Wie Photovoltaik Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt

Photovoltaik wandelt mittels Solarzellen Sonnenlicht in elektrische Energie um. Da eine einzelne Solarzelle nur wenig Strom produziert, werden Solarzellen in Photovoltaik Modulen zusammengefasst. Die erste Photovoltaik wurde in Telefonverstärkern und später in Satellitentechnik eingesetzt. Seit der Energiewende sind Photovoltaik Anlagen ein wichtiger Bestandteil in der Erzeugung erneuerbarer Energien. Investitionen in Photovoltaik lohnen sich, denn Betreiber erhalten für die Einspeisung ins öffentliche Stromnetz Photovoltaik Einspeisevergütung, die im Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) festgelegt ist.


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Funktionsweise einer Photovoltaik

Die Solarzelle ist der Motor der Photovoltaik. Solarzelle wandelt das Sonnenlicht in elektrische Energie um und nutzt zur Energiegewinnung den photoelektrischen Effekt. Da eine einzelne Solarzelle nur wenig Strom produziert, werden Solarzellen in Photovoltaik Modulen zusammengefasst. Eine Photovoltaik besteht daher aus mehreren Photovoltaik Modulen.

Es gibt unterschiedliche Solarzelltypen, die entweder nach dem Halbleitermaterial, der Materiadicke oder der Zelltechnologie unterschieden werden. Die wichtigste Solarzelle, die 2014 einen Marktanteil von 90 % bildete, ist die Siliziumzelle, die als Halbleitermaterial Silicium enthält.

Die erzeugte elektrische Energie kann direkt genutzt werden. Allerdings muss die erzeugte Elektrizität, die ins Stromnetz eingespeist wird, von Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt werden, das mithilfe von einem Wechselrichter geschieht. Solarzellen, Module, Stromleitung und Wechselrichter bilden zusammen das System einer Photovoltaik Anlage.

Komponenten einer Photovoltaik Anlage

Photovoltaik Anlage
Aufbau einer Photovoltaikanlage

Erst das Zusammenführen der einzelnen Komponenten machen eine Photovoltaik zur wettbewerbsfähigen Stromerzeugungsanlage. Die Grundlage einer Photovoltaikanlage bilden Solarzellen, die zu mehreren zusammengeschaltet werden und ein Solarmodul bilden. Ob ein Solarmodul eine große oder geringe Anzahl an Solarzellen enthält, hängt von der Größe des Solarmoduls ab.

Da Solarmodule ständig unterschiedlichen Witterungsverhältnissen ausgesetzt sind, werden diese in eine Kunststoffschicht eingebettet. Zusätzlich auf die Oberfläche wird ein lichtdurchlässiges Spezialglas gesetzt.

Photovoltaik, deren Verwendung z.B. auf Dächern von Privathäusern stattfindet, führen niemals nur ein Photovoltaik Modul. Mehrere Photovoltaik Module, die zusammengeführt werden, werden als Solargenerator bezeichnet.

Besteht das Ziel aus der Einspeisung in das öffentliche Stromnetz, so müssen Photovoltaik Anlagen einen Wechselrichter enthalten, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Weitere Elemente einer Photovoltaik Anlage bilden die Kabel und der Einspeisezähler.

Module der Photovoltaik Anlagen

Damit genügend Strom erzeugt werden kann, werden Solarzellen zusammengeschaltet und bilden Photovoltaik Module. Solarmodule sind der Kern einer Photovoltaik Anlage, denn hier findet die Energiegewinnung statt. Je nach verwendeter Solarzelle gibt es polykristalline-, monokristalline- und Dünnschichtmodule.

Polykristalline Solarmodule

Die günstigste Art aller Photovoltaik Module sind die polykristalline Solarmodule. Das Hauptmaterial bildet der Rohstoff Silicium, der zuerst geschmolzen und in Blöcke gegossen wird. Nachdem das Silicum erstarrt ist, wird es in Scheiben zersägt und mit einer Antireflexionsschicht versehen.

Der Wirkungsgrad dieser polykristalliner Solarzellen liegt zwischen 12 und 16 Prozent. Im Vergleich zu monokristallinen Modulen ist der Wirkungsgrad geringer, der durch unterschiedlich große Kristalle und deren Ausrichtung bewirkt wird.

Monokristalline Solarmodule

Der wesentliche Unterschied der monokristallinen zu kristallinen Solarmodulen liegt im Herstellungsverfahren. Anders als bei kristallinen Solarmodulen gibt es keine Defekte an Kristallingrenzen. Aus dem geschmolzenen Silicium wird ein Block gezogen, der aus einem Einkristall besteht. Der Wirkungsgrad dieser monokristallinen Solarmodule liegt zwischen 14 und 18 %.

Dünnschichtmodule

Das Herstellungsverfahren der Dünnschichtzellen gleicht weder dem polykristallinen noch monokristallinen Verfahren. Hier wird ein Trägermaterial mit einer dünnen Schicht eines Halbleiters beschichtet. Die Dünnschicht kann aus amorphem, kristallinem Silicium, Cadmium-Tellurid oder Kupferindiumselenid bestehen.

