Wie funktioniert Photovoltaik?

Eine Solarstromanlage (Photovoltaikanlage) ermöglicht es, Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umzuwandeln. Diese Umwandlung erfolgt durch den sogenannten photovoltaischen Effekt, sprich die Wechselwirkung zwischen einstrahlendem Sonnenlicht und dotiertem (mit Fremdelementen verunreinigten) Halbleitermaterial der Solarzelle. Dabei kommt es zur Freisetzung von elektrischen Ladungsträgern, die mittels metallischer Kontakte abgeführt werden. Der so erzeugte Gleichstrom lässt sich durch einen nachgeschalteten Wechselrichter in netztauglichen Wechselstrom transformieren (umwandeln). Das Herzstück eines Solargenerators ist die Solar- oder Photovoltaikzelle. Sie bestehen aus hochreinem Silizium und haben eine durchschnittliche Kantenlänge von 10 – 20 cm. Mehrere Solarzellen werden zu einer elektrischen Einheit zusammengefasst, das sogenannte Solarmodul. Handelsübliche Solarmodule haben eine Leistung zwischen ca. 170 und 265 Wp (p = peak, Spitze).

Gängige Solarzellen erreichen mittlerweile Wirkungsgrade von bis zu 20 %, wobei die PV-Industrie durch permanente Forschungsarbeit und Weiterentwicklung ihrer Fertigungsprozesse immer höhere Leistungsklassen erreicht. Der Wirkungsgrad poly- und monokristalliner Solarmodule beträgt in der Regel zwischen 12 und 17 %. So können beim Einsatz von sehr leistungsstarken Solarmodulen bis zu 265 Wp pro Quadratmeter Generatorfläche erzielt werden.

Der optimale Stromertrag wird mit einer nach Süden ausgerichteten Solaranlage erwirtschaftet, mit einem Anstellwinkel zwischen 20° und 35°. Bei Anlagen mit geringerem bzw. höherem Anstellwinkel oder einer Ausrichtung nach Osten oder Westen verringert sich der zu erwartende Ertrag nur bis zu 20 %. Durch diese relativ geringe Ertragsminderung lohnen sich also auch Anlagen, welche beispielsweise aufgrund einer abweichenden Dachlage nicht optimal ausgerichtet werden können.

In Deutschland werden auf Dächern mit Südausrichtung ca. 800 – 1050 kWh je kWp* Sonnenstrom erzeugt.
Das Schöne daran: Sonnenstrom ist hundertprozentig „sauber“ und entlastet unsere Umwelt mit etwa einer halben Tonne Kohlendioxyd pro kWp-Generatorleistung im Jahr.

* kWp = Kilowatt peak = Spitzenleistung

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