Photovoltaik
Photovoltaik ist eine Technologie, die Lichtenergie zu elektrischer Energie umwandelt. Meist werden als Energiequelle Sonnenstrahlen genutzt, Solarzellen können aber auch mit künstlichen Lichtquellen – wie z. B. Lasern – arbeiten.
Photovoltaik ist – ebenso wie Solarthermie – ein Teilbereich der Solartechnik. Mit Photovoltaik erzeugen Sie Strom, bei Solarthermie ist Wärmeenergie für die Warmwasserversorgung eines Hauses das Ziel.
Inhaltsverzeichnis
So funktioniert eine Photovoltaikanlage
Weitere Anwendungen der Photovoltaik Technologie
Photovoltaik funktioniert auch bei bewölktem Himmel
So groß muss eine Photovoltaikanlage sein
Das passiert mit nicht verbrauchter Energie
Vorteile von Photovoltaikanlagen
So funktioniert eine PV-Anlage
Eine Photovoltaikanlage besteht aus mehreren Solarmodulen, die viele Solarzellen miteinander verbinden. Durch die Einstrahlung von Sonnenlicht werden die Elektronen in den Solarzellen angeregt, sich zu bewegen (photoelektrischer Effekt). Dadurch entsteht elektrischer Strom. Dieser Gleichstrom wird von einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, damit er verbraucht werden kann. Wie die einzelnen Komponenten einer Photovoltaikanlage genau funktionieren, erklärt der Artikel Photovoltaik – Wissenswertes zu Aufbau, Funktion und Energiebilanz.
Ein Wechselrichter wandelt den Gleichstrom aus den Photovoltaikmodulen in Wechselstrom um, damit er im Haus verbraucht werden kann. Überschüssige Solarenergie wird ins Stromnetz eingespeist, gleichzeitig sichert das Stromnetz die Versorgung in Zeiten, in denen die Sonne nicht scheint.
Mit einem Batteriespeicher kann der Eigenverbrauch des Solarstroms erhöht werden. Es wird weniger Solarstrom eingespeist und weniger Strom aus dem Stromnetz abgenommen. Wenn die Solaranlage vom gleichen Anbieter stammt, ist ein Speicher einfach und problemlos auch zu einem späteren Zeitpunkt nachrüstbar. Das gilt vor allem, wenn die spätere Nachrüstung des Speichers bereits bei der Anlagenplanung berücksichtigt wurde.
Weitere Anwendungen der Photovoltaik Technologie
Photovoltaik ist auch zur Wärmeerzeugung nutzbar. Die elektrische Energie aus den Solarzellen kann zum Beispiel durch Elektroheizstäbe in Wärme umgewandelt werden und einen Warmwasserspeicher beheizen. In dieser Form ist sie eine Alternative zur Solarthermie. Dabei bietet Photovoltaik zwei entscheidende Vorteile:
1. Solarmodule arbeiten im Winter effizienter als Solarthermiekollektoren.
2. Der Wartungsaufwand ist bei Solaranlagen niedriger, da der Wasserkreislauf der Solarthermie wegfällt.
Eine deutlich höhere Wärmeausbeute erzielt die Sonnenenergie aus Photovoltaikanlagen jedoch in Kombination mit einer Wärmepumpe.
Photovoltaik funktioniert auch bei bewölktem Himmel
Photovoltaikanlagen arbeiten besonders effizient, wenn das Sonnenlicht direkt auf die Solarmodule trifft. Doch auch bei bewölktem Himmel produzieren die Solarzellen Strom. Die Stärke des Sonnenlichts variiert zwischen Direktstrahlung und Diffusstrahlung. Die Direktstrahlung trifft ungehindert auf die Erdoberfläche, während die Diffusstrahlung durch Wolken, Feuchtigkeit oder Luftverschmutzung gestreut wird. Solarmodule funktionieren sowohl bei Direktstrahlung als auch bei Diffusstrahlung. Nur wenn gar kein Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft, können sie nicht arbeiten. Deswegen ist der Ertrag der Solarmodule im Winter niedriger: Es gibt weniger Sonnenstunden und die Sonne steht niedriger am Himmel. Das wirkt sich negativ auf den Wirkungsgrad aus.
