Photovoltaik: Funktionsweise & Aufbau erklärt.
Die Nutzung von Solarenergie zur Stromerzeugung ist eine der umweltfreundlichsten und nachhaltigsten Methoden, um Energie zu gewinnen. Photovoltaikanlagen spielen dabei eine zentrale Rolle. Hier erklären wir die Funktionsweise von Photovoltaik.
Der Photovoltaik-Effekt
Der Kern der Photovoltaik-Funktionsweise ist der Photovoltaik-Effekt. Dieser Effekt beschreibt, wie Halbleitermaterialien, wenn sie Licht absorbieren, elektrische Spannung und Strom erzeugen. Photovoltaikzellen bestehen hauptsächlich aus dem Halbleiter Silizium, das in mehreren Schichten angeordnet ist. Wenn Sonnenlicht auf diese Zellen trifft, regen die Photonen des Lichts die Elektronen im Silizium an, was zu einem Fluss von Elektronen und somit zu elektrischem Strom führt.
Aufbau und Funktionsweise einer Photovoltaik-Anlage
Damit aus Sonnenlicht nutzbarer Strom entsteht, kommen in Photovoltaikanlagen mehrere Komponenten zum Einsatz.
Solarmodule
Solarmodule sind das Herzstück jeder Photovoltaik-Anlage. Die Photovoltaik-Funktionsweise geht nämlich auf die Solarzellen zurück, die Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandeln – die Funktionsweise von Solaranlagen. Viele dieser Zellen ergeben zusammen ein Solarmodul. Bei Sonneneinstrahlung findet der photovoltaische Effekt statt und elektrischer Strom entsteht in den Solarmodulen der Photovoltaik-Anlage.
Solarkabel
Solarkabel sind speziell für die Anforderungen in PV-Anlagen konzipiert. Sie leiten den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom zum Wechselrichter. Diese Kabel sind besonders widerstandsfähig gegen UV-Strahlung und Wetterbedingungen, um eine lange Lebensdauer und Sicherheit zu gewährleisten. Hochwertige Solarkabel sorgen für minimale Energieverluste und eine effiziente Stromübertragung.
Wechselrichter
Der Wechselrichter ist ein weiteres zentrales Element der Photovoltaik-Anlage. Er wandelt den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in für den Haushalt nutzbaren Wechselstrom um. Moderne Wechselrichter optimieren zudem die Energieausbeute, indem sie die Leistungsabgabe der Solarmodule kontinuierlich an die aktuellen Lichtverhältnisse anpassen. Es gibt String-Wechselrichter, die für mehrere Module zuständig sind, sowie Mikro-Wechselrichter, die an kleineren Anlagen und Balkonkraftwerken direkt an einzelnen Modulen arbeiten.
Stromzähler
Ein Stromzähler misst den erzeugten und verbrauchten Strom. Bei PV-Anlagen kommen in der Regel Zweirichtungszähler zum Einsatz, die sowohl den ins allgemeine Stromnetz eingespeisten als auch den aus dem allgemeinen Stromnetz bezogenen Strom erfassen. So behält man leicht den Überblick über die eigene Energieproduktion und -nutzung.
Batteriespeicher
Stromspeicher für Photovoltaik erhöhen die Unabhängigkeit von externen Stromquellen, indem sie überschüssig produzierten Solarstrom für die spätere Nutzung speichern – zum Beispiel früh morgen oder nachts. Dadurch lässt sich der Eigenverbrauch erhöhen und die Stromkosten reduzieren.
So entsteht Solarstrom dank Photovoltaik
- Die Entstehung von Solarstrom beginnt mit dem Einfangen von Sonnenlicht durch die Solarmodule. Die Solarzellen in den Modulen absorbieren Photonen, was Elektronen freisetzt und einen elektrischen Stromfluss erzeugt.
- Dieser Gleichstrom wird durch Solarkabel zum Wechselrichter geleitet, der ihn in nutzbaren Wechselstrom umwandelt.
- Der erzeugte Wechselstrom wird dann entweder direkt im Haushalt genutzt, in einem Stromspeicher für den späteren Eigenverbrauch gespeichert oder gegen eine Einspeisevergütung ins allgemeine Stromnetz eingespeist.
Die Vorteile von Solarstrom sind vielfältig: Neben der Reduzierung der Stromkosten trägt die Nutzung von Solarenergie zur Verringerung des eigenen CO₂-Fußabdrucks bei und bringt die Energiewende voran. Die Installation einer Photovoltaikanlage erhöht zudem den Wert der Immobilie.
FAQ zur Funktionsweise von Photovoltaik
Wie funktioniert Photovoltaik?
Photovoltaik wandelt Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Dies geschieht durch Solarzellen, die Photonen absorbieren und dadurch Elektronen freisetzen, was einen elektrischen Stromfluss erzeugt.
Wie entsteht Strom bei Photovoltaik?
Strom entsteht bei Photovoltaik durch das Einfangen von Sonnenlicht in Solarzellen. Diese Zellen wandeln das Licht in Gleichstrom um, der dann von einem Wechselrichter in nutzbaren Wechselstrom umgewandelt wird.
Was ist der Unterschied zwischen Photovoltaik und Solar?
Photovoltaik bezieht sich auf die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Strom, während der Begriff "Solar" allgemein für die Nutzung von Sonnenenergie steht, einschließlich Solarthermie, bei der Wärmeenergie erzeugt wird. Den Unterschied zwischen Solar und Photovoltaik erklären wir in einem weiteren Artikel ausführlicher.