Photovoltaik nutzt die Kraft der Sonne

Angesichts des zunehmenden Umweltbewusstseins und der zu Ende gehenden fossilen Brennstoffe sehen immer mehr Verbraucher ein, dass die Nutzung erneuerbarer Energien der Umwelt und vor allem auch ihnen selbst nutzt. Sonnenenergie ist eine dieser erneuerbaren Energien und kann auf verschiedene Art und Weise genutzt werden. Bei der passiven Nutzung der Kraft der Sonne geht es zum Beispiel um große Fensterflächen nach Süden, bei denen Sonnenlicht dann auf direkte Weise die Häuser oder Wohnungen aufwärmt und den notwendigen Einsatz künstlichen Lichts vermindert, was ja auch wieder den Energieverbrauch senken hilft. Auch bei Wintergärten oder mit großen Dachflächenfenstern kann die Sonnenenergie passiv genutzt werden. Bei der aktiven Nutzung der Solarenergie geht es darum, aus der Sonnenstrahlung nutzbare Wärme oder Strom zu produzieren. Nutzbare Wärme wird mit Solarkollektoren in den sogenannten Solarthermieanlagen produziert. Strom wird in Photovoltaikanlagen produziert.

Funktionsweise der Photovoltaik

Im Zentrum einer Photovoltaikanlage stehen die Solarzellen. In ihnen wird das Licht in Elektrizität umgewandelt. Solarzellen bestehen aus zwei verschieden dotierten Halbleiterschichten, eine negativ (n-Leiter), die andere positiv (p-Leiter) leitend. Bei Lichteinfall fließt am p-n-Übergang, also der Grenzschicht zwischen diesen beiden Schichten, Strom, weil die Ladungsträger die Energie aus den auftreffenden Photonen aufnehmen. Dieser Strom kann dann geerntet werden.

Solarmodul fängt die Sonnenstrahlen ein

In Solarmodulen werden viele Zellen zusammengeschaltet, wobei je nach Bedarf entweder mit einer Serienschaltung eine höhere Spannung oder mit einer Parallelschaltung ein höherer Strom erzielt wird. Die Ausbeute ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Zunächst gibt es verschiedene Solarzellen zu unterscheiden, nämlich monokristalline, polykristalline Siliziumzellen und Dünnschichtzellen, es gibt organische Solarzellen oder die Farbstoffsolarzellen, bei denen ein Farbstoff das Licht absorbiert. Die verschiedenen Zellen unterscheiden sich erheblich im Wirkungsgrad voneinander. Der erzielbare Ertrag hängt aber darüber hinaus von der Ausrichtung der Anlage auf dem Dach, der durchschnittlichen Sonneneinstrahlung, möglichen Verschattungen und Verschmutzungen ab.

Netzeinspeisung bei viel Sonne

Da die Sonneneinstrahlung nicht immer gleich intensiv ist, in Haushalten aber vor allem dann Strom etwa zur Beleuchtung genutzt wird, wenn die Sonne nicht scheint, ist es sinnvoll, den produzierten Strom ins Netz einzuspeisen und aus dem Netz bei Bedarf Strom wieder abzunehmen. Bei netzgekoppelten Anlagen entfallen Komponenten wie ein Akkumulator als Zwischenspeicher und auch ein Laderegler ist nicht notwendig. Zudem lohnt sich die Netzeinspeisung wegen der im Erneuerbare-Energien-Gesetz festgelegten Mindestvergütung so, dass es oft wirtschaftlicher ist, die Stromernte einzuspeisen und für den eigenen Bedarf Strom vom Versorgungsunternehmen zu beziehen. Es ist aber je nach Anlagenlayout auch ein Inselbetrieb ganz ohne Netzeinspeisung oder ein Netzparallelbetrieb möglich.

Der Artikel wurde verfasst von Angelika Schmid.