So groß muss eine Photovoltaikanlage sein
Je größer eine Photovoltaikanlage ist, umso schneller rentiert sie sich. Details zur Amortisation erfahren Sie in unserem Artikel „So lohnt sich eine Photovoltaikanlage“. Die Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin gibt in einer Kurzstudie Hinweise für sinnvolle Größen von Photovoltaikanlagen. Wer einen hohen Autarkiegrad erreichen möchte, kann folgende Werte für die Dimensionierung der eigenen Photovoltaikanlage zugrunde legen:
Sparsamer Stromverbrauch eines 2-Personen-Haushalts (3.000 kWh/Jahr): bis zu 6 kW
Durchschnittlicher Stromverbrauch einer Familie (4.500 kWh/Jahr): bis zu 9 kW
Durchschnittlicher Stromverbrauch einer Familie mit E-Auto (7.000 kWh/Jahr): bis zu 14 kW
Für eine individuelle Berechnung ist es im Zweifel sinnvoll einen Experten zu Rate zu ziehen.
Das passiert mit nicht verbrauchter Energie
Von der Photovoltaikanlage generierte Energie, die nicht sofort verbraucht wird, kann in einem Batteriespeicher zwischengelagert werden. So lässt sich der Eigenverbrauch der Solaranlage 70 Prozent des Ertrags und mehr steigern.
Alternativ lässt sich nicht verbrauchter Solarstrom gegen eine staatlich festgelegte Einspeisevergütung in das öffentliche Stromnetz einleiten. Allerdings lohnt es sich viel mehr den Strom aus der Photovoltaikanlage selbst zu verbrauchen.
Vorteile von PV-Anlagen
- Auch wenn die Effizienz von Solaranlagen geringer ist als bei Wind oder Wasser, ist die Technologie zuverlässig und erprobt. Außerdem können mit Photovoltaikanlagen auch Privathaushalte ihre eigene Energie erzeugen.
- In Zeiten steigender Energiepreise bieten Photovoltaikanlagen eine Chance, Geld zu sparen. Selbst produzierter Sonnenstrom kostet etwa 10 Cent pro Kilowattstunde. Das ist ein Bruchteil des Preises von Strom aus dem öffentlichen Netz.
- Solaranlagen liefern zuverlässig über Jahre hinweg Strom. Die meisten Hersteller gewähren dabei Garantien von über 20 bis 30 Jahren.
- Mit Photovoltaik lässt sich Klimaneutralität erreichen und sie trägt zu einem geringeren CO2-Fußabdruck bei.
- Die Herstellungskosten für PV-Anlagen sinken seit vielen Jahren, während sich ihr Wirkungsgrad erhöht.
- Batteriespeicher werden immer leistungsstärker und erschwinglicher, sodass der Eigenverbrauch des Stroms aus Sonnenenergie steigen kann.
- Die vertraglich zugesicherte Einspeisevergütung unterstützt die Refinanzierung der Investitionskosten.
Die Rolle von Photovoltaik in der Energiewende
Photovoltaik ist eine Form der erneuerbaren Energien. Zwar entstehen bei der Produktion und dem Transport der Komponenten Treibhausgase, nach der Installation kann jedoch emissionsfrei Energie erzeugt werden. 2022 wurden laut einer Untersuchung des Fraunhofer Instituts rund elf Prozent des Stromverbrauchs in Deutschland durch Solarstrom gedeckt.
Durch die Nutzung erneuerbarer Energien im Strommix hat sich der Ausstoß von Treibhausgasen in den letzten 30 Jahren nahezu halbiert. Um den gesamten Energiebedarf aus erneuerbaren Energien zu decken, ist jedoch weiterhin ein hoher Zubau an installierter PV-Leistung notwendig.
Förderung von Solarenergie durch die Bundesregierung
Die Förderung von Photovoltaik ist im Erneuerbare-Energien-Gesetz festgelegt. Das wichtigste Instrument ist die garantierte Einspeisevergütung über eine Laufzeit von 20 Jahren. Daneben gibt es Zuschüsse zu Photovoltaik-Anlagen auf Länder- oder kommunaler Ebene. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau unterstützt die Anschaffung von Photovoltaikanlagen und Batteriespeicher durch zinsgünstige Finanzierungen. Welche Förderungen im individuellen Fall infragekommen, erfahren Sie in unserer Fördermitteldatenbank.
