Was ist Photovoltaik und wie funktioniert es?
Stromgewinnung aus Sonnenlicht!
Sie kennen die Funktion einer Photovoltaikanlage!
Denn jeder von uns besitzt sie oder hat sie schon einmal gesehen: Solarbetriebene Taschenrechner, Armbanduhren, Radios oder die Photovoltaikanlage auf einem Dach. Das Funktionsprinzip all dieser Geräte ist identisch: Solarzellen versorgen diese Geräte, durch die Nutzung des Lichtes bzw. der Sonne als Energiequelle, mit Strom. Es erfolgt eine direkte Umsetzung von Licht in Elektrizität.
Da die Sonne eine praktisch unerschöpfliche Energiequelle darstellt, nutzen Sie eine der umweltschonendsten Formen der Energiegewinnung, den photovoltaischen Effekt - Stromgewinnung aus Sonnenlicht!
Die Anfänge - Vom Halbleiter zur Solarzelle
Vor mehr als 160 Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass bestimmte Materialien, welche als Halbleiter bezeichnet werden, unter bestimmten Umständen in der Lage sind, Strom zu leiten. Die ersten Geräte, die Licht in Elektrizität umwandelten, wurden Ende des 19ten Jahrhunderts entwickelt. Die damalige Energiegewinnung solcher Geräte war jedoch noch zu gering, um einen großflächigen Einsatz zur Stromerzeugung zu realisieren.
Erst bei der Vorbereitung der ersten Weltraumflüge um ca. 1950 wurden verstärkt Forschungen in diesem Bereich durchgeführt und nach geeigneten Materialien für Photovoltaikzellen gesucht. Nach kurzer Zeit wurde deutlich, dass der Rohstoff Silizium, welcher im Allgemeinen ein Bestandteil von Sand ist, die besten Eigenschaften aufweist. Silizium eignet sich hervorragend zur Herstellung von Halbleiterelementen, den sogenannten Solarzellen.
Die Funktionsweise einer Photovoltaikanlage
Der Aufbau von Solarzellen
Um aus Siliziumzellen Elektrizität zu erzeugen, muss Strom vom positiven zum negativen Pol fließen. Aus diesem Grund besteht eine Solarzelle aus zwei Schichten, einer positiv und einer negativ dotierten. Fällt Sonnenlicht auf eine Solarzelle, so entsteht eine Spannung zwischen den beiden Schichten. Elektronen werden in Bewegung gesetzt und es fließt ein elektrischer Strom, der an den Polen abgegriffen werden kann. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass ein geschlossener Stromkreislauf, entweder über einen Verbraucher oder das Stromnetz, besteht.
Der Aufbau von Solarmodulen
Da eine einzelne Solarzelle nur wenig Strom erzeugt werden Solarzellen in Größen von 10 x 10 cm bis 15 x 15 cm hergestellt und mit Hilfe metallhaltiger Kontakte verbunden und zu Solarmodulen zusammengefügt.
Zum Schutz gegen härteste Witterungsverhältnisse werden die Solarzellen zwischen Frontglas und einer rückseitigen Folie einlaminiert und dauerhaft versiegelt. Die versiegelten Photovoltaikzellen werden nun noch in einen umlaufenden Aluminiumrahmen eingebettet, der ihnen die erforderliche Stabilität gibt und fertig ist das Photovoltaikmodul.
- 1. Solarmodule (mehrere PV-Module in Reihen- u. Parallelschaltung mit Montagegestell); 2. Gleichstromverkabelungen; 3. Wechselstromverkabelung; 4. Wechselrichter; 5. Schutz- und Zählereinrichtung
Der Aufbau und die Funktion von Solaranlagen
Verbindet man mehrere Solarmodule miteinander, so entsteht eine Photovoltaikanlage, wie man sie bereits auf viele Dächern sieht. Auf diese Weise wird eine entsprechend hohe Spannung und Stromstärke erzeugt, um sogar ganze Regionen mit Elektrizität versorgen zu können.
Physikalisch bedingt erzeugt eine Photovoltaikanlage Gleichstrom. Der gewonnene Strom kann direkt in Batterien gespeichert oder durch Gleichstromverbraucher genutzt werden. Geschieht dies, spricht man von Insellösungen, die immer dann zum Einsatz kommen, wenn kein öffentliches Stromnetz zur Verfügung steht oder der Strom bewusst zur Deckung des Eigenbedarfs genutzt werden soll.
Ist es das Ziel, den Strom ins öffentliche Stromnetz einzuspeisen, also an den lokalen Netzbetreiber zu verkaufen und die Photovoltaikanlage als Renditeobjekt zu nutzen, wird zusätzlich ein Wechselrichter zur Umwandlung in den üblichen 50Hz-Wechselstrom benötigt. Hierbei spricht man von einer Netzgekoppelten Photovoltaikanlage. Der Solarstrom wird direkt bei Entstehung in das Stromnetz eingespeist, über einen zusätzlichen Zähler erfasst und anschließend vergütet.
Fragen und Antworten
Haben sie noch Wörter im Bereich der PV-Technik die Ihnen unbekannt sind?
Hier finden Sie die Antworten: 
Das ABC der Solar-Technik.
