Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?

Was genau ist eine Photovoltaikanlage und wie funktioniert sie?

Im Zusammenhang mit Themen wie Klimawandel, Energiewende und erneuerbaren Energien fällt mit Sicherheit immer auch das Stichwort Solaranlage. Meist wird der Begriff pauschal benutzt. Allerdings muss man grundsätzlich zwischen zwei verschiedenen Systemen unterscheiden, und zwar Photovoltaik und Solarthermie. Solarthermieanlagen gewinnen aus Sonnenlicht nutzbare Wärme, während Photovoltaikanlagen elektrischen Strom erzeugen. Der folgende Beitrag beschäftigt sich mit der Funktion und den erforderlichen Komponenten eine PV-Anlage.

Die grundsätzliche Funktionsweise einer Photovoltaikanlage

Eine PV-Anlage hat die Fähigkeit, aus Sonnenlicht direkt elektrischen Strom zu gewinnen. Die erforderlichen Module dafür werden bei einer privaten Nutzung normalerweise auf dem Hausdach installiert. Eine zusätzliche Montage ist aber auch auf Carports und Terrassenüberdachungen möglich.

Die Solarmodule sind das Herzstück der PV-Anlage. Jedes einzelne Element besteht aus einer Vielzahl zusammengeschalteter Solarzellen, in denen die Energie der Sonneneinstrahlung in Gleichstrom umgewandelt wird. Anschließend wird dieser mittels eines Wechselrichters zu Wechselstrom transformiert, der für den Betrieb von Haushaltsgeräten aller Art benötigt wird.

Der erzeugte Strom kann für den Eigenbedarf genutzt oder in das Stromnetz des zuständigen Versorgers eingespeist werden. Mit passenden Batterien lässt sich die Energie aber auch für späteren Gebrauch speichern – etwa in der Nacht oder bei schlechten Wetterverhältnissen, wenn die Photovoltaikanlage keinen Strom liefern kann.

Weitere Komponenten für den optimalen Betrieb

Für einen reibungslosen Betrieb werden neben Solarmodulen und Wechselrichter die passende Anschlusstechnik und Verkabelung sowie ein Zähler benötigt. Moderne Anlagen sind heute zusätzlich mit einem intelligenten Energiemanagement ausgestattet und sorgen im Zusammenspiel mit Batteriespeichern für eine optimale Nutzung.

Die Solarmodule sollten qualitativ hochwertig sein, denn ihnen kommt die zentrale Aufgabe bei der Stromerzeugung auf dem eigenen Dach zu. Bei der großen Auswahl an Wechselrichtern auf dem Markt, empfiehlt sich eine fachlich professionelle Beratung, um das richtige Aggregat für die Anlagengröße und geplanten Solarmodule zu finden.

Die Anschlusselektrik und die Verkabelung sollten qualitativ mithalten können, damit die Energieübertragung zwischen Solarmodulen und Wechselrichter ohne Probleme funktioniert.

Batteriespeicher sind im Vergleich zu früheren Zeiten mittlerweile technisch so ausgereift und auch erschwinglich, dass die Anschaffung auf jeden Fall Sinn macht. Dadurch kann der selbst gewonnene Strom genau dann genutzt werden, wenn er am meisten benötigt wird. Das ist in einem normalen Haushalt in der Regel in den Abendstunden und an Wochenenden der Fall.

Wird die PV-Anlage nachträglich errichtet, muss auf eine robuste und stabile Unterkonstruktion geachtet werden. Denn sie soll nicht nur die Module sicher tragen, sondern auch der zusätzlichen Belastung durch Witterungseinflüsse wie Schnee, Wind und Regen gewachsen sein.

Alle Komponenten einer PV-Anlage noch einmal im Überblick:

• Solarmodule
• Wechselrichter
• Verkabelung
• Anschlusstechnik
• Batteriespeicher
• Energiemanagementsystem
• Unterkonstruktion

Lohnt sich eine PV-Anlage für jedes Haus und jeden Haushalt?

Nicht jedes Hausdach ist gleich gut für eine Photovoltaikanlage geeignet. Deshalb ist eine ausführliche Planung und eine Prüfung der vorliegenden Gegebenheiten erforderlich. Dabei müssen Parameter wie die Dachausrichtung und -neigung, mögliche Verschattungen durch Bäume oder Nachbargebäude sowie die Statik und Größe der Dachfläche berücksichtigt werden.

Die Solarzellen in den Modulen sind zwar sehr empfindlich und können auch bei schwachem Lichteinfall oder bewölktem Himmel Energie erzeugen. Eine optimale Ausbeute gibt es jedoch nur mit der richtigen Ausrichtung und Neigung der Dachfläche. Eine Ausrichtung nach Süden und eine Neigung in einem Winkel zwischen 20° und 30° liefern die besten Ergebnisse. Mit einem entsprechenden Untergestell kann die Neigung auch auf einem Flachdach erreicht werden.

Ob eine Photovoltaikanlage sich lohnt, hängt aber auch stark von der Nutzungsweise ab. Früher konnten Hausbesitzer mit der Einspeisung von selbsterzeugtem Strom ins öffentliche Netz gute Erträge erwirtschaften und die Investitionskosten in relativ kurzer Zeit ausgleichen. Heute ist die Förderung deutlich geringer. Wirklich lohnenswert ist das Kraftwerk auf dem eigenen Dach nur noch, wenn die Energie selbst verbraucht wird.

Mehrere Entwicklungen sorgen dafür, dass eine PV-Anlage sich weiterhin rentiert. Zum einen gehören dazu die erwähnten Batteriespeicher, die eine jederzeitige Nutzung des Stroms erlauben. Sie waren in den Anfängen der Photovoltaik technisch noch nicht ausgereift und überdies sehr teuer. Zum anderen ist der Trend zur Elektromobilität nicht mehr aufzuhalten. Fahrzeuge mit Verbrennermotoren werden in den kommenden Jahren Platz für elektrisch betriebene Autos machen müssen. Mit der passenden “Tankstelle” zu Hause, einer so genannten Wallbox, lässt sich der selbsterzeugte Strom hervorragend zum Aufladen nutzen. Für Besitzer einer PV-Anlage und eines oder mehrerer Elektromobile ergeben sich dadurch deutliche Einsparungen.

Eine dritte Möglichkeit ist die Mitgliedschaft in einer Stromcloud. Überschüssiger Strom wird in diese Cloud eingespeist und gutgeschrieben. Bei leeren Speichern im eigenen Haus kann die Energie jederzeit aus dem Guthaben abgerufen werden, ohne dass Extrakosten entstehen.