Was ist Photovoltaik?
Grundlagen der Technologie erklärt
Richard Köller M. Sc. Ingenieur · Zuletzt aktualisiert: 02.10.2024
Allgemein · 29 Min. Lesedauer
Richard Köller
Ingenieur, CTO
Richard ist Gründer und technischer Leiter der GSE und im Photovoltaik Bereich seit 2019 tätig.
Das Wichtigste in Kürze:
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Was ist Photovoltaik? Unter Photovoltaik versteht man die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom durch Solarzellen. Diese Zellen bestehen häufig aus Silizium und erzeugen Strom durch den sogenannten photoelektrischen Effekt.
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Wie funktioniert Photovoltaik? In einer Photovoltaikanlage wird Sonnenlicht von den Solarzellen aufgenommen. Diese wandeln die Lichtenergie in Gleichstrom um, der anschließend durch einen Wechselrichter in nutzbaren Wechselstrom umgewandelt wird. Dieser Strom kann direkt genutzt oder ins Stromnetz eingespeist werden.
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Was sind die Vorteile von Photovoltaik? Die Installation einer Photovoltaikanlage bietet viele Vorteile: Neben der Einsparung von Stromkosten durch Eigenverbrauch trägt sie zur Unabhängigkeit von steigenden Strompreisen bei. Darüber hinaus lässt sich überschüssiger Solarstrom ins Netz einspeisen, wofür eine Einspeisevergütung gezahlt wird.
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Warum in Photovoltaik investieren? Mit Photovoltaik sicherst du dir langfristig nachhaltigen Solarstrom und trägst aktiv zum Klimaschutz bei. Gleichzeitig profitierst du von staatlichen Förderungen und machst dich unabhängiger von steigenden Energiepreisen.
Die Technologie der Photovoltaik ist längst kein Geheimnis mehr. Sie bietet dir die Möglichkeit, die Kraft der Sonne zu nutzen, um nachhaltigen Strom zu erzeugen. In der heutigen Zeit ist es einfacher denn je, die passende Lösung für deine Bedürfnisse zu finden und die Vorteile der Solarenergie zu genießen.
Also, warum nicht jetzt den Schritt wagen und Photovoltaik installieren lassen? Aber Moment:
Was ist Photovoltaik? Wie funktioniert Photovoltaik? Warum sollte man in Photovoltaik investieren?
Was ist Photovoltaik?
Definition bzw. Bedeutung
Photovoltaik bezeichnet die Technologie zur Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom. Es handelt sich um einen effizienten und nachhaltigen Prozess, der zur Erzeugung erneuerbarer Energie genuitzt wird. Ziel ist es, mit Photovoltaik, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren und gleichzeitig die Energiewende voranzutreiben.
Ganz streng genommen handelt es sich bei Photovoltaik um die Nutzung des photoelektrischen Effekts, bei dem Solarzellen Sonnenstrahlung in elektrischen Strom umwandeln.
Photovoltaik ist ein integraler Bestandteil der globalen Energiewende. Die Installation kann in unterschiedlichen Formen erfolgen, darunter:
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Dachanlagen: Diese werden auf Wohn- und Gewerbegebäuden installiert und nutzen vorhandene Flächen effizient.
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Freiflächenanlagen: Diese größeren Systeme werden auf ungenutztem Land oder in landwirtschaftlichen Bereichen errichtet.
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Integrierte Systeme: Diese Technologie kombiniert Solarzellen mit Baumaterialien, wie zum Beispiel Solarziegeln oder -fassaden
Photovoltaik wird weltweit immer häufiger installiert, da zahlreiche Länder die Vorteile der Solarenergie für eine nachhaltige Energiezukunft erkennen.
Die fünf Länder mit der höchsten installierten Photovoltaik-Leistung sind:
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China (662 GW)
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USA (268,1 GW)
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Indien (95,3 GW)
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Japan (91,4 GW)
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Deutschland (81,6 GW)
Quelle: International Energy Agency, 2023
Wenn du dich entscheidest, eine Photovoltaikanlage zu installieren, profitierst du von verschiedenen Vorteilen. Dazu gehören die Senkung der Stromkosten durch Eigenverbrauch und die Möglichkeit, überschüssigen Strom ins öffentliche Netz einzuspeisen.
Ist Solar das Gleiche wie Photovoltaik?
Nein, Solar und Photovoltaik sind nicht das gleiche, obwohl sie oft miteinander verwechselt werden. Der Begriff „Solar“ bezieht sich allgemein auf die Nutzung der Sonnenenergie. Dies kann verschiedene Technologien umfassen, die Sonnenlicht oder Sonnenwärme nutzen. Photovoltaik ist also eine spezifische Art der Solarenergienutzung.
