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Photovoltaik: Was genau ist das?

Lisa Becker
07.02.2020 16:30:00

Bei Photovoltaik (oder auch Fotovoltaik), kurz PV, handelt es sich um ein technisches Verfahren, bei dem Lichtenergie (die elektromagnetische Strahlung der Sonne) in elektrische Energie umgewandelt wird. Dies geschieht mithilfe sogenannter Solarzellen. Bereits der Name verdeutlicht, dass eine Photovoltaikanlage aus Licht Strom erzeugen kann: „Phos“ oder „Photos“ steht für das griechische Wort für Licht und „Volt“ für die Messeinheit für die elektrische Spannung. Photovoltaik wird auf unterschiedlichste Weise zur Stromerzeugung genutzt, so zum Beispiel auf Dachflächen von Privathaushalten, auf Freiflächen, auf Solarfahrzeugen oder auch in Taschenrechnern. Die Nennleistung von Photovoltaikanlagen wird in Kilowatt Peak (kWp) angegeben.

 

Wie genau funktioniert Photovoltaik?

Die Solarzelle einer Photovoltaikanlage besteht aus dem Halbleitermaterial Silizium. Eine Eigenschaft von Halbleitern ist die hohe Leitfähigkeit bei Energiezufuhr. Die elektromagnetischen Strahlen der Sonne wiederum bestehen aus kleinen Teilchen, den Photonen. Sobald die Photonen auf die Siliziumatome in der Solarzelle treffen, übertragen diese ihre Energie auf lose Elektronen und stoßen sie so von den Atomen ab. Kurz: Es kommt zu einer Bewegung in der Zelle, durch die in der angeschlossenen Leitung ein Stromfluss entsteht, der wiederum ins Haus transportiert wird.

Photovoltaik vs. Solar: Vorsicht vor unterschiedlichen Begriffen

Häufig werden Photovoltaikanlagen als Solaranlagen bezeichnet. Das ist allerdings nicht richtig, da begriffstechnisch sowohl Photovoltaikanlagen als auch sogenannte Solarthermieanlagen zur Gruppe der Solaranlagen zählen. In beiden Fällen wird die Energie der Sonne aufgefangen und umgewandelt. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass Photovoltaikanlagen das Sonnenlicht direkt in Strom umwandeln. Solarthermieanlagen hingegen gewinnen aus der Sonnenenergie Wärme, um damit das Heiz- und Brauchwasser zu erhitzen.

 

Eine kurze Geschichte der Photovoltaik: Wichtige Stationen

  • 1839 entdeckte der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel den photoelektrischen Effekt. Er experimentierte mit Batterien mit galvanischem Element. Diese bestrahlte er mit Licht und konnte daraufhin die Zunahme von elektrischer Spannung feststellen.
  • 1883 baute der US-Amerikaner Charles Fritts ein erstes Solarmodul aus Solarzellen.
    Wissenschaftler zweifelten aber an der Seriosität dieser Entdeckung.
  • 1905: Nobelpreisträger Albert Einstein erklärt und beweist den Photoeffekt mit seiner Quantentheorie des Lichts.
  • 1954: Entwicklung der ersten Silizium-Solarzelle in den Bell Telephone Laboratories, New Jersey. Die kristallinen Silizium-Solarzellen besaßen einen Wirkungsgrad von bis zu 6 Prozent. Zum ersten Mal schaffte man die wichtigen Voraussetzungen für die industrielle Produktion von Solarzellen.
  • 1958: Seit diesem Jahr nutzt man die Photovoltaik-Energie zur Versorgung der meisten Raumflugkörper. Der Wirkungsgrad der Photovoltaikzellen betrug zu dieser Zeit bereits 10 Prozent. Aufgrund der sehr hohen Kosten für Photovoltaik-Energie nutze man diese auf der Erde jedoch vorerst nicht.
  • 1973: Nach der ersten Ölkrise von 1973 wurde die Energieerzeugung durch die Sonnenstrahlung auch auf der Erde interessant. Neue Forschungseinrichtungen entstanden, die die Entwicklung der Photovoltaik-Energie voranbringen sollten. Seit Mitte der siebziger Jahre wurden dann mehr Solarzellen für den Einsatz auf der Erde produziert als für die Raumfahrt.
  • Bis zum Jahr 2015 wurden weltweit 227 Gigawatt Photovoltaik-Leistung installiert.

 

Aus welchen Komponenten besteht eine Photovoltaikanlage?

Die Basis jeder Photovoltaikanlage bilden die Photovoltaikmodule. Diese wandeln das Sonnenlicht in Strom um. Mithilfe eines Montagesystems werden die Module am Dach befestigt. Solarkabel transportieren den erzeugten Strom dann weiter ins Haus. Ein Wechselrichter wandelt den erzeugten Gleichstrom in netztauglichen Wechselstrom um. Viele Photovoltaikanlagen verfügen außerdem über einen zusätzlichen Einspeisezähler, der die ins Netz eingespeiste Strommenge erfasst. Je nach Bedarf kann eine Photovoltaikanlage auch mit einem Stromspeicher kombiniert werden. Dieser speichert den nicht direkt selbst verbrauchten Solarstrom und stellt ihn genau dann zur Verfügung, wenn die Anlage weniger Strom produziert als für den Eigenbedarf nötig ist.

 

Photovoltaik in Deutschland

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) aus dem Jahr 2000 regelt die Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Quellen in das öffentliche Stromnetz und garantiert den Erzeugern eine feste Einspeisevergütung. Das EEG löste so eine starke Förderungswelle von Photovoltaik in Deutschland aus. Seit 2010 sinken die Einspeisevergütungen, sind aber trotz allem noch lukrativ für Anlagenbetreiber. Deutschland geht als Vorbild voran, da viele Länder nachzogen, um ein Förderungsprogramm von Photovoltaik nach dem Vorbild des EEG durchzuführen.

 

Ökologische Aspekte von Photovoltaik

Beim Betrieb von Photovoltaikanlagen entstehen keine Abgase (zum Beispiel Kohlendioxid), kein Lärm und keine radioaktiven Abfälle – und ist somit besonders umweltfreundlich. Allerdings sorgt die Produktion von Photovoltaikanlagen (Transport, Installation und später auch Entsorgung) für diverse Umweltbelastungen. Doch auch die Hersteller bemühen sich mittlerweile, die Produktion umweltfreundlicher zu gestalten, indem sie dabei Ökostrom (der ebenfalls aus Photovoltaik entsteht) einsetzen.

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