Photovoltaik Technik

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Woraus besteht eine Photovoltaik-Anlage?

Photovoltaik Technik
Photovoltaik Technik © Ingo Bartussek, fotolia.com

Wichtigste Bestandteile einer PV-Anlage sind die Solarzellen, die zu größeren Einheiten, den Solarmodulen, zusammengefasst werden. Sie prägen das Erscheinungsbild vieler Hausdächer und bestehen in der Regel aus einem Aluminiumrahmen, in den die Zellen eingelassen sind. Eine Glasscheibe verhindert die Verschmutzung der sensiblen Bauteile, ohne die gewünschte Sonneneinstrahlung zu blockieren.

Die Gesamtheit der miteinander verbundenen Solarmodule wird auch Solargenerator genannt und erzeugt aus der Sonnenenergie Gleichstrom. Für die Umwandlung in den im öffentlichen Stromnetz verwendeten Wechselstrom ist zusätzlich ein Wechselrichter nötig. Auch wenn der Besitzer einer PV-Anlage den Strom selbst verwenden will, wird er üblicherweise zunächst in das Stromnetz eingespeist, aus dem er gleichzeitig seinen eigenen Strombedarf deckt.

Photovoltaik-Anlage Schema
Photovoltaik-Anlage – Aufbau und Komponenten, Zur Vergrößerung auf das Bild klicken, © Bild: Agentur für erneuerbare Energien

Ein Einspeisezähler sowie ein separater Verbrauchszähler protokollieren die geflossenen Strommengen. Wird mehr Strom eingespeist als verbraucht, erhält der Immobilienbesitzer den überschüssigen Strom von seinem Energieversorger vergütet. Es ist allerdings auch möglich, den Strom direkt in das Hausnetz einzuspeisen und lediglich überschüssigen Strom an das öffentliche Stromnetz abzugeben.

Photovoltaik
Solarzellen Querschnitt, Bildquelle: H. Strauß, fotolia

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Solarzellen und –module

Silizium ist bei den meisten gängigen Solarzellen-Typen das Halbleiter-Element der Wahl. Trotzdem unterscheiden sich die am Markt erhältlichen Modelle hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Effizienz teilweise erheblich. Zu den verbreitetsten zählen monokristalline und polykristalline Solarzellen sowie Dünnschicht-Solarzellen.

Monokristalline Solarzellen

Mono- oder auch einkristalline Solarzellen genannte Modelle zeichnen sich durch eine vergleichsweise hohe Effizienz aus. Sie werden in einem aufwendigen Verfahren aus hochreinem Silizium hergestellt und sind daher auch teurer als andere Solarzellen-Typen. Den Namen erhielten sie durch das spezifische Herstellungsverfahren. Dabei werden Stäbe aus hochreinem Silizium mit regelmäßiger Kristallstruktur in Scheiben zersägt. Charakteristisch für diesen Typ von Solarzellen ist die gleichmäßig aufgebaute Oberfläche.

Polykristalline Solarzellen

Poly- oder auch multikristalline Solarzellen bestehen ebenfalls aus Silizium. Das Element wird in Blöcke gegossen und erst nach der Abkühlung zersägt. Während des Abkühlungsvorgangs bilden sich unterschiedliche Kristallformen heraus, die für die hellere Erscheinungsform dieser Solarmodule sorgen. Die Herstellung ist zwar nicht so kostspielig wie die der monokristallinen Zellen, dafür ist jedoch auch der Wirkungsgrad geringer.

Dünnschicht-Solarzellen

Dünnschicht-Solarzellen werden auf eine andere Weise als die kristallinen Solarzellen hergestellt. Hierbei wird eine photoaktive Substanz auf eine Trägerfläche aufgedampft, das Modul also in einem Stück produziert. Der Wirkungsgrad ist im Vergleich zu den beiden anderen Solarzellen-Typen erheblich geringer, doch stehen dem hohe Einsparmöglichkeiten in der Herstellung gegenüber. Nach Angaben der Deutschen Gesellschaft für Sonnenergie sind Dünnschichtmodule außerdem toleranter gegenüber Verschattung, und sie können Schwachlicht besser nutzen.

