Photovoltaik im Fokus: Wie funktioniert eigentlich eine Solaranlage?

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Die Photovoltaik-Anlage wandelt Sonnenenergie in Strom um. Durch Solarmodule, die auf dem Dach einer Immobilie befestigt werden, macht sich ein Haushalt diesen Effekt zunutze und kann folglich langfristig Energiekosten sparen oder das öffentliche Stromnetz beliefern. Doch wie funktioniert das? Woraus besteht eine Solaranlage im Einzelnen und wie arbeitet sie genau?

Photovoltaik, Solarthermie, Solaranlage: Wo sind die Unterschiede?

Wer sich mit energieeffizienten Systemen beschäftigt, wird früher oder später auf die Begriffe „Photovoltaik“, „Solarthermie“ und „Solaranlage“ stoßen. Oft als Synonyme verwendet, beschreiben sie tatsächlich unterschiedliche Elemente.

Photovoltaik-Anlagen wie jene von lokalen Anbietern wie Photovoltaikaugsburg.com zielen darauf ab, Sonnenstrahlen in Strom zu verwandeln. Die Solarthermie hingegen legt den Fokus auf die Gewinnung von warmem Wasser durch die Sonnenenergie. Die Solaranlagen bilden den Überbegriff für beide Varianten und werden oft fälschlicherweise mit den Unterbegriffen gleichgesetzt.

Einfach gesagt: Jede Photovoltaik-Anlage ist eine Solaranlage, aber nicht jede Solaranlage ist eine Photovoltaik-Anlage.

Ausführungen der Photovoltaikanlage bzw. Solaranlage

Es gibt im Bereich Photovoltaik-Modelle bzw. Solaranlagen zur Eigenverwendung, netzspeisende Versionen und Inselanlagen.

Erstere beschreiben die gängigen Systeme, bei denen der Haushalt selbst profitiert und lediglich überschüssiger Strom ins öffentliche Netz gespeist wird. Ohne einen externen Stromspeicher sind üblicherweise bis zu 30 Prozent der gewonnenen Energie für die eigene Immobilie nutzbar, mit Speicher entsprechend mehr.

Netzspeisende oder auch netzparallele PV-Anlagen liefern den Strom vollständig dem allgemeinen Stromnetz und bringen für den Besitzer die sogenannte „Einspeisevergütung“ mit sich.

Inselanlagen sind eine Sondervariante für Häuser ohne Anschluss an das allgemeine Netz, wie etwa Hütten im Wald. Der gewonnene Strom fungiert als alleinige Quelle und muss komplett verbraucht oder gespeichert werden.

Der Aufbau von Photovoltaikanlagen

Das Photovoltaik-Konzept beruht vorwiegend auf dem Einsatz von Solarmodulen. Doch damit allein ist es nicht getan. Weiterhin werden folgende Elemente benötigt:

• eine Unterkonstruktion, welche die Module fest auf dem Dach befestigt,
• ein Wechselrichter, welcher Gleich- in Wechselstrom umwandelt,
• witterungsbeständige Photovoltaik-Kabel, welche die Module mit diesem Wechselrichter verbinden und den gewonnenen Strom sicher weiterleiten,
• einen Stromzähler zur Überwachung des erzeugten Stroms und des Stromverbrauchs.

Optional können eine Wallbox als Ladestation für E-Fahrzeuge und/oder ein Stromspeicher installiert werden. Auch ein Energiemanagement-System ist sinnvoll. Dieses kann die Effizienz der Photovoltaik-Anlage steigern, indem es die Erzeugung von Strom einerseits und den tatsächlich gebrauchten Strom andererseits überwacht und steuert.

Das Herzstück der Photovoltaikanlage: Die Solarzelle

Die wichtige Basis für eine erfolgreiche PV-Anlage ist die Solarzelle. Vergleichsweise klein im gesamten Bauprojekt, erfüllt sie die entscheidende Funktion: Sonnenstrahlen in Strom zu verwandeln.

Sie ist Teil von Photovoltaik-Modulen und wird von Schutzschichten auf der Vorder- und Rückseite gerahmt. Diese sorgen für Stabilität und Langlebigkeit bei jeder Witterung. Außerdem arbeiten die meisten Anbieter von Photovoltaik-Anlagen mit einer Kombination aus Solarzelle und Glas, damit das Sonnenlicht optimal genutzt werden kann.

Die Funktionsweise einer Solarzelle

Treffen Sonnenstrahlen auf eine der Solarzellen, stimuliert das die Elektronen im Inneren. Das Material Silizium, welches bei dem Großteil der Zellen zum Einsatz kommt, fungiert als Halbleiter, das mit dem Licht der Sonne eine Wechselwirkung ermöglicht.

Die Elektronen als Ladungsträger werden freigesetzt und erzeugen den Strom. Es handelt sich um Gleichstrom, der über einen Wechselrichter zu nutzbarem Wechselstrom wird. Über Kontakte aus Metall an der Solarzelle kann er abgeleitet und über die PV-Kabel ins Haus geführt werden.

Die Metallkontakte befinden sich sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite der Solarzellen. Die dünne Gitterschicht auf der Vorderseite fängt das Licht auf, während die durchgehende hintere Schicht für die Ableitung der Elektronen verantwortlich ist.

Die optimale Verwendung von Solarzellen

Die ideale Position einer PV-Anlage liegt in Richtung Süden, wo sich die Sonne am längsten und häufigsten zeigt. Ist das aufgrund der Beschaffenheit des Dachs nicht zu realisieren, ist zumindest zu viel Schatten rund um die Module zu vermeiden.

Zudem müssen die Bestandteile der Photovoltaik-Anlage für die höchste Effizienz eine Neigung zwischen 30 und maximal 35 Grad aufweisen.

Generell gilt auch die Faustregel: Je mehr PV-Module pro Anlage zum Einsatz kommen, desto größer ist die Chance auf einen Stromgewinn, bei dem sich die Investitionskosten rasch bezahlt machen.