Definition von Photovoltaik (nach Wikipedia)
Unter Photovoltaik bzw. Fotovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Lichtenergie, meist aus Sonnenlicht, mittels Solarzellen in elektrische Energie. Seit 1958 wird sie in der Raumfahrt genutzt, später diente sie auch zur Energieversorgung einzelner elektrischer Geräte wie Taschenrechnern oder Parkscheinautomaten. Heute ist mit großem Abstand die netzgebundene Stromerzeugung auf Dachflächen und als Freiflächenanlage das wichtigste Anwendungsgebiet.
Der Begriff leitet sich aus dem griechischen Wort für „Licht“ (φῶς, phos, im Genitiv: φωτός, photos) sowie aus der Einheit für die elektrische Spannung, dem Volt (nach Alessandro Volta) ab. Die Photovoltaik ist ein Teilbereich der Solartechnik, die weitere technische Nutzungen der Sonnenenergie einschließt.
Wikipedia
Wie funktioniert Photovoltaik?
Die Funktionsweise von Photovoltaik basiert auf dem photoelektrischen Effekt, der 1839 vom Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt wurde. Alle modernen Photovoltaikanlagen, die heute zur Stromgewinnung in Privathäusern, Gewerbebetrieben und Solarparks eingesetzt werden, nutzen diesen Effekt.
Der photoelektrische Effekt
Damit der photoelektrischer Effekt funktioniert, benötigt man einen festen Verbundstoff, typischerweise Halbleiterschichten aus Silizium, sowie eine Photonenquelle, in diesem Fall das Sonnenlicht. Der Prozess läuft in mehreren Schritten ab:
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Lichtabsorption: Wenn Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft, geben die Photonen ihre Energie an die Halbleiterschichten ab.
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Elektronenerzeugung: Diese Energie bringt die Elektronen im Silizium in Bewegung. Dadurch entstehen freie Elektronen, die sich innerhalb des Materials bewegen können.
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Stromerzeugung: Die Bewegung dieser Elektronen erzeugt elektrische Spannung. In einem geschlossenen Stromkreis fließen die Elektronen von der Solarzelle zu einem Verbraucher oder ins Stromnetz.
Details über die Funktionsweise von Photovoltaik erfährst du beim Video von Simpleclub.
Du bist jetzt schon interessiert? Lass dich gerne von uns beraten.
Aufbau einer Photovoltaikanlage
Eine Photovoltaikanlage (PV-Anlage) besteht aus Solarmodulen, einem Wechselrichter, einer Unterkonstruktion, PV-Kabeln und verschiedenen Zählern.
Die Solarmodule sind dabei entscheidend, denn sie wandeln das Sonnenlicht in Gleichstrom (DC) um. Anschließend übernimmt der Wechselrichter die Umwandlung in Wechselstrom (AC), der für Haushalte und Betriebe nutzbar ist. PV-Kabel sorgen für die Verbindung der verschiedenen Bauteile, während die Unterkonstruktion die Solarmodule sicher und optimal zur Sonne ausgerichtet befestigt. Verschiedene Zähler überwachen und dokumentieren den Energiefluss der gesamten Solaranlage.
Komponenten | Funktion | Notwendigkeit |
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Solarmodule | wandeln Sonnenlicht in elektrische Energie um. | notwendig |
Wechselrichter | wandeln den von Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom um. | notwendig |
PV-Kabel | verbinden die Solarmodule mit dem Wechselrichter und übertragen den erzeugten Strom. | notwendig |
Unterkonstruktion | trägt und stabilisiert die Solarmodule auf Dächern oder Freiflächen. | notwendig |
Zähler | misst die produzierte und ins Netz eingespeiste elektrische Energie. | notwendig |
Energiemanagement | optimiert die Energieerzeugung, Speicherung und den Verbrauch. | optional |
Stromspeicher | speichert überschüssige Energie zur späteren Nutzung. | optional |
Wallbox | lädt Elektrofahrzeuge schnell und sicher auf. | optional |
Smartmeter | erfasst den Energieverbrauch in Echtzeit und überträgt die Daten automatisch. | optional |
Photovoltaik ist eine besonders kostengünstige Energiequelle. In Süddeutschland liegen die Stromgestehungskosten für PV-Kleinanlagen (<30 kWp) bei zwischen 6,3 und 10,6 €Cent/kWh. In Norddeutschland bewegen sich die Kosten zwischen 8,7 und 14,4 €Cent/kWh.
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