Immer häufiger nutzen Menschen die Solarenergie um Energiekosten einzusparen und die Umwelt zu entlasten. Doch wie funktioniert eine solche Solaranlage eigentlich? Die Funktion von Photovoltaikanlage ist grundsätzlich gleich, egal ob eine kleine Solaranlage auf dem Einfamilienhaus oder eine Industrieanlage. Im Prinzip funktioniert eine netzgekoppelte Photovoltaik Solaranlage ganz einfach: Während Licht auf die Solarzellen fällt, erzeugen diese daraus Gleichstrom. Die einzelnen Solarzellen sind zu größeren Solarmodulen verschaltet. Die einzelnen Solarmodule sind wiederum zum Solargenerator zusammengeschaltet. Der erzeugte Gleichstrom wird mithilfe des Wechselrichters zu Wechselstrom umgewandelt. Dank der Umwandlung kann der Wechselstrom direkt ins öffentliche oder privat genutzte Stromnetz eingespeist werden und so entweder die eigenen Stromkosten gesenkt werden.

Wie funktioniert die einzelne Solarzelle einer Photovoltaik Solaranlage?

Nahezu 95 Prozent aller Solarzellen werden aus dem Quarzsand Silizium (Si) hergestellt. Silizium (Si) stellt eins der häufigsten natürlichen in der Erdschicht vorhandenen Elemente dar. Silizium gilt als unerschöpflich. Um aus dem Quarzsand – natürlicher Ursprung von Silizium – eine Siliziumscheibe zu formen muss der Quarzsand zunächst gereinigt und kristallisiert werden. Das fertige Produkt wird im Anschluss in Scheiben gesägt, gezielt verunreinigt und mit Leiterbahnen versehen. Diese werden zum Stromtransport benötigt.
Fällt nun Licht auf die Siliziumscheibe, werden Elektronen freigesetzt. Um diese Elektronen nutzen zu können muss die Ober- und Unterseite einer jeden einzelnen Zelle mit unterschiedlichen Fremdatomen gezielt verunreinigt werden. Häufig kommen hier Bor (Br) und Phosphor (P) zum Einsatz. Dank der gezielten Verunreinigung der Zelle sammeln sich die Elektronen (negative Ladungsträger) auf der einen Seite und die Protonen (positive Ladungsträger) auf der anderen Seite. Auf diese Art und Weise entstehen ein Plus- und ein Minuspol, welcher mit einer Batterie vergleichbar ist. Wird im Nachgang ein Verbrauchsgerät angeschlossen fließt der Strom.
Die kleinen Zellen sind so funktional, dass sie sogar bei geringen Lichtstärken, wie sie beispielsweise bei schlechtem Wetter oder bewölktem Himmel auftreten, Strom erzeugen können. Jedoch ist die Stromstärke immer proportional zur einfallenden Lichtstärke. Analog bedeutet das:

Je höher die Sonneneinstrahlung, je mehr Solarstrom wird durch die Photovoltaikanlage produziert.

Unabhängig vom Lichteinfall oder der Sonneneinstrahlung verhält sich jedoch die Spannung der Solarzelle. Die Spannung einer Siliziumzelle liegt kontinuierlich bei 0,6 Volt. Abhängig von der Größe der Zelle ist jedoch die Stromstärke. Eine gängige Solarzelle mit einem Maß von 15 x 15 Zentimetern erzeugt im Durchschnitt etwa 5,5 Ampere Strom. Bei vollem Lichteinfall hat eine einzelne Zelle in etwa eine Leistung von 3,4 Watt.

Wie funktioniert das Modul einer Solaranlage?

Die Solarmodule einer Photovoltaikanlage wandeln Sonnenlicht in elektrische Energie um. Das Licht der Sonne verursacht beim Auftreffen auf die Solarzelle eine elektrische Spannung. Diese wird bereits an der Oberfläche abgenommen. In einem Solarmodul einer Photovoltaikanlage werden mehrere Solarzellen miteinander elektrisch verschachtelt. Die elektrische Spannung wird dabei in Reihenschaltung miteinander addiert. Jede einzelne Zelle besitzt etwa 0,6 Volt.
Ein gängiges Modul mit etwa 60 Zellen erzeugt auf diese Weise eine Modulspannung von etwa insgesamt 36 Volt. Am häufigsten werden Solarmodule aus kristallinem Silizium (Si) verwendet. Hochreines Silizium (Si), welches aus Quarzsand gewonnen wird, wird hierzu weiter verarbeitet.
Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls liegt zwischen 11 und 16 Prozent. Standardmäßig zum Einsatz auf Dachanlagen kommen beispielsweise Module aus kristallreinem Silizium (Si). Werden Dünnschichtmodule verwendet, fällt der Wirkungsgrad wesentlich geringer aus. Er liegt bei Dünnschichtmodulen höchsten bei 9 Prozent. Aufgrund ihrer extrem niedrigen Kosten eignen sich Dünnschichtmodule vor allem für den Betrieb von Großanlagen, bei welchen der Flächenverbrauch völlig zweitranig ist.

Funktionsweise der Stromspeicher für PV-Anlagen

Im Prinzip funktioniert ein PV-Stromspeicher genauso wie die Akkus einer Autobatterie. Beim Aufladen wandeln die Akkumulatoren des Stromspeichers die aus der Sonnenenergie gewonnene elektrische Energie in chemische Energie um. Wird nun Strom benötigt, verwandeln die Akkus die chemische Energie im Speicher zurück in elektrische Energie. Sind die Akkumulatoren entladen, können diese erneut aufgeladen werden. Die meisten Stromspeicher ermöglichen mehrere Tausend Ladezyklen.