Wie funktioniert eine Photovoltaik-Anlage?

Photovoltaik-Anlagen nutzen die Kraft der Sonne, um aus Sonnenlicht umweltfreundlichen Strom zu erzeugen. Doch wie funktioniert das genau? Die Antwort liegt in der ausgeklügelten Technik, die hinter den Solarzellen steckt. Hier erklären wir Ihnen Schritt für Schritt, wie eine Photovoltaik-Anlage arbeitet und was dabei alles passiert – von der Sonneneinstrahlung bis zur Stromnutzung in Ihrem Haushalt.

Entdecken Sie, wie einfach es ist, mit einer Solaranlage selbst Energie zu erzeugen!

Unter Photovoltaik versteht man die Technologie, die Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandeln kann. Wenn Sonnenstrahlen auf spezielle Halbleitermaterialien, in der Regel Silizium, treffen, setzen sie Elektronen in Bewegung. Diese Bewegung erzeugt elektrischen Strom, den sogenannten Gleichstrom (DC).

Die Solarzellen einer Photovoltaik-Anlage spielen dabei eine zentrale Rolle. Jede Solarzelle besteht aus mehreren Schichten von Halbleitermaterialien, die das Licht absorbieren und Elektronen freisetzen. Die erzeugte Energie fließt dann als Strom durch die Zellen und wird gesammelt.

Da im Haushalt Wechselstrom (AC) benötigt wird, wandelt ein Wechselrichter den Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom um. So kann die gewonnene Energie direkt für den Eigenverbrauch genutzt oder in das Stromnetz eingespeist werden.

Zu den meistgenutzten Arten der erneuerbaren Energien zählt der Solarstrom, der über Photovoltaikanlagen gewonnen wird. Dabei wandeln großflächige Solarzellen aus Silizium die in der Sonneneinstrahlung vorhandene Energie in Strom um. Sobald die Sonneneinstrahlung auf das Silizium einer Solarzelle trifft, wird Energie in Form von Gleichstrom freigesetzt. Damit dieser im Haushalt genutzt werden kann, wird er mithilfe eines zwischengeschalteten Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt.

Der so gewonnene Strom wird anschließend entweder direkt im Haushalt verbraucht, ins öffentliche Stromnetz eingespeist oder in einem Batteriespeicher „zwischengelagert“, um die erzeugte Energie auch nachts oder an Schlechtwettertagen zu nutzen.

Wird mehr Energie erzeugt, als im Haushalt verbraucht oder gespeichert werden kann, wird dieser Strom in das öffentliche Netz eingespeist und gemäß den gesetzlichen Vorgaben vergütet. Diese Einspeisevergütung liegt bei 7,1 bis 8,2 Cent pro Kilowattstunde (Stand: 2024). Dazu misst ein Zweirichtungszähler zum einen die eingespeiste Strommenge und zum anderen die aus dem öffentlichen Netz bezogene Menge an Strom.

Eine Photovoltaik-Anlage besteht aus mehreren zentralen Komponenten, die gemeinsam dafür sorgen, dass Sonnenlicht in Strom umgewandelt wird. Hier ein Überblick über die wichtigsten Komponenten und ihre Funktionen:

• Solarzellen: Sie sind das Herzstück einer Photovoltaik-Anlage und bestehen meist aus dem Halbleitermaterial Silizium. Dieses nutzt den „photoelektrischen Effekt“, um Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln. Mehrere Solarzellen werden zu einem Solarmodul zusammengeschaltet, um ausreichend Energie zu erzeugen. Die Module fangen das Sonnenlicht ein und wandeln es in Gleichstrom (DC) um.

• Wechselrichter: Er ist unverzichtbar und macht den erzeugten Strom erst nutzbar. Solaranlagen erzeugen Gleichstrom. Haushaltsgeräte oder auch das öffentliche Stromnetz arbeiten allerdings mit Wechselstrom. Der Wechselrichter wandelt den Solarstrom entsprechend um, sodass dieser im Haushalt genutzt oder ins Netz eingespeist werden kann.

• Solarmodule: Sie werden auf Dächern oder Freiflächen montiert und über ein Verkabelungssystem miteinander verbunden. Die Verkabelung sorgt dafür, dass der Strom zum Wechselrichter und von dort aus weiter zum Stromzähler oder zum Netzanschluss gelangt. Ein gut geplantes Montagesystem garantiert eine optimale Ausrichtung der Module zur Sonne und eine maximale Energieausbeute.

Nur die wenigsten Haushalte werden heutzutage noch mit konventionellen Mitteln wie Holz oder Kohle beheizt, weil die Energiegewinnung nicht effizient genug ist. Auch die Erzeugung von Wärme aus Strom gestaltet sich oft sehr teuer. Heizkörper sind daher über ein Warmwassersystem verbunden, das entweder über eine Etagenheizung, eine Zentralheizung oder ein Fernwärme-Kraftwerk versorgt wird.

Dabei erhitzt die Sonne einen flüssigen Wärmeträger, der sich in einem Kollektor befindet und die Strahlungsenergie aufnimmt. Das funktioniert wie bei einem dunklen Gartenschlauch, der an einem sonnigen Sommertag das durchlaufende Wasser aufheizt. Dieses simple Prinzip machen sich auch moderne Solaranlagen zunutze, nur mit einem deutlich höheren Wärmeertrag. Die erzeugte Wärme ist dann für die Warmwasserversorgung zum Baden oder Duschen nutzbar. Aber auch Wohnräume werden so geheizt.