Solarenergie einfach erklärt

Was ist Photovoltaik und wie funktioniert das eigentlich?

Photovoltaik einfach erklärt

Mit einer Photovoltaik-Anlage gewinnen Sie Strom direkt aus der Sonne. Doch wie funktioniert das eigentlich?

Photovoltaik (PV) wandelt Sonnenlicht in elektrischen Strom um und leitet sich aus den Wörtern "Photo" und "Volta" ab (griechisch "phos", "photos": Licht; Graf Volta, 1745 – 1827, italienischer Physiker).

Bereits im Jahr 1954 wurde die erste Solarzelle aus Silizium mit einem Wirkungsgrad von gerade mal 5 % entwickelt. Bis heute werden die meisten Solarzellen aus Silizium hergestellt und können Wirkungsgrade von deutlich über 20 % erreichen. 

Um die Funktionsweise einer Photovoltaik-Anlage zu verstehen, werfen wir einen genaueren Blick auf die Solarzelle.

Aufbau einer Solarzelle: Die Halbleitertechnologie

Wie der Name schon sagt, leiten Halbleiter den elektrischen Strom nur manchmal, zum Beispiel unter Einwirkung von Licht. Dieser Effekt wird insbesondere in Solarzellen genutzt. Hauptbestandteil einer Solarzelle ist das Halbleitermaterial Silizium.

Ein Blick auf den Aufbau einer Solarzelle zeigt, dass Siliziumatome (4 Außenelektronen) mit Phosphoratomen (5 Außenelektronen) verbunden sind, wodurch ein überschüssiges Außenelektron entsteht - im Fachjargon n-Dotierung genannt. Im Gegensatz dazu haben Boratome nur 3 Außenelektronen. Wenn sie sich mit Siliziumatomen verbinden, entsteht ein Platz für ein weiteres Elektron (p-Dotierung).

Zusammengefasst haben wir nun überschüssige Elektronen aus der Silizium-Phosphor-Schicht, die sich mit den Boratomen verbinden. Es bildet sich eine sogenannte Grenzschicht mit Boratomen, die nun 4 Elektronen besitzen. Die obere Schicht gibt also Elektronen ab und ist damit zunächst positiv geladen. Analog dazu nimmt die untere Schicht Elektronen auf und wird dadurch negativ geladen.

Aufbau einer Solarzelle

Wie Licht die Elektronen in Bewegung setzt und Strom erzeugt

Die überschüssigen Elektronen in den Boratomen werden durch das Licht in Bewegung gesetzt und herausgeschlagen. Durch die Anziehungskraft gelangen die negativ geladenen Elektronen in den positiv geladenen Bereich.

Zusätzlich sind die Solarzellen unten und oben mit einer metallischen Leiterbahn versehen. Dadurch können die Elektronen zum unteren, positiv geladenen Bereich geleitet werden. Der Stromkreis wird durch ein Kabel geschlossen und so kann der Gleichstrom abgeführt und weitergeleitet werden.

Welche Arten von Solarzellen gibt es?

Solarmodule werden aus mehreren Solarzellen zusammengeschaltet. Es gibt 5 verschiedene Typen. Die zwei wichtigsten werden hier kurz beschrieben:

Monokristalline Zellen

Dieser Zelltyp besteht aus reinem Silizium und ist gleichzeitig der effizienteste Zelltyp in der Photovoltaik. Die Herstellung ist sehr aufwendig, dafür aber auch sehr wirtschaftlich.

Polykristalline Zellen

Der große Unterschied zu monokristallinen Zellen besteht darin, dass sie aus vielen verschiedenen großen Siliziumkristallen bestehen. Die Herstellung ist wesentlich einfacher und kostengünstiger, der Wirkungsgrad jedoch deutlich geringer.

Dünnschicht-Solarzellen

Organische Solarzellen

PERC-Solarzellen

Aufbau eines Solarmoduls

Ein Solarmodul besteht aus mehreren Schichten. Ein Modulrahmen aus Aluminium sorgt dafür, dass alle Schichten miteinander verbunden sind. Auf der Unterseite des PV-Moduls befindet sich die Anschlussdose. Über diese werden die einzelnen Solarmodule miteinander verbunden.

Aufbau eines Solarpanels

Wie sieht ein Modul bei den Stadtwerken Gütersloh aus?

Wir setzen auf die wirtschaftlichste Technologie und verwenden in den meisten Fällen monokristalline Solarzellen mit Glas-Glas-Modulen ab 430 Watt

Standardmäßig mit Black Frame Modulen von Herstellern wie Jolywood, Jinko und Trina Vertex. 

Optional ist gegen einen geringen Aufpreis auch die bifaziale Doppelglasvariante "All Black" erhältlich. Diese ermöglichen einen höheren Ertrag bei gleicher Fläche und sorgen für mehr Ästhetik in komplett schwarz.

PV-Modul "all black"

Wir nutzen Komponenten hochwertiger Hersteller für Photovoltaik

Logo sungrow
Logo BYD
Logo Trina_Solar
Logo Jinko Solar

Was macht der Wechselrichter?

Der Wechselrichter ist das Herz einer Solarstromanlage. Er wandelt den erzeugten Gleichstrom in nutzbaren Haushaltsstrom um. 

Über den Wechselrichter wird die Anlage auch zentral gesteuert, überwacht und optimiert. Hier werden die Betriebsdaten erfasst, die Netzeinspeisung und Auswertungen ermöglicht. Wir von den Stadtwerken Gütersloh verbauen Spitzentechnologie von Herstellern wie Sungrow und Huawei. Natürlich hybrid und dreiphasig, damit ein Batteriespeicher einfach nachgerüstet werden kann.

Batteriespeicher für Photovoltaikanlagen

Um die erzeugte Energie der PV-Anlage optimal nutzen zu können, ist ein Batteriespeicher sinnvoll. Der Batteriespeicher speichert den nicht benötigten Solarstrom und kann ihn zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden. 

Anstatt den überschüssigen Strom gegen eine geringe Einspeisevergütung ins Netz einzuspeisen, kann mit einem Batteriespeicher die Eigenverbrauchsquote erhöht werden. Der Strom kann dann abgerufen werden, wenn er gebraucht wird – am späten Abend, wenn die Sonne nicht mehr scheint oder wenn das Elektroauto geladen werden muss. 

Wir setzen wir auf Lithium-Eisen-Phosphat-Technologie für maximale Sicherheit und lange Lebensdauer. Unsere Batteriespeicher sind mit den führenden 1- und 3-phasigen Wechselrichtern kompatibel. Derzeit verbauen wir Komplettsysteme von Sungrow & Huawei. Häufig kommen auch Speicher des Herstellers BYD zum Einsatz.

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