Artikel aktualisiert am 02.01.2022 | von Constanze Weber | ca: 3 Min. zu lesen

Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?

Photovoltaikanlagen gehören zu den Stromerzeugern, die zukünftig unseren Energiebedarf decken sollen. Dafür nutzen sie das Sonnenlicht und produzieren daraus Strom. Die Module der Anlage müssen so angebracht werden, dass eine möglichst effiziente Ausnutzung der Sonnenstrahlen möglich ist. Häufig sind sie deshalb auf Dächern von Häusern anzutreffen.

Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?
Bild von Jeremy Bezanger auf Unsplash

Wie aus Sonnenlicht Strom wird?

Die Anlage besteht aus zahlreichen Solarzellen. Diese bestehen im Wesentlichen aus zwei Halbleiterschichten, der n- und der p-Schicht. In der n-Schicht existieren freie Elektronen, die bei der Verbindung beider Schichten in die p-Schicht wandern können. Dort füllen sie Löcher aus, in den Elektronen fehlen. Durch diese Wanderung entsteht eine Grenzschicht, die eine elektrische Spannung erzeugt.

Trifft Sonnenlicht auf die Solarzelle, spaltet sich ein weiteres Elektron vom Atom ab. Es entstehen weitere Löcher und sich freie bewegende Elektronen. Sie bewegen sich durch die Grenzschicht zum jeweiligen Pol. Eine Kontaktschicht sorgt dafür, dass die Elektronen abgeleitet werden können. Sie fließen durch einen Leiter und erzeugen elektrischen Strom.

Eine Solarzelle kann eine elektrische Spannung von etwa 0,5 Volt erzeugen. Ein Solarmodul besteht meist aus 36 bis 72 Zellen. Um den Energiehaushalt eines Hauses zu erzeugen, sind also mehrere Module notwendig. Photovoltaikanlagen bestehen je nach Energiebedarf aus 10 bis 100 Modulen.

Wie aus Gleichstrom Wechselstrom wird?

Bei der von einer Solarzelle produzierten Energie handelt es sich um Gleichstrom. Um im Haushalt verwendet zu werden, muss er nun in Wechselstrom umgewandelt werden. Dazu kommt der Wechselrichter zum Einsatz, der die Polarität in regelmäßigen Abständen wechselt. Haushaltsstrom hat eine Frequenz von 50 Hertz. Dies bedeutet, dass der Wechselrichter die Polarität des Stroms 50 Mal pro Sekunde wechseln muss.

Der Strom kann danach im Haus verwendet, gespeichert oder an das öffentliche Stromnetz abgegeben werden. Die Speicherung kann beispielsweise über eine Batterie erfolgen. Zusammengefasst funktioniert die Stromerzeugung wie folgt:

  1. Sonnenstrahlen treffen auf die Solarzellen
  2. es entstehen freie Elektronen, die entsprechend ihrer Ladung zu den entsprechenden Polen wandern
  3. Wechselrichter wandeln den entstandenen Gleichstrom in Wechselstrom um
  4. der Strom steht den Verbrauchern im Haus zu Verfügung
  5. überschüssiger Strom kann in einer Batterie zwischengespeichert werden
  6. alternativ wird nicht benötigter Strom ins öffentliche Stromnetz abgegeben

Die Stromverteilung

Die Verteilung des erzeugten Stroms kann ein Energiemanager übernehmen. Ziel ist es, möglichst viel des erzeugten Stroms selbst zu nutzen. Die Vergütung für die Einspeisung ins öffentliche Netz bringt deutlich weniger Einnahmen, als der spätere Rückkauf von Strom kostet. Ziel muss es daher sein, möglichst wenig Energie zurückzukaufen. Dazu gehören:

  • Heizung und Warmwasseraufbereitung
  • der auf die Strommenge abgestimmte Betrieb von Elektrogeräten (etwa Wasch- oder Spülmaschine)
  • Laden von E-Autos
  • Optimierung der Stromspeicher

Strom, der nicht verbraucht wird, fließt ins öffentliche Stromnetz. Die Abrechnung der Vergütung erfolgt über den Einspeisezähler. Zusätzlich benötigte Energie muss beim Stromversorger zugekauft werden. Sie wird über den Bezugszähler abgerechnet. Dafür kommen sogenannte Zweirichtungszähler zum Einsatz.

Wann produziert eine Photovoltaikanlage Strom?

Den meisten Strom gibt die Einrichtung ab, wenn die Sonne scheint. Aber auch bei bewölktem Wetter erzeugen die Solarzellen Energie. Um eine möglichst effiziente Nutzung zu garantieren, sollten Verschattungen vermieden werden. Diese können beispielsweise durch Bäume oder benachbarte Gebäude entstehen.

Keinen Strom produzieren die Module bei Dunkelheit. Auch Schnee verhindert, dass die Sonnenstrahlen auf die Solarzellen treffen können. Zur bestmöglichen Ausnutzung sollten außerdem Verschmutzungen auf der Oberfläche der Module vermieden werden.

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