Strom effizient speichern

Photovoltaik Anlage

Photovoltaik Anlage

Nachhaltigkeit, Kostenersparnis, Unabhängigkeit – Es gibt verschiedene Gründe, welche zur Anschaffung einer Photovoltaikanlage führen. Doch vor dem Kauf und dem Anbau einer PV-Anlage interessieren sich viele erst einmal für die Fakten: Wie arbeiten Photovoltaikanlagen und wie produzieren sie umweltfreundlichen Solarstrom? Woraus bestehen Photovoltaikanlagen und wer profitiert von ihrem Gebrauch?

Die Anfänge von Photovoltaik Anlagen

Die Sonne gilt als größte und sicherste Energiequelle auf unseren Planeten. Als „Lebensspenderin" profitiert der Mensch seit Jahrtausenden von der Sonnenenergie. Das die Solarenergie neben Wärme auch elektrische Energie „erzeugen" kann, ist durch den französischen Physiker Alexandere E. Becequerel entdeckt worden. Dieser beschrieb bereits im Jahr 1839 den sogenannten „photoelektrischen Effekt". Die wirkliche technische Nutzbarmachung erfolgte jedoch erst Mitte des 20. Jahrhunderts. Luft- und Raumfahrtforschungen trieben die Forschungen im Bereich Photovoltaik voran und 1955 wurden erstmals Telefonverstärker vermittels PV-Modulen mit elektrischer Energie versorgt. Seit Ende der 1950er Jahre ist die Nutzung von PV-Modulen in der Satellitentechnik üblich.

Grundlegende Arbeitsweise von Photovoltaikanlagen

Einfach formuliert ist unter Photovoltaik die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie durch Solarmodule zu verstehen. Diese Tatsache ist auch Ursprung der Bezeichnung für derartige Energiegewinnung: Das griechische Wort für Licht (im Genitiv) wird mit der Einheit elektrischer Spannung verbunden: Phos und Volt ergeben den Begriff Photovoltaik. Am Anfang dieser Umwandlung stehen demnach die Solarmodule, welche durch technische Entwicklungen Lichtenergie in Gleichstrom umwandeln können. In der Physik wird der photoelektrische Effekt in vier unterschiedliche Arten unterteilt. Der in PV-Anlagen eintretende Effekt baut dabei auf den sogenannten photoelektrischen Effekt auf, welcher als innerer photoelektrischer Effekt Grundlage für den photovoltaitschen Effekt bildet. Dieser wird durch die Solarmodule nutzbar gemacht.

Bestandteile von Photovoltaikanlagen

Hauptbestandteil von PV-Anlagen sind die unterschiedlichen Solarmodule. Daneben brauchen sie einen Wechselrichter, bestimmte Zähler, wie auch eine fachgerechte Verkabelung.

Verschiedene Solarmodule

Grundsätzlich kann man zwischen mono- und polykristallinen Modulen wie auch Dünnschichtmodulen unterscheiden. Derzeit am verbreitetesten sind polykristialline Module. Diese werden durch das Schmelzen von Sicilicum gewonnen. Dieses in Form gegossene Silicium bildet dann nach Auskühlung unterschiedlich große Kristalle (poly = griech. Bezeichnung „viele"), welche in Scheiben verarbeitet werden. Auch wenn polykristalline Module nicht derart effizient arbeiten wie Monokristialline Module, haben sie vor allem bei großen Dachflächen einen guten Kilowatt-peak Wert. So liegt ihr Wirkungsgrad derzeit bei ca. 12 bis 16 Prozent. Ebenso sind sie günstiger in ihrer Anschaffung.

Monokristalline Photovoltaikmodule hingegen, bestehen aus nur einem „Einkristall". Dadurch weisen weniger Verunreingungen auf, was ihre Effizienz steigert. Durch den höheren Aufwand bei ihrer Produktion sind sie jedoch auch teurer. Dafür arbeiten sie jedoch auch wirkungsvoller: Monokristalline Module liegen bei einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von 14 bis 18 Prozent.

Wieder anders arbeiten Dünnschichtmodule. Diese sind immer weiter auf dem Vormarsch, da sie durch geringen Materialverbrauch besonders kostengünstig sind. Dafür ist ihre Effizienz jedoch auch wesentlich geringer als bei den mono- und polykristallinen Solarmodulen: Sie haben eine Wirkungsgrad von „nur" sechs bis zehn Prozent. Es gilt also abzuwägen, was bedeutsamer ist: Effizienz oder ein günstigere Anschaffungskosten.

Grober Aufbau und Funktionsweise von Solarmodulen

Auch wenn es unterschiedliche Solaranlagen gibt, arbeiten sie im Kern recht ähnlich – bedingt durch ihren ähnlichen Aufbau. Solarmodule bestehen aus negativen Elektroden, aus n-dotiertem Silizium, aus p-dotiertem Silizium und positiven Elektroden. n-Dotierung bedeutet dabei, dass das Silizium auf freibewegliche negative Ladung durch „Fremdatome" ausgerichtet ist. p-Dotierung hingegen bedeutet, dass das Silizium eine freibewegliche positive Lücke enthält (auch Defektelektron genannt). Auf atomarer Ebene bedeutet dies, das Teilchen durch die Lichtenergie „bewegt" werden und dadurch elektrische Spannung aufbauen. Der Solarmodulaufbau führt also durch das Licht „angetrieben" zu einem Spannungsgefälle, welches elektrische Energie erzeugt.Ein Modul würde dabei nur wenig Gleichstrom erzeugen: Durch die Anzahl der Module wird dieser erhöht.

Wichtiger Bestandteil: Der Wechselrichter

Da Solarmodule lediglich Gleichstorm produzieren, brauch jede Photovoltaikanlage auch einen Wechselrichter. Dieser wird benötigt, damit der Strom ins Stromnetz überhaupt eingespeist werden kann. In Europa ist Wechselstrom von 50Hz üblich, welchen der Wechselrichter aus dem Gleichstrom umwandelt. Ohne Umwandlung wäre der hergestellte Strom unbrauchbar, deswegen sind vor und nach dem Wechselrichter Sicherungen eingebaut, welche eine Kontrolle und eine schnelle Reaktion garantieren (Ähnlich vergleichbar mit einem Sicherungskasten). Dadurch werden Mensch und Technik gleichermaßen geschützt.

Durch die Umwandlung geschieht dann auch die Einspeisung des produzierten Stroms, welcher in das Stromnetz eingespeist wird. Für diese Einspeisung erhalten alle Photovoltaikbetreiber eine bestimmte Vergütung.