Die Sonne als Energiequelle, wer möchte sie nicht nutzen. Dabei spielt die Photovoltaik eine entscheidende Rolle. Ob Sie eine Solaranlage mit Speicher für Ihr Haus nutzen wollen oder nur ein Solarpanel zum Laden einer Powerstation verwenden – ohne Photovoltaik geht nichts. Aber was verbirgt sich hinter dem Begriff Photovoltaik?
Die Sonne als Energiequelle, wer möchte sie nicht nutzen. Dabei spielt die Photovoltaik eine entscheidende Rolle. Ob Sie eine Solaranlage mit Speicher für Ihr Haus nutzen wollen oder nur ein Solarpanel zum Laden einer Powerstation verwenden – ohne Photovoltaik geht nichts. Aber was verbirgt sich hinter dem Begriff Photovoltaik?
Was versteht man unter Photovoltaik?
Photovoltaik bezieht sich auf die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mithilfe von Solarzellen. Der Begriff setzt sich aus den griechischen Wörtern „phos“ (Licht) und „voltaikos“ (elektrisch) zusammen. Die Photovoltaiktechnologie nutzt den photoelektrischen Effekt, bei dem bestimmte Materialien, normalerweise Silizium, Elektronen freisetzen, wenn Photonen (Lichtteilchen) auf sie treffen. Diese freigesetzten Elektronen sammeln sich dann in einem elektrischen Stromkreislauf und lassen sich nutzen, um elektrische Energie zu erzeugen.
Wenn Sonnenlicht auf eine Solarzelle einer Solaranlage trifft, erzeugt es ein elektrisches Feld im Inneren des Halbleiters. Dieses Feld bewirkt, dass die Elektronen im Material angeregt werden und sich frei bewegen. Durch den internen Aufbau der Solarzelle werden die freien Elektronen in eine Richtung gezwungen, sodass ein Stromfluss entsteht. Diesen Gleichstrom wandelt dann ein Wechselrichter in den für den Haushaltsgebrauch üblichen Wechselstrom um. Wollen Sie den erzeugten Strom später nutzen, benötigen Sie eine Solaranlage mit Speicher.
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Wie funktioniert Photovoltaik?
Photovoltaik basiert auf dem sogenannten photovoltaischen Effekt. Dieser Effekt tritt auf, wenn Licht auf bestimmte Materialien, wie zum Beispiel Silizium, trifft. Für die Stromerzeugung nutzen Sie den photovoltaischen Effekt, um eine Photovoltaikanlage zu betreiben, sei es mit oder ohne Speicher. Er kann in folgende Schritte unterteilt werden:
- Absorption von Licht: Eine Photovoltaikzelle besteht aus einem Halbleitermaterial, in der Regel Silizium. Trifft Sonnenlicht auf die Solarzelle, werden die Photonen des Lichts absorbiert. Die Photonen geben dabei ihre Energie an Elektronen im Halbleitermaterial ab.
- Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren: Die absorbierte Energie bewirkt, dass Elektronen im Halbleitermaterial aus ihrer ursprünglichen Position herausgelöst werden. Dadurch entstehen Elektron-Loch-Paare, wobei ein Elektron und ein fehlendes Elektron (Loch) entstehen.
- Trennung von Elektronen und Löchern: Aufgrund des internen Aufbaus der Solarzelle trennen sich Elektronen und Löcher in verschiedene Bereiche des Halbleiters. Die Elektronen zieht es zur negativen Seite der Solarzelle, während die Löcher zur positiven Seite wandern.
- Erzeugung eines elektrischen Stroms: Durch die Trennung der Ladungen entsteht ein elektrisches Feld in der Solarzelle. Wenn ein externer Stromkreis geschlossen wird, fließen die Elektronen von der negativen zur positiven Seite der Solarzelle und erzeugen dabei einen Gleichstrom.
Die meisten Haushalte und das öffentliche Stromnetz verwenden Wechselstrom. Deshalb wird der erzeugte Gleichstrom mithilfe eines Wechselrichters der PV-Anlage in Wechselstrom umgewandelt. Diesen speisen Sie direkt in das Stromnetz ein oder nutzen ihn für den eigenen Verbrauch, beispielsweise für eine Wärmepumpe, die Sie so kostengünstig mit Photovoltaik betreiben. Wollen Sie den erzeugten Strom zu einem späteren Zeitpunkt nutzen, benötigen Sie eine Solaranlage mit Speicher.
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Was ist der Unterschied zwischen Solar und Photovoltaik?
Häufig wird synonym von Solar-Anlagen oder Photovoltaik-Anlagen gesprochen, da sich beide Bezeichnungen grob auf die Nutzung von Sonnenenergie beziehen. Es gibt aber einen entscheidenden Unterschied. Bei der Photovoltaik erzeugen Sie aus Sonne Energie in Form von Strom. Eine Solar-Anlage kann wiederum eine Solartherme sein, die ausschließlich Wärme beispielsweise für Heizungen oder Warmwasserspeicher erzeugt. Demzufolge unterscheiden sich beide Begriffe folgendermaßen:
- Solar – Der Begriff „Solar“ bezieht sich allgemein auf die Nutzung der Sonnenenergie, unabhängig von der spezifischen Technologie. Er wird für die Stromerzeugung durch photovoltaische Energie (Photovoltaik) ebenso verwendet wie für solare Wärmeenergie (Solarthermie). Für die Solarthermie werden in der Regel Röhrenkollektoren eingesetzt.
- Photovoltaik – Die Photovoltaik ist eine spezifische Technologie zur Umwandlung von Sonnenlicht in Strom mithilfe von Solarzellen oder Solarmodulen. Es handelt sich also um eine Unterkategorie der Solarenergie, die sich auf die photovoltaische Stromerzeugung konzentriert. Wollen Sie mit Photovoltaik ebenfalls Wärmeenergie erzeugen, benötigen Sie eine Wärmepumpe.
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Was ist eine Photovoltaikanlage?
Eine Photovoltaikanlage, auch PV-Anlage genannt, besteht aus verschiedenen Komponenten, die zusammenarbeiten, um Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln. Hier sind die Hauptbestandteile einer typischen Photovoltaikanlage:
- Photovoltaikmodule: Diese Module beinhalten Solarzellen, die Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandeln. Die Solarzellen bestehen in der Regel aus Silizium, einem Halbleitermaterial. Ein Modul fasst mehrere Solarzellen zusammen, um eine höhere Leistung zu erzielen.
- Wechselrichter: Eine PV-Anlage benötigt einen Wechselrichter, um den von den Photovoltaikmodulen erzeugten Gleichstrom (DC) in den für den Haushaltsgebrauch üblichen Wechselstrom (AC) umzuwandeln. Der Wechselrichter ist an das Stromnetz angeschlossen oder wird für den Eigenverbrauch genutzt.
- Zähler und Steuerung: Eine Photovoltaikanlage enthält oft auch einen Stromzähler, der den erzeugten Strom misst und Informationen über die Leistung der Anlage liefert. Mit einer Steuerungseinheit überwachen Sie den Betrieb der Anlage und stellen ihn optimal ein.
- Solaranlage mit Speicher: Energiespeichersysteme wie Batterien werden in Verbindung mit Photovoltaikanlagen eingesetzt, um den überschüssigen erzeugten Strom zu speichern und später zu nutzen, wenn die Sonneneinstrahlung geringer ist.
Was sind die Vorteile einer Photovoltaikanlage mit Speicher?
Photovoltaikanlagen sind eine umweltfreundliche und nachhaltige Energiequelle, da sie erneuerbare Energie aus Sonnenlicht erzeugen, ohne schädliche Emissionen zu verursachen. Sie tragen zur Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und zur Verringerung der Treibhausgasemissionen bei.
Mit einer Photovoltaikanlage erzeugen Sie Ihren eigenen Strom und verringern Ihre Abhängigkeit von externen Energieversorgern. Dadurch sparen Sie langfristig Kosten. Wenn Sie den gewonnenen Strom in ein öffentliches Stromnetz einspeisen, verdienen Sie mit der Photovoltaikanlage sogar Geld. Photovoltaikanlagen haben eine lange Lebensdauer und erfordern nur minimale Wartung. Dies macht sie zu einer langfristigen Investition in erneuerbare Energie. Sie denken über eine PV-Anlage nach? Dann erfahren Sie noch mehr über die „Vorteile einer Photovoltaikanlage“.
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