Wie funktioniert Photovoltaik? Das Photovoltaik-Prinzip einfach erklärt

Eine Photovoltaikanlage wirkt für Hausbesitzer nahezu magisch: Sobald es hell ist, wird eigener Solarstrom produziert, der direkt genutzt, gespeichert oder ins Stromnetz eingespeist werden kann. Dadurch wird man unabhängiger von Energiekonzernen, spart langfristig Kosten und schont die Umwelt.

Doch wie genau funktioniert Photovoltaik? Das schauen wir uns in diesem Artikel genauer an.

Wie funktioniert Photovoltaik? Einfach erklärt

Photovoltaik wandelt Licht in Strom um. Das funktioniert so:

1. Licht trifft auf ein Solarpanel und löst dort den photoelektrischen Effekt aus.
2. In der Solarzelle werden Elektronen freigesetzt, die als Gleichstrom zum Wechselrichter weitergeleitet werden.
3. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom zu nutzbarem Wechselstrom um.

Zur Veranschaulichung der Photovoltaik-Funktion sehen wir im Schaubild den Aufbau einer Solarzelle. Die drei mittleren Schichten bestehen aus Silizium. Dieses Material gibt Elektronen frei, wenn es von den Sonnenstrahlen „berührt“ wird. Dieser Elektronenfluss erzeugt Elektrizität, die letztendlich im Haushalt genutzt werden kann.

In den folgenden Abschnitten schauen wir uns die Funktionsweise der wichtigen Photovoltaik-Komponenten an. Dazu gehören:

• Solarpanels
• Wechselrichter
• Stromzähler
• Stromspeicher
• E-Auto-Ladestation (Wallbox)
• Energiemanager
• Montagekomponenten

Welche Funktion hat das Solarpanel?

Im Solarpanel (Solarmodul) findet der photoelektrische Effekt statt, mit dem Licht zu Gleichstrom umgewandelt wird. Es besteht durchschnittlich aus 60 einzelnen Solarzellen und sechs Materialschichten. Bei einem Glas-Glas-Modul von Enpal sind die Solarzellen beispielsweise von zwei Kunststoff- und Glasschichten umgeben. Durch die beidseitige Glasschicht ist das Panel „bifazial“, kann also von beiden Seiten Licht einfangen und somit mehr Strom produzieren .

Alle Schichten werden von einem Aluminiumrahmen zusammengehalten. Insgesamt sorgt dieser Aufbau dafür, dass das Solarmodul vor äußeren Einwirkungen geschützt ist, über 25 Jahre funktionsfähig bleibt und einen möglichst hohen Photovoltaik-Ertrag liefert.‍

Welche Funktion hat der Wechselrichter?

Der Wechselrichter wandelt vor allem den von den Solarmodulen kommenden Gleichstrom in Wechselstrom um und macht ihn dadurch im Haushalt nutzbar. Falls die Anlage einen Stromspeicher hat, wandelt der Wechselrichter den Strom auch vor oder nach der Speicherung um. Daher wird er oft als das Herz der Solaranlage bezeichnet.

Neben der Umwandlung des Gleichstroms hat der Wechselrichter auch noch zwei andere Hauptaufgaben:

1. Leistungsmaximierung: Basierend auf der vorhandenen Stromstärke und Spannung hat jedes Modul einen Punkt, an dem die Leistung des Moduls maximal ist – der Maximum Power Point (MPP). Der Enpal Wechselrichter hat drei MPPT (Maximum Power Point Tracker), um dafür zu sorgen, dass die PV-Anlage konstant im MPP bleibt. Das heißt, dass die verschiedenen Modulanordnungen auf dem Hausdach optimal funktionieren und möglichst viel Strom produzieren.
2. PV-Anlage überwachen: Der Wechselrichter misst konstant die aktuellen Leistungsdaten der PV-Anlage, sodass Störungen und Probleme schnell identifiziert werden können. Über den Wechselrichter kann eine Solaranlage auch „abgeschaltet“ werden.

Welche Funktion hat der Stromzähler?

