Solarenergie ist heute ein wesentlicher Bestandteil der regenerativen Energieerzeugung. Auf vielen Dächern von Ein- und Mehrfamilienhäusern wandeln Photovoltaikanlagen bereits die Strahlungsenergie des Sonnenlichts in nutzbaren Sonnenstrom um. Eine Photovoltaik-Anlage funktioniert im Prinzip ganz einfach: wenn Sonnenlicht auf die Solarzellen fällt, entsteht darin eine elektrische Spannung, die über Stromleitungen zum Solargenerator gleitet wird. Dieser wandelt die Energie in Gleichstrom um, der wiederum über den Wechselrichter direkt zu nutzbarem Wechselstrom wird.

Bevor Sie sich für eine Photovoltaik-Anlage auf Ihrem Hausdach entscheiden, ist es sinnvoll, einen Überblick über die Komponenten einer PV-Anlage und deren Funktion zu gewinnen.

Solarzellen - Solarmodule

Eine Photovoltaikanlage besteht aus mehreren verbundenen Komponenten, wobei die Solarzellen das Herzstück bilden. Diese etwa 15 x 15 großen Scheiben sind mit einer sehr dünnen Siliziumschicht überzogen, welche durch Licht und Wärme leitfähig wird. Durch die gezielte Verunreinigung der Siliziumschicht mit beispielsweise Phosphor oder Bor wird ein Überschuss an Elektronen erzielt, während im Rest der Zelle ein Mangel an Elektronen herrscht. Auf diese Weise entstehen in der Solarzelle, genau wie in einer Batterie, ein Minus- und Pluspol. Wenn die im Sonnenlicht enthaltenen Energieträger (Photonen) auf das Silizium der Solarzellen treffen, setzen sie die negativ geladenen Elektronen frei. Diese werden von dem positiv geladenen Siliziumgitter auf der Rückseite der Photovoltaikanlage angezogen. Da die eingebaute Grenzschicht eine direkte Verbindung verhindert, müssen die Elektronen den Weg über die Stromleitung (weiße Streifen auf der Oberfläche) nehmen - damit fließt der Sonnenstrom.

Solarzellen werden heute am häufigsten in drei Grundtypen hergestellt, die sich hinsichtlich Herstellungsart, Wirkungsgrad (Relation von Strahlungsenergie und abgegebener Energie), Preis und Flächenbedarf unterscheiden:

Solarzelle Wirkungsgrad Kosten Benötigte Fläche für 1 kWp
Monokristalline Solarzellen 20-25% ca. 0,70 €/Wp 6-9 m2
Polykristalline Solarzellen 15-20% ca. 0,65 €/Wp 7-0 m2
Dünnschicht Solarzellen 7-8% ca. 0,75 €/Wp 10-15 m2

Monokristalline Solarzellen erreichen Wirkungsgrade zwischen 20-25%. Sie eignen sich gut, wenn nur wenig Dachfläche zur Installation zur Verfügung steht. Polykristalline Solarzellen eignen sich dagegen gut für größere Dachflächen. Die günstigeren Anschaffungskosten gleichen den geringeren Wirkungsgrad aus. Dünnschicht Solarzellen haben einen geringen Wirkungsgrad und sind teuer, dafür aber sehr leicht und flexibel. Dadurch können Sie auch auf unebenen oder statisch problematischen Flächen installiert werden.

Da eine einzelne Solarzelle nur eine geringe elektrische Spannung von etwa 0,5 Volt erzeugt, werden 36-72 Solarzellen zu einem Solarmodul zusammengeschlossen. Eine Photovoltaikanlage besteht je nach Energiebedarf aus 10 bis 100 Solarmodulen.

Solargenerator, Wechselrichter, Stromzähler & Co.

Der Solargenerator wandelt die von allen Solarmodulen eingefangene Sonnenenergie in elektrische Energie um. Da der hier erzeugte Gleichstrom weder für den Eigenverbrauch noch für die Einspeisung ins öffentliche Netz nutzbar ist, muss er in Wechselstrom umgewandelt werden. Das geschieht über das zweite Herzstück einer Photovoltaikanlage: den Wechselrichter. Der Wechselrichter ermöglicht also erst die eigene und fremde Nutzung des erzeugten Sonnenstroms. Weiterhin sorgt er dafür, dass die Solarmodule optimal zusammenarbeiten und den höchstmöglichen Ertrag erzielen.

Zur Messung des erzeugten Sonnenstroms fließt dieser vor dem Verbrauch noch durch einen Stromzähler. Bei Einspeisung in das öffentliche Stromnetz durch einen Einspeisezähler.

Solarkabel verbinden die Solarmodule, Wechselrichter und weitere Komponenten miteinander. Durch die stärkeren Belastungen auf dem Dach erfüllen Solarkabel besondere Anforderungen (UV-beständig, witterungsresistent, doppelt isoliert). Zur passgenauen Befestigung der Solarmodule auf dem Dach ist zudem ein entsprechendes Montagesystem erforderlich.

Im nachfolgenden Video wird die Funktion einer Photovoltaikanlage mit einer Animation erklärt:

Sonnenstrom