Wie funktioniert Photovoltaik?

Die Photovoltaik nutzt die natürliche Energie der Sonne, des Mittelpunkts unseres Universums, dessen Energie allen kostenfrei zur Verfügung steht. Die klimafreundliche Technologie ermöglicht es, sich weitgehend unabhängig von den Preisrunden der Energieversorger zu machen. Den aus der Sonnenenergie erzeugten Strom kann man entweder selbst nutzen oder in das Stromnetz einspeisen. Sonnenstrom ist zudem umweltfreundlich in der Erzeugung – und die Energiequelle steht fast unendlich lange zur Verfügung. Aus diesen Gründen ist die Photovoltaik wieder in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt und kann ihre Vorteile nun voll ausspielen. Im Folgenden erfahren Sie, wie die Photovoltaik funktioniert, was die Vor- und Nachteile der Technologie ist und was es im Speziellen zu beachten gilt.

Wie erzeugt Sonnenlicht Strom?

Die Technologie, aus Sonnenlicht Strom zu gewinnen, basiert auf dem sogenannten photovoltaischen oder photoelektrischen Effekt. Da sich die Sonnenstrahlung am besten auf Dächern einfangen lässt, spielt sie sich in der Regel dort ab. Ob eine kleine Solaranlage auf dem Einfamilienhaus oder eine Industrieanlage – die Photovoltaikanlage funktioniert im Prinzip immer gleich: Das Sonnenlicht fällt auf die Solarzellen, die daraus Gleichstrom erzeugen. Die Halbleiterwerkstoffe in den Solarzellen, die in der Regel aus Silizium bestehen, regen Elektronen an. Diese bewegen sich in der Folge generieren durch die Bewegungsenergie Strom.

Die einzelnen Solarzellen – der wesentliche Bestandteil einer Photovoltaikanlage – sind zu größeren Solarmodulen verschaltet, die wiederum zum Solargenerator zusammengeschaltet sind. Den erzeugten Gleichstrom wandelt der Wechselrichter zu Wechselstrom um. Der Energiemanager speist diesen dann über Stromkabel direkt ins öffentliche oder privat genutzte Stromnetz. Bei der Einspeisung ins öffentliche Stromnetz sorgt ein Zähler für eine korrekte Abrechnung.

Das Nieder- oder Mittelspannungsnetz, in das die gewonnene Energie eingespeist wird, bildet dann den Energiespeicher. Einspeisung und Verbrauch verlaufen in der Regel im eigenen Haus nicht synchron. Regionen ohne Netzanbindung nutzen sogenannte Inselsysteme mit einem Energiespeicher in Form einer Batterie.

Es gilt: Je mehr die Sonne scheint, desto mehr Solarstrom kann erzeugt werden.

Vorteile einer Photovoltaik

Photovoltaikanlagen arbeiten geräuschlos, sind wartungsarm und haben eine Lebensdauer von mehr als 20 Jahren.

Energie

Abgesehen davon, dass Sonnenenergie frei verfügbar ist, produzieren Photovoltaikanlagen selbst bei wenig Sonneneinstrahlung Strom. Sie ermöglichen zudem eine von großen Stromanbietern unabhängige Stromversorgung. Dass der Großteil des Stroms dort verbraucht wird, wo er auch erzeugt wird, entlastet die Stromnetze und sorgt tendenziell dafür, dass weniger Hochspannungsleitungen für den Stromtransport errichtet werden müssen. Den produzierten Strom kann man mittels Solarspeicher ebenfalls nachts und/oder bei schlechtem Wetter nutzen. Ein Elektro-Automobil lässt sich ebenfalls gut mit einer Photovoltaikanlage kombinieren.

Umwelt

Umweltfreundlicher Strom verdrängt Atom- oder Kohlestrom, denn für jede Kilowattstunde Sonnenstrom wird dieselbe Menge konventionell erzeugte Energie weniger erzeugt. Das beschleunigt die Energiewende und ist somit auch ein aktives Handeln gegen die Klimaerwärmung. Photovoltaikanlagen laufen CO²-emissionsfrei, was den Verbrauch von fossilen Brennstoffen (Öl und Gas) reduziert.

Außerdem entfallen Transportwege für fossile und regenerative (Holz) Brennstoffe bei einer Photovoltaikanlage. Der zur Stromproduktion nötige Energieaufwand und die von der Solaranlage produzierte Energie amortisieren sich nach ein paar Jahren.

Investition

Durch die staatlichen Zuschüsse und mögliche Kredite, dauert es nicht allzu lange, bis sich die Investition in eine Photovoltaikanlage amortisiert. Außerdem wird überschüssiger Strom durch die Photovoltaik Einspeisevergütung subventioniert und die laufenden Kosten gestalten sich ziemlich überschaubar. Die Anschaffungskosten zahlen sich durch diese Faktoren bald wieder aus – wobei die tatsächliche Dauer natürlich von den individuellen Gegebenheiten abhängt. Langfristig gesehen steht auch der umweltfreundliche Aspekt zubuche, der uns allen zugutekommt.

Nachteile einer Photovoltaikanlage

Wo Licht ist, da gibt es auch Schatten, und das gilt im wahrsten Sinne des Wortes auch für die Photovoltaik – auch wenn insgesamt die Vorteile überwiegen. Der Wechselrichter nimmt dabei eine entscheidende Rolle ein. Die Meinungen zu seiner Lebensdauer gehen weit auseinander, aber realistisch ist davon auszugehen, dass er mindestens einmal ausgetauscht werden muss. Das kann nach zehn, 15 oder 20 Jahren notwendig sein.

Energie

Die Leistung einer Photovoltaikanlage ist ortsabhängig, daher gilt: Je südlicher sich die Anlage befindet, desto mehr Strom wird produziert. Solarmodule funktionieren ohne Sonneneinstrahlung nicht. Herrscht dauerhaft schlechtes Wetter, ist man also doch nicht mehr so unabhängig von anderweitig erzeugtem Strom, wie es unter Umständen gewünscht war.

Umwelt

Auch wenn die Umweltfreundlichkeit des durch eine Photovoltaikanlage hergestellten Stroms immer wieder in den Vordergrund gerückt wird, braucht die Produktion einer solchen Anlage einen relativ hohen Energieaufwand.

Investition

Die Anfangsinvestition in eine Photovoltaikanlage fällt vergleichsweise hoch, wobei die Solarmodule zwei Drittel der Investitionshöhe ausmachen. Zwar ist die Sonne eine unversiegbare und dazu kostenlose Quelle. Allerdings ist die Gewinnung des Solarstroms mitnichten kostenlos. Auch wenn Photovoltaikanlagen in den vergangenen Jahren erheblich günstiger geworden sind, muss man eine hohe vierstellige Summe für die Technik sowie die Installation investieren. Es kann mehr als zehn Jahre dauern, bis sich der Preis amortisiert hat. Daher sollte man sich vor der Entscheidung für eine Photovoltaik-Anlage exakte Informationen einholen und Experten zu Rate ziehen, die wahrheitsgetreu über Vor- und Nachteile informieren.