Wie funktioniert Photovoltaik? Einfach erklärt
24.01.2024 I Sonnenstrahlen in Strom umwandeln: Photovoltaik macht es möglich. Wie funktioniert eine Solaranlage und welche Vor- und Nachteile hat diese Art der Energiegewinnung? Wir beantworten die wichtigsten Fragen.
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Immer mehr Menschen steigen auf selbst erzeugten Sonnenstrom um: Laut Bundesverband Solarwirtschaft hat sich die Nachfrage nach Photovoltaik-Systemen und PV-Speichern bei privaten Immobilieneigentümer*innen zwischen 2019 und 2022 mehr als verdreifacht.1 Auch steigende Strompreise und der Wunsch nach erneuerbaren Energien für eine nachhaltige Zukunft machen eine eigene Solaranlage auf dem Dach immer beliebter. Doch wie funktioniert das System Photovoltaik-Anlage? Wie wird aus Sonnenstrahlen Strom für den eigenen Haushalt erzeugt?
1 Bundesverband Solarwirtschaft e. V. "Photovoltaik boomt zweistellig im 7. Jahr & Solarbatterie-Nachfrage wächst auch 2023 exponentiell" Quelle
Wie funktioniert eine Solaranlage?
Um Sonnenenergie zu gewinnen, braucht eine Solaranlage wenige Komponenten. Im Herzen des Prozesses befinden sich die Solarmodule, auch Photovoltaikmodule genannt. Wenn die Sonne scheint, nehmen sie die Sonnenstrahlung auf und wandeln sie in elektrische Energie um.
Einfach erklärt lässt sich die Arbeitsweise einer Solaranlage folgendermaßen zusammenfassen:
- Die Photovoltaikmodule wandeln Sonnenlicht in Gleichstrom um.
- Dieser Gleichstrom wird zum Wechselrichter transportiert.
- Der Wechselrichter wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um.
- Der resultierende Wechselstrom kann direkt genutzt werden. Überschüssiger Strom kann hingegen in einem Stromspeicher „aufbewahrt“ oder ins Stromnetz eingespeist werden.
Der direkt im Haushalt genutzte Strom wird als Eigenverbrauch bezeichnet. Mittlerweile ist der Eigenverbrauch von Solarstrom attraktiver als die Einspeisung. Denn mit einer eigenen PV-Anlage können Sie Strom deutlich günstiger produzieren als er auf dem Markt angeboten wird. Kurzum: Eine PV-Anlage ermöglicht umweltfreundlichen Strom, spart Stromkosten und trägt zur Energiewende bei.
So funktioniert Photovoltaik
1. Solarmodule: aus Sonnenlicht wird Gleichstrom
Die Solarmodule können auf dem Hausdach oder auch auf dem Garagendach installiert werden. Der Aufbau einer Solarzelle basiert auf einem Halbleitermaterial, das unter dem Einfluss von Sonnenlicht Elektronen in Bewegung setzt. Dabei entsteht Elektrizität in Form von Gleichstrom.
3. Strom im Haushalt nutzen
Der Wechselstrom kann dann für Lampen, Herd, Waschmaschine etc. verwendet werden. Der direkt im Haushalt genutzte Strom wird als Eigenverbrauch bezeichnet.
6. Überschüssigen Strom ins Netz einspeisen
Der überschüssige Strom, der nicht direkt im Haus verbraucht oder im Batteriespeicher zwischengespeichert werden kann, wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist und steht der Allgemeinheit zur Verfügung. Dafür erhalten die Betreiber*innen der Anlage eine Vergütung.
2. Wechselrichter: aus Gleichstrom wird Wechselstrom
Da elektrische Geräte mit Wechselstrom laufen, muss der Gleichstrom mit einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden.
4. Wallbox: E-Auto mit Sonnenstrom laden
Wer ein E-Auto fährt, kann es über eine Wallbox auch mit dem selbst erzeugten Strom laden. Das ist preiswerter, als Strom aus dem Netz zu beziehen.
5. Batteriespeicher: überschüssigen Solarstrom speichern
Wird an besonders sonnigen Tagen mehr Strom erzeugt als man benötigt, kann man den Strom in einem Batteriespeicher für später speichern.
Vorteile von Photovoltaik im Überblick
- Kosteneinsparung: Wer zur Stromerzeugung auf unbegrenzt und kostenlos verfügbare Sonnenenergie setzt, ist deutlich weniger auf Strom aus dem öffentlichen Netz angewiesen. In Zeiten steigender Energiekosten schont das den Geldbeutel.
- Unabhängigkeit: Mit einer PV-Anlage ist man weniger abhängig von Preisschwankungen auf dem Energiemarkt.
- Erneuerbare Energien: Umweltschutz hat mittlerweile für viele Menschen eine hohe Priorität. Mit einer PV-Anlage nehmen Sie das Thema Nachhaltigkeit selbst in die Hand, tragen zur Energiewende bei und vermeiden CO2-Emissionen.
- Netzeinspeisung: Überschüssiger Strom geht nicht verloren, sondern kann dem öffentlichen Stromnetz zugeführt werden. Wer den selbst erzeugten Solarstrom einspeist, erhält im Rahmen der EEG-Förderung für eine Anlage auf einem Einfamilienhaus als feste Vergütung 8,11 Cent pro Kilowattstunde (ab Februar 2024) für die Dauer von 20 Jahren.
- Lebensdauer: Eine hochwertige Photovoltaik-Anlage kann rund 30 Jahre lang nachhaltigen Strom erzeugen.
- Fördermöglichkeiten: Viele Städte und Gemeinden beteiligen sich zum Beispiel an den Anschaffungskosten für eine eigene Solaranlage.
Das gibt es bei Photovoltaik zu beachten
- Anschaffungskosten: Bevor man von günstigem Solarstrom profitiert, investiert man in der Regel eine größere Summe in eine eigene Solaranlage. Aber: Die auf den ersten Blick hohen Anschaffungskosten amortisieren sich in der Regel nach zehn bis 15 Jahren.
- Schwankungen: Solarenergie ist wetterabhängig. Da die Sonne nicht jeden Tag scheint, ist auch die Stromproduktion nicht jeden Tag konstant. Tipp: Ein Batteriespeicher speichert überschüssigen Solarstrom für später. Sie können ihn nutzen, wenn Sie ihn brauchen – auch wenn die Sonne nicht scheint.
- Alterserscheinungen: Solarzellen sind auf dem Hausdach verschiedenen Umwelteinflüssen ausgesetzt und „altern“ mit den Jahren. Die entstehenden Leistungsverluste sind aber sehr gering. So garantieren führende Hersteller von Solarmodulen, dass ihre Module auch nach bis zu 30 Jahren noch über 85 Prozent der Nennleistung liefern.
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