Da für die Dünnschichten vergleichsweise wenig Rohstoff aufgewendet wird, können Dünnschichtmodule besonders preisgünstig angefertigt werden. Der Wirkungsgrad liegt zwischen 6 und 10 Prozent.

Wie hoch sind Photovoltaik Kosten?

Lange galt die Photovoltaik (PV) als die teuerste Form zur Erzeugung Erneuerbarer Energien. Inzwischen sind die Photovoltaik Kosten für fertig installierte Photovoltaik Anlagen um mehr als 60 % gesunken (seit 2006). Das hat einerseits mit dem Wettbewerbsdruck asiatischer Hersteller und andererseits mit sinkenden Einspeisevergütungen zu tun .

Wer über den Kauf einer PV-Anlage nachdenkt, sollte sich über die Höhe und Zusammensetzung der Anschaffungskosten bewusst werden. Die Kosten einer Anlage sind abhängig von der Art der Montage und der Menge der installierten Leistung. Außerdem entstehen Materialkosten, denn eine Photovoltaik Anlage besteht aus Modulen, Wechselrichter, Verdrahtung und Netzanschluss.

Die meisten Anschaffungskosten gehen auf den Netzanschluss. Darauf folgen Solarmodule, die einen Gesamtanteil an Kosten zwischen 40-50% betragen können.

Photovoltaik Kosten
Art der PV-Anlage Kosten pro PV-Anlage Leistung.
Kleinanlage Dach (5-15 kWp) 1200-1400 €/KWp
Großanlage Dach (100-1000 kWhp) 800-1000 €/KWp
Freifläche (ab 2 MWp) 600-800 €/KWp

Was ist KWp? KWp beschreibt die Größe einer Photovoltaik Anlage. KWp steht abkürzend für Kilowatt peak und setzt damit das Leistungsmaß einer PV-Anlage fest. Im Gegensatz dazu, gibt kWh an, wie viel Strommenge durch die PV-Anlage erzeugt wird.

Die Photovoltaik Förderung

Die Installation von Photovoltaik Anlagen wird Deutschland durch das Erneuerbare Energie Gesetz (EEG) gefördert. Die Bundesregierung verfolgt damit das Ziel, den Anteil erneuerbarer Energie an der gesamten Energieerzeugung deutlich zu erhöhen. Die Fördermittel werden in der Einspeisevergütung, der Eigenverbrauchsvergütung und in günstigen Photovoltaik Krediten eingesetzt.

Einspeisevergütung

Die entscheidende Förderung liegt in der Einspeisevergütung. Das EEG legt fest, dass der Netzbetreiber für einen festgelegten Preis den Solarstrom eines Anlagenbetreibers abnimmt. Mit der Einspeisevergütung soll der wirtschaftliche Betrieb einer Photovoltaik Anlage ermöglicht werden. Der derzeitige Fördersatz liegt bei rund 11 Cent pro eingespeister Kilowattstunden in das Stromnetz. Wie hoch die Einspeisevergütung tatsächlich ausfällt, hängt von:

  1. Größe der Photovoltaik Anlage
  2. Zeitpunkt der Installation
  3. Höhe des Eigenverbrauchs
  4. Art und Ort der PV-Anlage

Eigenverbrauchsvergütung

Die Eigenverbrauchsvergütung wird an Photovoltaik Betreiber ausgezahlt, die den hergestellten Strom in ihr Hausnetz anstatt in das öffentliche Stromnetz einspeisen. Die Vergütung erhalten alle, die ihre PV-Anlage zwischen dem 1.01.2009 und dem 31.03.2012 ans Netz gebracht haben.

Sollte der eigenproduzierte Solarstrom nicht zur Deckung des Stromverbrauchs ausreichen, so können PV-Besitzer die fehlende Menge aus dem Netz beziehen. Um die Abrechnung mit dem Energieversorger zu vollziehen, sind spezielle Anordnungen der Stromzähler erforderlich.

Photovoltaik Kredite

Eine weitere Fördermöglichkeit stellen zinsgünstige Kredite dar, die von der KfW Bank gefördert werden. Die KfW Bank stellt dabei unterschiedliche Programme zur Verfügung, die sich in Zinssätzen, Laufzeiten und Absicherungen unterscheiden. Beispiele von Förderprogrammen: KfW Standard, KfW Kommunalkredit und BMU Demonstrationsprogramm.

Photovoltaik oder Fotovoltaik?

Laut der deutschen Rechtschreibreform ist Fotovoltaik die offizielle Schreibweise. Allerdings wird viel mehr häufiger die Schreibung Photovoltaik mit der Abkürzung PV verwendet. Im englischsprachigen Raum wird der Term photovoltaics für Photovoltaik und photovoltaics system für Photovoltaik Anlage genutzt.

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