Photovoltaik - Strom aus Sonnenenergie

Der Traum von preiswerter, umweltfreundlicher Energie wird durch Photovoltaik zur Realität. Schon eine einzelne Solarzelle versorgt einen leistungsfähigen Taschenrechner, ein autarkes Solarmodul deckt den Bedarf eines Wochenendhauses und eine klimafreundliche Photovoltaikanlage bedient die Stromversorgung im ganzen Einfamilienhaus. Zugleich reduziert oder beseitigt der Solarstrom die Abhängigkeit von zentralen Stromversorgern. Hier lesen Sie eine kurze Übersicht, was vom Aufbau bis zur Energiebilanz einer Solaranlage wichtig ist.

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Was ist Photovoltaik?

Photovoltaik beschreibt eine direkte Umwandlung von Licht in elektrischen Strom. Im Gegensatz zu anderen Energieformen, bei denen Generatoren elektrischen Strom erst mühsam und teuer in nutzbaren Strom umwandeln, erzeugen Solarzellen den verwendbaren Gleichstrom unmittelbar.

Die einzelnen Zellen nutzen dafür den photoelektrischen Effekt.
Da eine einzelne Solarzelle nur eine geringe Strommenge erzeugt, sind mehrere Zellen zur Steigerung des Effekts und zur einfacheren Handhabung zu einem praktischen Solarmodul verbunden.

Die Anzahl der Module, die in einer Photovoltaikanlage verbunden sind, bestimmt die Ausgangsleistung, die Art der Module gibt die Energiebilanz vor.

Wie wird die Sonnenenergie gewonnen?

Um durch Solarenergie autark von Stromlieferungen zu sein oder die heimischen Stromkosten zu senken, benötigt ein Hausbesitzer vor allem Platz. Eine große Dachfläche, ein ungenutzter Teil des Gartens oder eine vom Sonnenlicht beschienene Hauswand sind ideal.

Auf diesen Flächen lassen sich die einzelnen Solarmodule installieren und zu Strängen verbinden. Die Elektronik in einer Photovoltaikanlage sammelt den erzeugten Strom und stellt ihn zur direkten Nutzung zur Verfügung. Überproduktionen an Sonnenstrom lassen sich in Solarstromspeichern, meist großen Blei- oder Lithium-Akkus, in Wärmespeichern oder in virtuellen SolarClouds für die spätere Nutzung speichern.

Die Einspeisung von Überkapazitäten in das örtliche Stromnetz geschieht über den Netzbetreiber. Zuvor verwandelt ein Wechselrichter den produzierten Gleichstrom in den Wechselstrom des Stromnetzes.


Die Photovoltaikanlage für jeden Einsatzzweck

Die Leistungsfähigkeit einer Solarzelle hängt von ihrem Material ab. Gängige Ausgangsstoffe sind:

• Monokristallines Silizium
• Polykristallines Silizium
• Amorphes Silan, ein Wasserstoff-Silizium-Gas für Dünnschicht-Solarzellen
• CIGS, eine Mischung aus Kupfer, Indium, Gallium, Schwefel und Selen

Diese vier Materialien liefern die derzeit beste Energiebilanz für die photoelektrische Stromerzeugung und bestimmen maßgeblich den Wirkungsgrad von Solarzelle und Solarmodul. Anlagen für den mobilen Einsatz, zum Beispiel auf Schiffen oder an Parkautomaten, müssen nur wenig Strom erzeugen. Unterstützende Anlagen zum Energiesparen im Haus sind weit leistungsfähiger.

Noch größer sind Systeme bemessen, die den autonomen Strombedarf eines ganzen Hauses abdecken, wie sie am Passivhaus oder Nullenergiehaus ihren Einsatz finden. Selbst für eine industrielle Stromerzeugung in Solarkraftwerken reicht die Leistungsfähigkeit moderner Solarmodule aus.


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Effizienz der Stromerzeugung aus Sonnenenergie

Viel hat sich auf dem Solarenergie-Sektor in den letzten Jahren bewegt. Solarzellen werden leistungsfähiger, Produktionskosten geringer und die zur Herstellung benötigte Energie sinkt.

Mittlerweile ist die Energiebilanz moderner Systeme so gut, dass die energetische Amortisationsdauer selbst im sonnenarmen Deutschland bei rund 30 Monaten liegt. Das ist die Zeit, die ein Solarmodul benötigt, um die eigene Produktionsenergie zu erzeugen. Mit eingerechneter Lebensdauer beträgt der Erntefaktor etwa das zehnfache der Herstellungsenergie.

Die Installation von Solaranlagen rechnet sich damit nicht nur für Haushalte, sondern auch für industrielle Anwendungen. Schon jetzt unterschreiten die Produktionskosten für Solarstrom die Herstellungskosten von Strom aus fossilen Brennstoffen.