Was ist Photovoltaik?
Grundlagen der Technologie erklärt
Richard Köller M. Sc. Ingenieur · Zuletzt aktualisiert: 13.11.2024
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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Wie ist eine Photovoltaikanlage aufgebaut? Eine Photovoltaikanlage ist ein komplexes System, das aus mehreren wesentlichen Komponenten besteht, die zusammenarbeiten, um Sonnenlicht effizient in nutzbaren Strom zu verwandeln. Die Hauptbestandteile sind Solarmodule, ein Wechselrichter, eine Montagekonstruktion und ein Energiemanagementsystem.
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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.
Wie ist eine Photovoltaikanlage aufgebaut?
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.
Die nachfolgende Tabelle zeigt die Hauptkomponenten einer Photovoltaikanlage, deren jeweilige Funktionen und die Notwendigkeit für den Betrieb. Dabei sind Solarmodule, Wechselrichter, Unterkonstruktion, PV-Kabel und Zähler als notwendige Bestandteile aufgeführt, während Energiemanagement, Stromspeicher, Wallbox und Smartmeter als optionale Erweiterungen gelten.
Wenn du umfassende Informationen über den Aufbau und die Funktionsweise einer Photovoltaikanlage erhalten möchtest, empfehle ich dir, den markierten Artikel zur Installation einer Solaranlage zu lesen. In den weiteren Verlinkungen finden Sie auch detaillierte Erklärungen zu den einzelnen Komponenten wie den Solarmodulen, dem Wechselrichter, der Unterkonstruktion sowie den PV-Kabeln und Zählern, die zusammenarbeiten, um Sonnenenergie in nutzbaren Strom für Ihren Haushalt oder Betrieb umzuwandeln.
Vorteile von Photovoltaik
Photovoltaik ist eine besonders kostengünstige Energiequelle. Eine Studie die im Juli 2024 vom Fraunhofer Institut veröffentlich wurde, kommt zu dem Ergebnis, dass die Stromgestehungskosten für PV-Kleinanlagen (<30 kWp) in Süddeutschland zwischen 6,3 und 10,6 €Cent/kWh liegen. In Norddeutschland bewegen sich die Kosten zwischen 8,7 und 14,4 €Cent/kWh. Die nachfolgende Grafik stellt die Stromgestehungskosten für verschiedene Energiequellen dar, wodurch der Kostenvorteil der Photovoltaik noch einmal deutlicher wird.
Für den Betreiber einer Photovoltaikanlage bedeutet dies, dass er kostengünstigen Strom mit seiner PV-Anlage produzieren und nutzen kann, anstatt teuren Strom aus dem Netz zu beziehen. Je nach Verbrauchsprofil und Anlagengröße können dabei erhebliche Stromkosten eingespart werden. Eine detaillierte Aufstellung über die möglichen Erträge Ihrer PV-Anlage können Sie auf der Website von Stiftung Warentest mit dem eigens dafür erstellten Ertragsrechner erhalten.
Unabhängigkeit vom Strommarkt
Ein weiterer positiver Effekt ist die Unabhängigkeit von den Schwankungen am Strommarkt. Mit einer eigenen PV-Anlage ist man weniger betroffen von steigenden Strompreisen und kann langfristig stabile Kosten kalkulieren. Zusätzlich wird durch den Eigenverbrauch die Abhängigkeit vom öffentlichen Netz reduziert, was gerade in Zeiten potenzieller Versorgungsengpässe oder Preissprünge einen entscheidenden Vorteil darstellt.
Die nachfolgende Tabelle zeigt eine mögliche Entwicklung der Strompreise in den kommenden Jahren auf Basis vergangener Preisentwicklungen.
Strompreisentwicklung 2000-2040
Wir helfen dir gerne dabei mit einer eigenen Photovoltaikanlage unabhängig von den Strompreisen zu werden
Du machst etwas Gutes für unser Klima
Mit einer eigenen Photovoltaikanlage machst du aktiv etwas Gutes für unser Klima. Durch die Nutzung von Sonnenenergie erzeugst du sauberen, erneuerbaren Strom und reduzierst den Bedarf an fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Gas. Das führt zu einer deutlichen Verringerung von CO₂-Emissionen, die maßgeblich zur Erderwärmung beitragen. Jeder selbst produzierte Kilowattstunde Strom aus der Sonne ersetzt eine Kilowattstunde Strom, die sonst mit fossilen Energieträgern erzeugt werden müsste. Erneuerbare Energien haben im Jahr 2023 rund 249 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente an Treibhausgas-Emissionen vermieden. Dabei entfiel der größte Anteil der Emissionsvermeidung auf die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen, die etwa 197 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente oder rund 79 Prozent der gesamten Einsparungen ausmachte. Deshalb ist eine Photovoltaikanlage eine der besten Möglichkeiten, um als Privatperson aktiv gegen den Klimawandel vorzugehen.
"Photovoltaik ist der Motor der deutschen Energiewende, auf dem Weg zur Klimaneutralität"
Richard Köller M. Sc. Ingenieur
Warum in Photovoltaik investieren?
In eine Photovoltaikanlage zu investieren bietet zahlreiche Vorteile – sowohl finanziell als auch ökologisch. Hier sind die wichtigsten Gründe zusammengefasst:
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Langfristige Kostenersparnis: Mit einer PV-Anlage produzierst du deinen eigenen Strom und bist weniger abhängig von den oft schwankenden Strompreisen. Je nach Größe der Anlage und Eigenverbrauchsquote kannst du deine Stromkosten spürbar senken und langfristig stabile Energiekosten kalkulieren.
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Schutz vor Strompreiserhöhungen: Die Strompreise steigen seit Jahren kontinuierlich an. Eine Photovoltaikanlage schützt dich vor zukünftigen Preiserhöhungen, indem du den Großteil deines Energiebedarfs durch selbst erzeugten Strom decken kannst.
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Umweltschutz und Klimabilanz: PV-Anlagen erzeugen sauberen, emissionsfreien Strom. Dadurch senkst du deinen CO₂-Fußabdruck und trägst aktiv zur Reduzierung von Treibhausgasen bei. Das ist ein direkter Beitrag zum Klimaschutz und zur Reduzierung der globalen Erderwärmung.
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Wertsteigerung der Immobilie: Eine Photovoltaikanlage kann den Wert deines Hauses steigern. Immobilien mit eigener Stromversorgung durch Solarenergie sind für Käufer oft attraktiver, da sie die langfristigen Vorteile erkennen.
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Förderungen und Steuervorteile: Viele Länder bieten Förderprogramme und Steuervorteile für die Installation von PV-Anlagen an, was die anfänglichen Investitionskosten senken kann.
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Unabhängigkeit vom Strommarkt: Mit einer Photovoltaikanlage machst du dich unabhängiger von Energielieferanten und dem öffentlichen Stromnetz. Besonders in Kombination mit einem Energiespeicher kannst du den selbst erzeugten Strom auch bei Bedarf nutzen und somit weniger auf Netzstrom angewiesen sein.
In eine PV-Anlage zu investieren ist somit eine lohnende Entscheidung für alle, die nachhaltige Energiequellen nutzen, langfristig Geld sparen und gleichzeitig etwas Positives für das Klima und ihre persönliche Unabhängigkeit tun möchten.
Schritt für Schritt
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