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Die wichtigsten Merkmale der Photovoltaik kurz erklärt
Der Begriff Photovoltaik ist in aller Munde und trotzdem fragen sich viele, was sie genau ist, wie sie sich über die Jahre hinweg entwickelt hat und wie eine Anlage mit ihren Solarmodulen und weiteren Bestandteilen funktioniert. Dieser Bericht bringt dir die Photovoltaik daher ein kleines Stückchen näher und zeigt dir, wie der Solarstrom entsteht.
Der Begriff Photovoltaik und ihr Einsatzgebiet
Bei Photovoltaik, kurz PV, oder auch Fotovoltaik 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 kommt auf unterschiedlichste Weise zur Stromerzeugung zum Einsatz, so zum Beispiel als PV-Anlage auf Dachflächen von Privathaushalten, auf Freiflächen, auf Solarfahrzeugen oder auch in Taschenrechnern.
Die Nennleistung von Photovoltaikanlagen wird in Kilowatt Peak (kWp) angegeben.
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: Es kam zur 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 nutzte 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 70er-Jahre wurden dann mehr Solarzellen für den Einsatz auf der Erde als für die Raumfahrt produziert.
- Bis zum Jahr 2015 wurden weltweit 227 Gigawatt Photovoltaik-Leistung installiert.
- Im Jahr 2018 betrug diese Zahl schon circa 500 Gigawatt.
Wie genau funktioniert Photovoltaik? Wie entsteht der Solarstrom?
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, Solarthermie, Solaranlage: 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. Beide Anlagen verfolgen zunächst das gleiche Ziel, das Sonnenlicht einzufangen und umzuwandeln:
- Photovoltaikanlagen allerdings direkt in Strom
- Solarthermieanlagen wiederum in Wärme für die Warmwasseraufbereitung und die Heizung
Aus welchen Komponenten besteht eine Photovoltaikanlage?
Die Basis jeder Photovoltaikanlage bilden die Photovoltaikmodule. Diese wandeln das Sonnenlicht in Strom um. Um diese Module auf dem Dach zu befestigen, greift der Fachmann auf ein Montagesystem zurück. Solarkabel sorgen dafür, dass der erzeugte Strom dann weiter ins Haus gelangt.
Mithilfe eines Wechselrichters wird der Gleichstrom in netztauglichen Wechselstrom umgewandelt. Viele Photovoltaikanlagen sind zudem mit einem Einspeisezähler ausgestattet. Er erfasst die ins Netz eingespeiste Strommenge.
Und was passiert mit dem nicht direkt selbst verbrauchten Solarstrom? Dafür kannst du eine Photovoltaikanlage mit einem Stromspeicher kombinieren. Sollte deine Anlage einmal weniger Strom produzieren, als du für dich benötigst, kannst du auf den Strom im Speicher zurückgreifen.
Photovoltaik in Deutschland
Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) trat im Jahr 2000 in Kraft – und mit ihm die Einspeisevergütung. Sobald Betreiber von Anlagen regenerativer Energien Strom in das öffentliche Versorgungsnetz einspeisen, erhalten sie eine vom Staat festgesetzte Vergütung.
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. Somit sind diese Anlagen besonders umweltfreundlich. Allerdings sorgt die Produktion von Photovoltaikanlagen – Transport, Installation der Solarmodule und weiterer Komponenten sowie später die Entsorgung – für diverse Umweltbelastungen. Doch auch die Hersteller bemühen sich mittlerweile, die Produktion der Anlagen umweltfreundlicher zu gestalten, indem sie dabei Ökostrom (der ebenfalls aus Photovoltaik entsteht) einsetzen.
