Wie funktioniert Fotovoltaik?

Die eigene Energie vom eigenen Dach - der fotovoltaische Effekt - ein Naturwunder!

Wenn Licht - egal welchen Ursprungs - auf ein Halbleitermaterial fällt, ist es in der Lage durch seine Energie die Ladungsträger zu verschieben. Halbleiter sind Materialien wie z.B. Silizium, Germanium oder Indium. 


Es gibt auch Materialien die solche halbleiterähnliche Eigenschaften entwickeln können, wie Cadmium Tellurit oder auch biologische Kohlenstoffverbindungen und Farbstoffe. Der Effekt selbst ist ein Wunder der Natur, das wir uns zur direkten Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität nutzbar machen. Damit ist die Fotovoltaik die EINZIGE Energieumwandlung, die Elektrizität ohne Zwischenschritt erzeugt. Genau genommen basieren auch Wasserkraft, Windkraft und die thermische Elektrizitätsgewinnung aus fossilen und organischen Rohstoffen ursprünglich auf Sonnenenergie, nur dass hier etliche Umwandlungsschritte bis zur gewonnenen Elektrizität dazwischen liegen. Wenn man es ganz genau betrachtet erzielt die Fotovoltaik dadurch sogar den besten Wirkungsgrad berechnet vom einfallenden Sonnenlicht zur geernteten elektrischen Energie.


Sonnenlicht erzeugt Gleichstrom im PV-Modul

Das auf eine Solarzelle einfallende Sonnenlicht erzeugt eine Gleichspannung und bei entsprechender Stärke einen Gleichstrom. Je mehr Lichtteilchen pro Zeiteinheit auf eine Fläche fallen, umso großer ist der einfallende Lichtstrom und umso größer wird damit der elektrische Strom. Im PV-Modul sind mehrere Zellen miteinander verschalten. Aktuell werden meistens Module von 245Wp bis 300Wp eingesetzt. "Wp" sprich "Watt-Peak" ist eine Angabe für die Nennleistung eines Moduls. Natürlich sind auch Sonderbauformen im Einsatz, z.B. für Inselanlagen oder architektonische Lösungen.

Hinweis: Die oben erwähnten Eigenschaften bewirken, dass die PV-Anlage nur bei Licht funktioniert. An bewölkte Tagen wird auch Strom erzeugt, aber weniger, weil weniger Lichtteilchen durch die Wolkendecke durchkommen.

Wechselrichter wandeln den Gleichstrom in Wechselstrom

Da wir in den Haushalten Wechselstrom einsetzen, wird der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt. Dieser Vorgang erfolgt durch den Wechselrichter. Dieses Gerät übernimmt an zentraler Stelle auch das gesamte Management der PV-Anlage: Es überwacht den Gleichstromkreis (engl.: DC - direct current) und den Wechselstromkreis (engl.: AC - alternating current) und damit auch das angeschlossene Stromnetz. Sollte eine nicht perfekte Situation auftreten, schaltet der Wechselrichter die Anlage vom Netz und weißt mit einer Fehlermeldung darauf hin. Sobald alle überwachten Parameter wieder passen, wird die PV-Anlage selbsttätig wieder eingeschalten.

Energieausgleich im Haus

Die meisten Fotovoltaikanlagen leiten die erzeugte Energie in den Hausverteiler. Dort entnehmen die Verbraucher im Haus (Waschmaschine, E-Herd, Fön, usw.) bei Bedarf die benötigte Energie. Ist der Bedarf der Verbraucher größer, als die von der PV zur Verfügung gestellte Energie, rinnt vollständig automatisch die zusätzliche Energie vom Stromanschluss wie gewohnt dazu. Erzeugt die PV mehr Energie als im Haus gerade benötigt wird, dann rinnt die Energie der PV über den Stromanschluss aus dem Haus in das öffentliche Netz hinaus.

Diese Energieflüsse finden vollkommen selbsttätig statt...

ähnlich wie das Wasser immer vom höheren in das tiefere Gefäß fließt. Um diese Energieströme messtechnisch korrekt zu erfassen, ist das lokale Elektroversorgungsunternehmen von der Errichtung der PV zu informieren, damit es

über die neue Energieerzeugungsanlage bescheid weiß
die technische Ausführung für einen störungsfreien Betrieb des Stromnetzes sicherstellen kann
einen geeigneten Zähler einbaut, der beide Energierichtungen (ins Haus und aus dem Haus) erfassen kann
Meistens wird für die erzeugte und in das öffentliche Netz abgegebene Energie ein Abnahmevertrag mit dem Stromlieferanten geschlossen, der diesen Ökostrom entsprechend vergüten sollte.