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Wie funktioniert eine PV-Anlage?

Wie funktioniert eine PV-Anlage?

Thor Marquardt
Zuletzt aktualisiert:
14.4.2022

Wenn Sie sich auch schon immer gefragt haben, wie genau eine Photovoltaikanlage aus Sonnenlicht Strom gewinnt, dann sind Sie hier richtig. Wir klären Sie auf in Bezug auf die Funktionsweise und alle wichtigen Komponenten einer PV-Anlage auf. 

Funktion einer PV-Anlage

Eine PV-Anlage setzt sich aus einzelnen Solarmodulen in Kombination mit einem Wechselrichter zusammen, die gemeinsam Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln. Dabei können PV-Anlagen in ihren Größen stark variieren – von kleineren Hausdach-Systemen bis hin zu gigantischen Stromerzeugungsanlagen. 

Doch wie genau wird aus Tageslicht Strom für die Steckdose? 

Im Rahmen des photovoltaischen Effekts fällt Sonnenlicht, beziehungsweise die Photonen der Lichtstrahlen, auf die Solarpanel. Diese Solarpanel wiederum setzen sich aus mehreren kleineren Solarzellen zusammen. Das Licht regt die Elektronen in den Zellen an. Die dadurch entstehende Bewegungsenergie wird nun in Form von Gleichstrom (DC) an den Wechselrichter weitergeleitet. Erst durch die Umwandlung im Wechselrichter von Gleich- zu Wechselstrom (AC) ist der Strom für den Verbraucher nutzbar. 

Bestandteile einer PV-Anlage

Solarmodule sind zwar die Schlüsselkomponente einer PV-Anlage, jedoch sind sie nur in Verbindung mit den weiteren PV-Bestandteilen nutzbringend. Diese anderen PV-Komponenten machen darüber hinaus häufig mehr als die Hälfte der Systemkosten und den größten Teil der Wartungsarbeit aus. Neben dem Wechselrichter zählen dazu beispielsweise noch Stromspeicher und Zähler.

Solarmodule

Solarmodule setzen sich aus vielen einzelnen Solarzellen zusammen, die je nach Bedarf mit unterschiedlichen Materialien umschlossen sind, um das Modul vor Umwelteinflüssen zu schützen. Diese Zellen werden innerhalb des Solarmoduls in Reihe geschaltet, was zu einer Erhöhung der Spannung führt. Das kann man sich wie viele, in Reihe geschaltete Batterien vorstellen.

Auf beiden Seiten der Solarzellen befindet sich eine Schicht aus leitendem Material, meistens handelt es sich dabei um kristallines Silizium. Abhängig vom Lichteinfall ändern sich die Ladungseigenschaften der Zellen, sodass zwischen zwei Siliziumschichten ein elektrisches Feld erzeugt wird. Daraus entsteht dann auch die Spannung.

Zusätzlich dazu wurden mittlerweile noch viele weitere Halbleitermaterialien und Solarzellentechnologien entwickelt, die zwar mit höheren Wirkungsgraden arbeiten als Silizium, dessen Herstellungskosten sich aber überwiegend nicht rentieren.

Solarzellen

Wie bereits oben angedeutet, bestehen PV-Zellen aus Halbleitermaterialien. „Halb“ bedeutet, dass Elektrizität besser geleitet werden kann als bei Isolatoren, aber nicht so gut wie durch Metall. 

Allgemein wird bei Solarzellen nach monokristallinen, polykristallinen und amorphen Zellen getrennt. Der entscheidende Unterschied sind dabei die unterschiedlichen Wirkungsgrade.

Um die Effektivität einer Solarzelle zu ermitteln, betrachtet man nämlich den Wirkungsgrad. Dafür vergleicht man einfach die Menge an elektrischer Energie, die eine Solarzelle abgeben kann, mit der Energie des auf die Zelle scheinenden Lichts. Durch diesen Vergleich erkennt man somit, wie gut die Solarzelle Energie von einer Form in eine andere umwandeln kann.

Eine besonders wichtige Eigenschaft von PV-Halbleitern ist die sogenannte Bandlücke. Diese gibt nämlich an, welche Lichtwellenlänge das Halbleitermaterial absorbieren und in elektrische Energie umwandeln kann. Wenn die Bandlücke der Solarzelle mit den Wellenlängen des Sonnenlichts exakt übereinstimmt, kann die Zelle die verfügbare Energie komplett nutzen.

Wechselrichter

Die Aufgabe des Wechselrichters liegt darin, elektrischen Strom in Form von Gleichstrom (AC) aufzunehmen und in Wechselstrom (DC) umzuwandeln. Dieser Transfer ist notwendig, um die meisten elektronischen Geräte zu betreiben oder die PV-Anlage an ein Stromnetz anbinden zu können. 

Wechselrichter sind folglich für PV-Anlagen essenziell und stellen in der Regel die teuersten Komponenten nach den Solarmodulen selbst dar. 

Die Leistung eines Wechselrichters ´wird über den MPP (Maximum Power Point) angegeben. Dieser beschreibt den höchsten Wirkungsgrad zum optimalen Arbeitspunkt des Wechselrichters. Auf diesen Zustand nehmen aber auch weitere Größen wie Temperatur und Sonneneinstrahlung sowie die installierten Solarmodule selbst Einfluss.

Solarstromspeicher

Solarstromspeicher gehören nicht zum Standard-Repertoire beim Kauf einer neuen PV-Anlage. Dennoch sind sie sowohl aus Effizienz- als auch aus Kostengründen eine langfristig sinnvolle Investition. 

Denn wenn Sie nicht gerade in Südeuropa leben, sondern mit unterschiedlichen Jahreszeiten und ständig wechselnden Wetterphänomenen zu kämpfen haben, wird es Hoch- und Niedrigphasen bei der Stromproduktion Ihrer PV-Anlage geben. 

Denn nur wenn die Sonne scheint, wird auch Strom produziert. Meistens kann man den ganzen Strom, der tagsüber gewonnen werden kann, gar nicht sofort verbrauchen. Auf der anderen Seite fehlt es an Sonnen-schwachen Tagen dann wieder an Strom.

Diesen Schwankungen können Sie mit einem Stromspeicher ganz einfach entgegenwirken. So können Sie Ihre PV-Anlage dann auch wirklich voll ausnutzen, Stromknappheiten überbrücken, Ihre Unabhängigkeit von lokalen Stromanbietern weiter ausbauen und die Anschaffungskosten schneller amortisieren. 

Zähler

Als Eigenheimbesitzer oder -mieter sind Ihnen Wasser- und Stromzähler bereits bekannt. Entscheiden Sie sich nun für den Erwerb einer eigenen PV-Anlage, komme noch zwei weitere dazu: Einspeise- und Zweirichtungszähler. 

Der Einspeisezähler protokolliert, wie viel Sie von Ihrer produzierten Strommenge in das öffentliche Netz gespeist haben. Denn wenn Sie von der sogenannten Einspeisevergütung profitieren wollen, verpflichtet das Erneuerbare-Energien-Gesetz den örtlichen Netzbetreiber dazu, Ihnen den PV-Strom zu einer festen Einspeisevergütung pro Kilowattstunde abzunehmen. 

Zum Schluss gibt es noch den Zweirichtungszähler. Diesen kann man als eine Fusion aus Bezugs- und Einspeisezähler verstehen. Er kontrolliert also nicht nur die Strommenge, die Sie in das öffentliche Netz eingespeist haben, sondern misst auch den Eigenverbrauch Ihres Solarstroms.