne vereint. Hier wird Schritt für Schritt erklärt, wie eine Photovoltaik Anlage funktioniert und Ihren Haushalt mit sauberer Energie versorgt.

1. Sonnenlicht trifft auf die Solarmodule

Das Herzstück einer Photovoltaik Anlage sind die Solarmodule, die meist auf dem Dach installiert werden. Diese Module bestehen aus vielen Solarzellen, die den sogenannten photoelektrischen Effekt nutzen. Wenn Sonnenstrahlen auf die Solarzellen treffen, lösen die Photonen (Lichtteilchen) Elektronen aus dem Halbleitermaterial der Solarzellen. Die häufig verwendeten Materialien sind Siliziumverbindungen, die besonders gut geeignet sind, um Elektronen in Bewegung zu setzen.

2. Gleichstromerzeugung in den Solarzellen

Durch den photoelektrischen Effekt entsteht in den Solarzellen ein elektrisches Feld, das die freigesetzten Elektronen in eine bestimmte Richtung lenkt und so elektrische Energie erzeugt. Dabei fließt Strom – allerdings zunächst als Gleichstrom. Gleichstrom kann für die meisten Haushaltsgeräte nicht direkt verwendet werden, deshalb ist ein weiterer Schritt notwendig.

3. Der Wechselrichter – Umwandlung in Wechselstrom

Der erzeugte Gleichstrom fließt vom Solarmodul in den Wechselrichter. Dieses Gerät wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um, den Sie in Ihrem Haus nutzen können. Der Wechselstrom ist die übliche Form von Elektrizität, die in den Stromnetzen verwendet wird und für Haushaltsgeräte geeignet ist. Der Wechselrichter sorgt außerdem dafür, dass der Strom die richtige Spannung und Frequenz hat.

4. Stromnutzung im Haus

Der umgewandelte Wechselstrom wird direkt in Ihr Hausnetz eingespeist. Ihre elektrischen Geräte – vom Kühlschrank bis zur Waschmaschine – können diesen Strom sofort nutzen.

5. Speicherung mit Stromspeicher (optional)

Immer mehr Haushalte entscheiden sich dafür, ihren überschüssigen Strom in einem Stromspeicher zu lagern. Diese Speicher machen Sie unabhängiger vom Stromnetz, da Sie den gespeicherten Solarstrom auch dann nutzen können, wenn die Sonne nicht scheint, zum Beispiel in der Nacht. Auf diese Weise maximieren Sie Ihren Eigenverbrauch und erhöhen Ihre Unabhängigkeit.

6. Einspeisung ins Stromnetz

Wenn Ihre Anlage mehr Strom produziert, als Sie speichern oder verbrauchen können, wird der überschüssige Strom ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Dafür erhalten Sie eine Einspeisevergütung gemäß dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Somit leisten Sie nicht nur einen Beitrag zum Klimaschutz, sondern können durch die Einspeisung auch finanzielle Vorteile erzielen.

Technische Details einfach erklärt: Komponenten einer Photovoltaik Anlage

Damit eine Photovoltaikanlage optimal funktioniert und den Strom in Ihrem Zuhause nutzbar macht, sind verschiedene technische Komponenten notwendig. Jede dieser Komponenten hat eine wichtige Rolle im Gesamtsystem und sorgt dafür, dass die Energie der Sonne effizient umgewandelt und genutzt werden kann. Hier eine einfach erklärte Übersicht:

Solarmodule (Photovoltaik-Module)

Solarmodule sind die sichtbaren Bestandteile, die meist auf dem Dach montiert werden. Sie bestehen aus mehreren Solarzellen, die das Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln. Die Module sind so ausgelegt, dass sie möglichst viel Licht aufnehmen und in Strom umwandeln, selbst bei schwächeren Lichtverhältnissen.

Wechselrichter (Inverter)

Der Wechselrichter ist das „Gehirn“ der Anlage. Er hat die Aufgabe, den in den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in haushaltsüblichen Wechselstrom umzuwandeln. Ohne den Wechselrichter wäre der Strom nicht für Ihre Haushaltsgeräte nutzbar.

Stromspeicher (optional)

Ein Stromspeicher ist ein optionaler, aber sinnvoller Bestandteil, wenn Sie möglichst unabhängig vom Stromnetz sein möchten. Er speichert überschüssigen Strom, den Ihre Photovoltaik Anlage erzeugt, sodass Sie ihn später, etwa nachts oder an bewölkten Tagen, nutzen können. Damit erhöhen Sie Ihren Eigenverbrauch und minimieren Ihre Abhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz.

Montagesystem

Damit die Solarmodule sicher auf Ihrem Dach befestigt sind, wird ein robustes Montagesystem benötigt. Es wird entsprechend der Dachart (z. B. Flachdach oder Schrägdach) angepasst, um eine maximale Sonneneinstrahlung und Stabilität zu gewährleisten. Die korrekte Ausrichtung und Neigung der Module sind essenziell, um den Energieertrag zu optimieren.

Zwei-Richtungszähler

Ein moderner Zwei-Richtungszähler ersetzt heute in den meisten Fällen die früher getrennten Zähler für Einspeisung und Strombezug. Dieses Messgerät verfügt über mehrere Zählwerke, die sowohl den Strombezug aus dem öffentlichen Netz als auch den ins Netz eingespeisten Überschuss erfassen. Mit diesem System können Eigenverbrauch, Bezug und Einspeisevergütung exakt berechnet werden – und Sie haben jederzeit einen klaren Überblick über Ihre Energienutzung.

Energiemanagementsystem (optional)

Ein Energiemanagementsystem steuert die Verteilung des erzeugten Stroms in Ihrem Haushalt. Es sorgt dafür, dass Strom dann genutzt wird, wenn er verfügbar ist, und hilft dabei, Geräte wie Wärmepumpen oder Elektroautos intelligent zu steuern. Dadurch können Sie den Eigenverbrauch weiter optimieren und die Effizienz Ihrer Photovoltaik Anlage steigern.