Air Climate System

Eine Photovoltaik-Anlage erzeugt elektrischen Strom aus Sonnenstrahlung. Jede Kilowattstunde Strom, die mit einer PV-Anlage erzeugt und im Haushalt selbst verbraucht (sogenannter Eigenverbrauch) wird, spart eine kWh Netzstrom, der ansonsten aus der Steckdose bezogen und mit durchschnittlich 36,19 Cent bezahlt werden müsste (Stand: Januar 2022. Quelle: BDEW). Zudem entfällt seit Beginn 2023 die Mehrwertsteuer bei der Anschaffung einer Photovoltaikanlage. Das wirkt sich positiv auf die Rendite aus und macht die Photovoltaik deutlich preiswerter.

Wie funktioniert Photovoltaik?

Eine Photovoltaikanlage besteht im Wesentlichen aus vier Elementen: Solarmodule, Unterkonstruktion, Verkabelung und dem (Hybrid-)Wechselrichter.

Photovoltaikanlagen erzeugen Strom aus Sonnenlicht bzw. Sonnenenergie. Die Sonnenstrahlen treffen auf die Solarzellen in den Modulen – Gleichstrom entsteht. Da sowohl im Hausstromnetz als auch im öffentlichen Stromnetz Wechselstrom fließt, wandelt ein Wechselrichter anschließend den Gleichstrom in Wechselstrom um. Der in der Photovoltaikanlage erzeugte Strom kann nun entweder direkt durch Haushaltsgeräte, den Betrieb einer Wärmepumpe und andere Verbraucher genutzt, mit einem Batteriespeicher für die spätere Nutzung gespeichert oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

Wie ist eine Photovoltaik-Zelle aufgebaut?

Photovoltaik selbst basiert auf der Fähigkeit bestimmter Materialien, Licht direkt in Strom umzuwandeln. Wenngleich das grundlegende physikalische Prinzip seit Langem bekannt ist, ist die technische Entwicklung der Solarzellen längst noch nicht abgeschlossen, weitere Verbesserungen sind in Zukunft zu erwarten.

Nahezu 95 Prozent aller Solarzellen werden aus dem Quarzsand Silizium (Si) hergestellt. Silizium (Si) stellt eines der häufigsten natürlichen in der Erdschicht vorhandenen Elemente dar. Silizium gilt als unerschöpflich. Um aus dem Quarzsand (= natürlicher Ursprung von Silizium) eine Siliziumscheibe zu formen, muss der Quarzsand zunächst gereinigt und kristallisiert werden.

Monokristalline Siliziumzellen werden aus der Siliziumschmelze gezogen, im Anschluss in 0,25 Millimeter dünne Scheiben gesägt und mit Leiterbahnen versehen. Letztere werden zum Stromtransport benötigt. Dieses spezielle Herstellungsverfahren garantiert einen hohen Wirkungsgrad.

Fällt nun Licht auf die Siliziumscheibe, werden Elektronen freigesetzt. Um diese Elektronen nutzen zu können, muss die Ober- und Unterseite einer jeden einzelnen Zelle mit unterschiedlichen Fremdatomen gezielt „verunreinigt“ werden. Häufig kommen hier Bor (Br) und Phosphor (P) zum Einsatz. Dank der gezielten Verunreinigung der Zelle sammeln sich die Elektronen (negative Ladungsträger) auf der einen Seite und die Protonen (positive Ladungsträger) auf der anderen Seite. Auf diese Art und Weise entstehen ein Plus- und ein Minuspol, welcher mit einer Batterie vergleichbar ist. Wird im Nachgang ein Verbrauchsgerät angeschlossen, fließt der Strom.

Wieviel Strom erzeugt ein Modul?

Die kleinen Zellen sind so funktional, dass sie sogar bei geringen Lichtstärken, wie sie beispielsweise bei schlechtem Wetter oder bewölktem Himmel auftreten, Strom erzeugen können, wobei die Stromstärke immer proportional zur einfallenden Lichtstärke ist.

In einem Solarmodul einer Photovoltaikanlage werden mehrere Solarzellen miteinander elektrisch verbunden. Die elektrische Spannung wird dabei in Reihenschaltung miteinander addiert. So besitzt jede einzelne Zelle etwa 0,6 Volt. Ein gängiges Modul mit etwa 60 Zellen erzeugt auf diese Weise eine Modulspannung von etwa insgesamt 36 Volt.

Die benötigte Fläche für 1 kWp beträgt zwischen 7 – 9 m². Um den Energieverbrauch eines durchschnittlichen Einfamilienhauses (vierköpfige Familie) zu decken und überschüssige Energie einspeisen zu können, sollte die Photovoltaik-Anlage eine Leistung von 5 kWp erreichen und somit eine Fläche von 35 – 45 m² betragen.