Von Licht zu Strom – wie Photovoltaikanlagen funktionieren

 

Photovoltaikanlagen sind heute weit verbreitet und spielen eine entscheidende Rolle in der erneuerbaren Energieerzeugung. Bevor jedoch eine Entscheidung für eine Photovoltaikanlage auf dem eigenen Dach getroffen wird, ist es essentiell, ein Verständnis dafür zu bekommen, wie Photovoltaikanlagen funktionieren.

Einführung in die Photovoltaiktechnologie

Die Energie der Sonne zu nutzen, ist längst keine Science-Fiction mehr. Im Gegenteil, denn durch Photovoltaikanlagen hat sich die Energieversorgung revolutioniert. Wie Photovoltaikanlagen funktionieren, ist dabei der Schlüssel zu diesem faszinierenden Prozess. Diese Anlagen verwandeln das Sonnenlicht direkt in nutzbaren Strom, indem sie die Eigenschaften von Solarzellen nutzen. Sie basiert auf dem sogenannten photovoltaischen Effekt, bei dem bestimmte Materialien durch die Absorption von Sonnenlicht Elektronen freisetzen. Diese freien Elektronen können dann in einem Stromkreislauf genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen. Diese kann direkt verbraucht, in einem Solarstromspeicher gespeichert oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

Solarenergie in Deutschland

In Deutschland sind die meisten Photovoltaikanlagen netzgekoppelt, das heißt, sie sind ans öffentliche Stromnetz angeschlossen. Schwankende Stromeinspeisungen werden über das EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) Einspeisemanagement ausgeglichen. Inselanlagen, die nicht mit dem Stromnetz verbunden sind, sind nur sinnvoll, wenn der erzeugte Sonnenstrom fast vollständig verbraucht oder gespeichert werden kann.

Die Schlüsselkomponenten von Photovoltaikanlagen

Photovoltaikanlagen bestehen aus mehreren Schlüsselkomponenten, die gemeinsam arbeiten, um Sonnenlicht in Strom umzuwandeln. Die wichtigsten Komponenten sind:

• Solarmodule: Diese Module bestehen aus Solarzellen, die aus halbleitenden Materialien hergestellt werden. Sie sind verantwortlich für die Umwandlung von Sonnenlicht in Gleichstrom.
• Wechselrichter: Der erzeugte Gleichstrom aus den Solarmodulen wird durch den Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, der für den Haushaltsgebrauch geeignet ist.
• Montagesystem: Dieses System unterstützt die Solarmodule und befestigt sie sicher, um eine optimale Sonneneinstrahlung zu gewährleisten.
• Stromzähler: Er misst den erzeugten Solarstrom und den ins Netz eingespeisten Strom.
• Solarkabel: Diese Kabel leiten den Strom von den Solarzellen zum Wechselrichter und anderen Komponenten weiter.
• Batteriespeicher (optional): Ein Speicher ermöglicht die Speicherung überschüssiger Energie für späteren Verbrauch.
• Energiemanagement (optional): Ein Energiemanagementsystem optimiert die Nutzung der gespeicherten Energie.

Der Weg des Sonnenlichts zur Stromerzeugung

• Absorption von Sonnenlicht: Wenn Sonnenlicht auf die Oberfläche der Solarzellen trifft, wird es von den Halbleitermaterialien absorbiert. Dies führt dazu, dass Elektronen in den Solarzellen angeregt werden und sich frei bewegen können.
• Erzeugung von Gleichstrom: Die freien Elektronen erzeugen ein elektrisches Potenzial, das als Gleichstrom abgegriffen wird. Dieser Gleichstrom fließt von den Solarzellen durch die Verkabelung zu einem Sammelpunkt.
• Umwandlung in Wechselstrom: Der Gleichstrom gelangt zum Wechselrichter, wo er in Wechselstrom umgewandelt wird. Wechselstrom ist die Form von Strom, die in den meisten Haushalten verwendet wird.
• Nutzung oder Einspeisung: Der erzeugte Wechselstrom kann entweder im Haushalt selbst genutzt oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Bei der Einspeisung ins Netz kann der Anlagenbetreiber oft Vergütungen erhalten.

Wirkungsgrade von Solarzellen

Wie Photovoltaiganlagen funktionieren, hängt von der Effizienz der Solarzellen und ihrer Beschaffenheit ab. Es gibt verschiedene Solarzellen, darunter monokristalline, polykristalline und amorphe Solarzellen, die sich in Wirkungsgrad, Herstellungsart, Preis und Flächenbedarf unterscheiden. Monokristalline Solarzellen haben einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 25%, während polykristalline Solarzellen trotz etwas geringerem Wirkungsgrad von bis zu 20% aufgrund niedrigerer Herstellungskosten beliebt sind. Dünnschicht-Solarzellen sind leicht, flexibel, haben jedoch einen niedrigeren Wirkungsgrad von unter 10%.

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