Ein Stromzähler zählt, wie viel Strom von der PV-Anlage erzeugt wird, wie viel davon selbst verbraucht wird und wie viel ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird.

Am besten eignen sich dafür sogenannte „Smart Meter”. Diese intelligenten Messsysteme (iMSys) messen den Stromverbrauch im 15-Minuten-Takt und senden die genauen Verbrauchsdaten an den Stromanbieter. So ermöglichen sie es Hausbesitzern, den eigenen Stromverbrauch zu optimieren und dadurch die Stromkosten zu senken. Außerdem helfen sie dabei, das Stromnetz auf erneuerbare Energien umzustellen.

Gut zu wissen: Bis 2032 sollen intelligente Messsysteme der Standard werden und in Deutschland flächendeckend genutzt werden. Daher verbaut Infravoltaic als Messstellenbetreiber standardmäßig bei jeder gebauten Anlage ein intelligentes Messsystem.

Welche Funktion hat der Stromspeicher?

Stromspeicher speichern den tagsüber produzierten Strom, falls er nicht direkt genutzt wird. Wenn man eine Solaranlage mit Speicher hat, kann man den Solarstrom also zeitunabhängig nutzen.

Bei Infravoltaic PV-Anlagen steuert der Energiemanager Enpal.One den Stromfluss im Haushalt so, dass die Stromkosten möglichst gering sind. Gleichzeitig profitieren Haushalte von der Direktvermarktung. Dabei wird der eingespeiste Solarstrom nicht einfach blind ins Netz eingespeist, sondern genau dann, wenn Strom im Netz gebraucht wird. Dadurch werden die täglichen Schwankungen der Strompreise genutzt und der Gewinn maximiert. Damit sind die Erlöse deutlich höher als mit der staatlichen Einspeisevergütung.

Welche Funktion hat die Wallbox?

Eine Wallbox ist eine E-Auto-Ladestation, durch die das Elektroauto direkt mit dem günstigen Solarstrom vom eigenen Dach geladen werden kann. Die Kombination aus Wallbox und Photovoltaik lohnt sich besonders, weil dadurch die Tankkosten extrem gesenkt werden können. Das zeigt der Vergleich:

Welche Funktion hat der Energiemanager?

Der Energiemanager steuert die komplette Energielösung intelligent aus. Bei Infravoltaic ist das der Energiemanager Enpal.One. Er ist sozusagen das Gehirn des Systems, das mit allen Komponenten verbunden ist und dafür sorgt, dass die Energiekosten möglichst gering sind, indem immer der günstigste Strom verwendet wird. Gleichzeitig sorgt er auch dafür, dass Strom genau dann eingespeist wird, wenn damit an der Strombörse besonders viel Geld verdient werden kann.

Welche Montagekomponenten hat eine PV-Anlage?

Natürlich gehört zu einer PV-Anlage auch das Montagegestell und die Verkabelung. Denn die Solarmodule können nicht einfach lose auf das Hausdach gelegt werden. Sie werden mit Dachhaken an den Dachsparren befestigt und verkabelt. Der in den Solarpanels erzeugte Strom wird dann über diese Verkabelung ins Hausinnere zum Wechselrichter geleitet. Mehr dazu auch hier: Photovoltaik Montage

Funktioniert eine PV-Anlage auch bei einem Stromausfall?

Im Normalfall produziert eine PV-Anlage während eines Stromausfalls keinen Strom mehr. Das liegt daran, dass der Wechselrichter Strom aus dem öffentlichen Netz benötigt, um den von der PV-Anlage erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Ohne diese Umwandlung ist der erzeugte Solarstrom im Haushalt nicht nutzbar. Daher geht die PV-Anlage so lange in den Standby-Modus, bis der Wechselrichter wieder Strom aus dem öffentlichen Netz empfängt.

Bei Infravoltaic ist das anders. Wir haben die Notstromlösung Infravoltaic EnergyProtect entwickelt, mit dem die Photovoltaikanlage auch bei einem Stromausfall weiter problemlos funktioniert.