Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom.

Bereits im Jahre 1839 entdeckte der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel den sogenannten „Photoeffekt“ und hat damit die Voraussetzung für die heutigen effizienten Solarzellen und die umweltfreundliche Stromerzeugung durch Sonnenlicht geschaffen.

Seit 4 Milliarden Jahren versorgt die Sonne mit Ihrer Strahlung die Erde mit Wärme und Licht, ohne die kein Leben möglich wäre.

Diese Strahlung (=Photonen) wird durch die Kernfusion im Inneren der Sonne erzeugt.

Trifft ein Photon auf ein Siliziumatom, werden dessen Elektronen aus ihrer Bahn gerissen, was eine elektrische Spannung erzeugt. Durch diesen Prozess wird die Strahlung direkt in elektrische Energie umgewandelt. Dieser Effekt wird als Photovoltaik bezeichnet.   In Österreich und Deutschland können durchschnittlich pro Jahr 1.000 kWh Solarenergie/qm erzeugt werden. Das entspricht dem Energiegehalt von 100 Litern Heizöl.

Das Herzstück einer Photovoltaik-Anlage ist die Solarzelle. Das auf der Solarzelle eintreffende Sonnenlicht – also elektromagnetische Strahlung (Lichtquant) – löst eine physikalische Reaktion aus, in dessen Folge die Solarzellen einen Gleichstrom erzeugen. In der Regel besteht ein Solarmodul aus 54, 60 oder 72 Solarzellen, die im Solarmodul miteinander elektrisch verbunden und durch eine stabile Glasscheibe und einen Rahmen zuverlässig geschützt sind. Mehrere Module bilden eine leistungsstarke und effiziente Photovoltaik Anlage. Aus den Anschlüssen der Solarmodule fließt der elektrische Strom durch die Kabel zum Wechselrichter. Dort wird der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt, mit dem elektrische Geräte betrieben werden können. 

So funktioniert Photovoltaik

Photovoltaikanlagen können über einen Netzbetreiber zur Einspeisung an das öffentliche Stromnetz angeschlossen werden (netzgekoppelte Anlagen), oder autark als netzunabhängige Stromversorgung. (Inselanlagen).

Eine Photovoltaikanlage besteht aus folgenden Komponenten:

+ Solarmodul (Zusammenschaltung von Solarzellen)

+ Wechselrichter

+ Montagesystem (Gestell)

+ Speicherakku bei Inselanlagen

Die Installation einer Photovoltaikanlage ist grundsätzlich auf Flachdächern, Schrägdächern, Gebäude Fassaden oder auf freien Flächen möglich. Entscheidend für den Energieertrag ist eine optimale abschattungsfreie Ausrichtung der Anlage nach Süden bei einem Neigungswinkel von ca. 10 - 60 Grad. Ist eine Südausrichtung nicht möglich können über eine Korrektur des Neigungswinkels trotzdem sehr gute Erträge erwirtschaftet werden.

Modultechnik

Ein Solarmodul besteht aus elektrisch verbundenen Solarzellen. In einem Solarmodul werden die einzelnen Zellen in Reihe zu elektrisch verbundenen Zellenstrings verlötet. Die Zellenstrings werden über Dioden zu Zellenplatten verbunden und zwischen Trägerglas, EVA- und Tedlarfolie in ein Vakuum laminiert. Die so entstandene Laminateinheit wird von einem Aluminiumrahmen umfasst. Es gibt drei Arten von Solarzellen:

  • Monokristalline Solarzellen: Werden aus einem gezogenen Siliziumstab mit regelmäßiger Kristallstruktur (Einkristall) in dünne Scheiben (Wafer) geschnitten. Sie haben eine dunkelblaue bis schwarze Färbung.
  • Polykristalline Solarzellen: Schneidet man aus einem gegossenen Siliziumblock. Die Poly-Zellen erscheinen leuchtend blau.
  • Dünnschichtsolarzellen: Die Solarzelle wird sehr dünn auf ein Trägermaterial aufgebracht. Dünnschichtmodule können kostengünstiger und großflächiger produziert werden als kristalline Module, besitzen aber einen geringeren Wirkungsgrad.

Grundsätzlich arbeiten monokristalline Solarzellen etwas effizienter, sind jedoch etwas teurer in der Produktion.

Wechselrichter

Der Wechselrichter (Inverter) wandelt den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Dieser wird dann in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Auf einen String Wechselrichter können je nach Typ ein oder mehrere Modulstränge geschaltet werden. Mit Systemen zur Anlagenkontrolle lässt sich die erzeugte Leistung überwachen, wie viel Strom selbst verbraucht und wie viel ins Netz eingespeist wurde.