Photovoltaik Grundlagen

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Photovoltaik Grundlagen

Nicht nur für all diejenigen, die sich regelmäßig über zu hohe Stromrechnungen ärgern, sondern auch für alle, die ihre Energieversorgung zukunftsfähig machen wollen, sind Photovoltaikanlagen hochinteressant. Denn einerseits wird man mit einer eigenen Photovoltaikanlage weitgehend unabhängig von den Preisrunden der Energieversorger und andererseits hilft jede installierte Photovoltaikanlage auf dem Weg zur Klimaneutralität. Die Technologie ermöglicht es, Strom aus Sonnenenergie zu erzeugen und diesen entweder selbst zu nutzen oder ganz oder teilweise in das Stromnetz einzuspeisen. Solarstrom hat den Vorteil, dass er umweltfreundlich erzeugt wird und die Energiequelle umsonst und nahezu unendlich lange verfügbar ist. Lesen Sie auf diesen Seiten, wie Photovoltaik funktioniert und was es bei der Investition in eine PV-Anlage zu beachten gibt.

Solaranlage auf Hausdach © electriceye, stock.adobe.com
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Überblick – Die Grundlagen der Photovoltaik

Was ist Photovoltaik?

Photovoltaik bezeichnet die Umwandlung von Sonnenenergie (griech. phos: Licht) in Strom (-voltaik: abgeleitet von der Einheit für elektrische Spannung Volt, die nach dem Physiker Alessandro Volta benannt wurde). 2022 wurden nach Angaben der Bundesnetzagentur etwa 11,4 Prozent des Strombedarfs in Deutschland durch diese Energiequelle gedeckt. Die Zuwachsraten sind nicht zuletzt aufgrund der staatlichen Förderung stabil. Die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) hängt unter anderem von ihrer Größe, der Ausrichtung des Daches, der Dachneigung und den gewählten Solarmodulen ab.

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Wie funktioniert die Photovoltaik?

Zur Gewinnung von Strom aus Sonnenstrahlen sind Solarzellen nötig. Diese sind in der Regel aus Silizium gefertigt und werden in sogenannten Solarmodulen zusammengefasst. Technisch machen sich PV-Anlagen den photoelektrischen Effekt zunutze, durch den aus der Strahlungsenergie der Sonne elektrische Energie gewonnen werden kann. Mit der Einstrahlung von Lichtenergie auf die Zellen entsteht Gleichstrom, der anschließend von einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt wird. Dieser kann entweder vom Anlagenbesitzer selbst genutzt, oder aber in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

Photovoltaik: Netzgekoppelte Anlage
Photovoltaik: Netzgekoppelte Anlage

Was ist der Unterschied zur Solarthermie?

Die Antwort liegt in der Entschlüsselung des Begriffs Solarthermie: Er leitet sich von lat. sol = Sonne und griech. thermie = Wärme ab. Mit der Photovoltaik bezeichnet man die Gewinnung von Strom aus den Sonnenstrahlen mittels Solarzellen beziehungsweise –modulen. Bei der Solarthermie gewinnt man dagegen Wärme aus der Sonnenenergie, und zwar mit sogenannten Solarkollektoren. Gemeinsamkeiten bestehen darin, dass sowohl Solarmodule als auch Solarkollektoren an möglichst exponierter Stelle installiert werden sollten, um eine ausreichende Sonneneinstrahlung zu gewährleisten. Außerdem wird bei beiden Anlagen Sonnenstrahlung genutzt, um daraus Energie zu gewinnen.

Solarthermie zur Trinkwassererwärmung
Solarthermie zur Trinkwassererwärmung

Das technische Verfahren unterscheidet sich: Während die Solarzellen elektrische Energie direkt aus den Sonnenstrahlen gewinnen können, fließt bei der Solarthermie eine Leiter-Flüssigkeit durch die Solarkollektoren, die die Wärme aufnimmt und in das Haus transportiert, wo sie vor ihrer Nutzung zwischengespeichert wird.

Je größer die Anlage ist, desto mehr Fläche steht zur Energiegewinnung zur Verfügung. Im Gegensatz zur Solarthermie kann es sich bei der Photovoltaik lohnen, die Anlage größer als für den Eigenbedarf nötig zu planen, da das Einspeisen von regenerativem Strom in das Stromnetz vergütet wird.

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Vorteile der Photovoltaik

Der größte Vorteil einer eigenen PV-Anlage liegt nahe: Mit der Sonne steht eine beinahe unerschöpfliche Energiequelle zur Verfügung, die dazu noch völlig kostenfrei ist. Somit ist die solare Stromerzeugung nicht nur umweltfreundlich, gleichzeitig macht man sich unabhängiger von der künftigen Entwicklung der Strompreise. Natürlich enstehen Kosten für Anschaffung und Installation der Anlage, die sich jedoch vergleichsweise schnell amortisieren. Es gibt zudem einige Förderprogramme für Photovoltaikanlagen, die die die Wirtschaftlichkeit positiv beeinflussen und es ermöglichen, einelohnenswerte Rendite zu erzielen.

Photovoltaik und Solarthermie: Vorteile und Nachteile
Photovoltaik und Solarthermie: Vorteile und Nachteile

Darüber hinaus arbeiten PV-Anlagen auch bei geringer Sonneneinstrahlung sehr effizient. Ein Nachführen der Module an den jeweiligen Sonnenstand ist nicht nötig und in den meisten Fällen auch nicht wirtschaftlich. Die Erzeugung von Sonnenstrom verursacht weder Geräusche noch Gerüche, die zu Beschwerden führen könnten. Außerdem fällt der Wartungsaufwand für die Anlagen, wenn sie erst einmal in Betrieb sind, sehr gering aus.

Nachteile der Photovoltaik

Auch bei Photovoltaikanlagen gibt es ein paar negative Aspekte: Die Investitionskosten für Photovoltaikanlagen sind vergleichsweise hoch, bis zu einem gewissen Maße aber auch von der Dimensionierung der Anlage sowie ihrer Qualität abhängig. Außerdem erzeugt die Anlage selbst zwar keine Emissionen, bei der Produktion der Module wird dennoch CO2 freigesetzt. Außerdem sind in den Modulen Schwermetalle enthalten, die jedoch bei ordnungsgemäßer Entsorgung keine Schäden verursachen. Die Ökobilanz von Solarmodulen ist hervorragend.

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