Wirkungsgrade Solarzellen
Entwicklung der Wirkungsgrade von Solarzellen, © Bild: Agentur für erneuerbare Energien

Tipp: Effizientere Module oder eine größere benötigte Fläche – die Wahl des optimalen Zellentyps hängt vor allem vom finanziellen Spielraum und dem verfügbaren Platz ab. Bei Ihrer Entscheidung sollten sie auch die aktuelle Situation bei der zur Diskussion stehenden Höhe der künftigen PV-Förderung, die wechselhaften Rohstoff-Preise sowie den aktuellen Stand der Forschung berücksichtigen.

Wechselrichter und Netzeinspeisegerät

Der Wechselrichter wandelt den vom Solargenerator gewonnenen Gleichstrom in netzüblichen Wechselstrom um. Er ist meist Bestandteil eines Netzeinspeisegeräts (NEG), das die die Einspeisung des Stroms in das öffentliche Netz regelt. In der Praxis werden beide Begriffe oft synonym verwendet, wenngleich ein Wechselrichter ohne angebundenes NEG nur für vom Stromnetz unabhängige Insellösungen, etwa beim Camping, sinnvoll ist. Das NEG ist von seiner Funktion her mit der Steuerungseinheit bei Solarthermie-Anlagen vergleichbar.

Die Kosten für ein NEG hängen von dem gewünschten Leistungs- und Funktionsumfang ab. PV-Anlagenbetreiber müssen allerdings davon ausgehen, dass seine Lebensdauer in den meisten Fällen erheblich kürzer ist als die des Solargenerators. Der Austausch des Geräts innerhalb des Lebenszyklus der Anlage sollte schon bei der Planung mit eingerechnet werden, da sich die Kosten für solche Geräte, zumindest nach dem Stand im Jahr 2015, auf mindestens 1500 Euro belaufen.

Eine wichtige Kennzahl bei Wechselrichtern ist der sogenannte Wirkungsgrad. Er gibt an, wie viel Energie bei der Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom verlorengeht beziehungsweise wie viel Strom in das öffentliche Netz eingespeist wird. Mittlerweile können Spitzenmodelle einen maximalen Wirkungsgrad von über 99 Prozent erreichen.

Tipp: Wirkungsgrad ist nicht gleich Wirkungsgrad. Ähnlich wie bei der Angabe der Leistung des Solargenerators in der Einheit kWp wird damit ein Spitzenwert bezeichnet, der lediglich unter ganz bestimmten Bedingungen, die in der Realität in dieser Form so gut wie nie anzutreffen sein werden, gilt. Aussagekräftiger sind Angaben, die die durchschnittliche Leistung über einen längeren Zeitraum beziffern. Der sogenannte „Europäische Wirkungsgrad“ spiegelt die tatsächliche Leistung sehr viel realistischer wider und macht die Modelle verschiedener Hersteller gut vergleichbar.

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Photovoltaik Anlage mit Einspeisung ins Stromnetz, Bildquelle: Angela Stolle, fotolia

Zähler

Die in Netzeinspeisegeräten verbauten Zähler arbeiten in der Regel nicht exakt und sind für die formale Verrechnung des Stroms nicht geeignet. Benötigt wird ein geeichter Verbrauchszähler, der protokolliert, wie viel Strom aus dem öffentlichen Netz gezogen worden ist. Darüber hinaus überwacht ein weiterer geeichter Zähler, wie viel von dem selbst erzeugten Solarstrom in das öffentliche Stromnetz eingespeist wurde. Die Mengen werden, abhängig von den aktuell gültigen individuellen Konditionen, getrennt voneinander abgerechnet. Bei der Einspeisung des Solarstroms ins hauseigene Netz wird ein weiterer Zähler benötigt, der die gesamte Stromerzeugung durch die PV-Anlage misst. Aus diesen Werten kann später errechnet werden, wie viel Strom der Hausbesitzer selbst verbraucht hat, und wie viel Strom ins öffentliche Netz gegangen ist.

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