Photovoltaik ist eine beeindruckende Technologie, die es ermöglicht, Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umzuwandeln. Aber wie genau funktioniert dieser Prozess? In diesem Artikel beleuchten wir die Funktionsweise einer Photovoltaikanlage und erklären, warum diese Technologie so effektiv und umweltfreundlich ist.
1. Die Basis: Solarzellen
Der Kern jeder Photovoltaikanlage sind die Solarzellen. Diese bestehen meist aus Silizium, einem Halbleitermaterial, das besondere physikalische Eigenschaften besitzt. Sobald Sonnenlicht – genauer gesagt Photonen – auf die Solarzellen trifft, beginnen diese, Elektronen in Bewegung zu setzen. Diese Bewegung der Elektronen erzeugt elektrischen Strom. Der Fachbegriff für diese Umwandlung von Licht in Strom ist der sogenannte photovoltaische Effekt.
2. Von Gleichstrom zu Wechselstrom: Der Wechselrichter
Der Strom, der in den Solarzellen erzeugt wird, ist Gleichstrom (DC). Da die meisten Haushaltsgeräte jedoch Wechselstrom (AC) benötigen, wird ein Wechselrichter benötigt. Dieses Bauteil ist das “Herzstück” einer Photovoltaikanlage. Es wandelt den Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom um und sorgt dafür, dass der Strom im Haushalt verwendet werden kann oder ins öffentliche Netz eingespeist wird.
Ein moderner Wechselrichter übernimmt oft auch das Energiemanagement, indem er den Stromfluss überwacht und optimiert. Er sorgt dafür, dass der erzeugte Strom effizient genutzt wird, sei es für den direkten Verbrauch, die Speicherung oder die Einspeisung ins Netz.
3. Was passiert bei überschüssigem Strom?
Besonders an sonnigen Tagen kann es vorkommen, dass eine Photovoltaikanlage mehr Strom produziert, als im Haushalt benötigt wird. Hier gibt es zwei Möglichkeiten:
- Einspeisung ins Stromnetz: Der überschüssige Strom kann ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden, und der Anlagenbesitzer erhält eine Einspeisevergütung. Diese Vergütung wird über einen Zeitraum von 20 Jahren garantiert und kann eine attraktive Einnahmequelle darstellen.
- Speicherung: Alternativ kann der überschüssige Strom in einem Batteriespeicher aufbewahrt werden, um ihn bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen. Dies erhöht die Autarkie und hilft, auch nachts oder bei schlechtem Wetter von der Solarenergie zu profitieren.
4. Wie viel Strom kann eine Photovoltaikanlage erzeugen?
Die Stromproduktion einer Photovoltaikanlage hängt von mehreren Faktoren ab, wie der Ausrichtung des Dachs, dem Neigungswinkel und der Dachgröße. In Deutschland kann man jedoch als Faustregel davon ausgehen, dass 1 Kilowattpeak (kWp) installierte Leistung etwa 1000 Kilowattstunden (kWh) Strom pro Jahr produziert. Eine typische Anlage auf einem Einfamilienhaus hat meist eine Leistung von 5 bis 10 kWp und kann damit einen großen Teil des Strombedarfs eines Haushalts decken.
5. Welche Rolle spielt das Wetter?
Obwohl Sonnenschein für die optimale Leistung einer Photovoltaikanlage ideal ist, funktioniert die Technologie auch bei bewölktem Wetter. Moderne Solarzellen sind so effizient, dass sie auch bei diffusem Licht Strom erzeugen können. Natürlich ist der Ertrag an klaren Sonnentagen höher, aber selbst im Winter oder an regnerischen Tagen kann eine Anlage noch bis zu 20 % der maximalen Leistung erreichen.
Fazit:
Photovoltaik ist eine faszinierende Technologie, die auf einem einfachen physikalischen Prinzip basiert: Licht wird in Strom umgewandelt. Dank moderner Komponenten wie Solarzellen, Wechselrichtern und Speichern können Haushalte und Unternehmen die Energie der Sonne effizient nutzen, um Stromkosten zu senken und einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten.