Wie funktioniert Photovoltaik?

Die Photovoltaik (PV) wandelt Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. In diesem Artikel erklären wir die grundlegenden Prinzipien, vom mikroskopischen Vorgang in der Solarzelle bis zur fertigen Anlage auf Ihrem Dach.

Der photoelektrische Effekt

Die Grundlage jeder Solarzelle ist der photoelektrische Effekt, der 1905 von Albert Einstein erklärt wurde (wofür er später den Nobelpreis erhielt).

So funktioniert es:

1. Lichtabsorption: Sonnenlicht besteht aus Photonen (Lichtteilchen). Wenn ein Photon auf die Siliziumoberfläche der Solarzelle trifft, gibt es seine Energie an ein Elektron ab.

2. Elektronenfreisetzung: Das energiereich gewordene Elektron löst sich aus seiner Bindung im Siliziumkristall und wird zum “freien” Elektron.

3. Ladungstrennung: Durch ein eingebautes elektrisches Feld (p-n-Übergang) werden die freigesetzten Elektronen von den zurückbleibenden “Löchern” getrennt.

4. Stromfluss: Wenn wir die Solarzelle an einen äußeren Stromkreis anschließen, fließen die Elektronen durch diesen Kreis - wir haben elektrischen Strom erzeugt!

Von der Zelle zum Modul

Eine einzelne Solarzelle liefert typischerweise etwa 0,5 Volt. Um nutzbare Spannungen zu erreichen, werden viele Zellen in Reihe geschaltet:

• Zellen → Strings: Mehrere Zellen werden in Reihe zu “Strings” verbunden
• Strings → Module: Mehrere Strings werden parallel geschaltet und bilden ein Modul
• Module → Anlage: Mehrere Module ergeben die komplette PV-Anlage

Komponenten einer PV-Anlage

Eine typische PV-Anlage besteht aus:

1. Solarmodule: Wandeln Licht in Gleichstrom um
2. Wechselrichter: Wandelt Gleichstrom in Wechselstrom (230V) um
3. Montagesystem: Befestigt die Module auf dem Dach
4. Verkabelung: Verbindet alle Komponenten
5. Zähler: Misst den erzeugten und eingespeisten Strom
6. Optional: Stromspeicher: Speichert überschüssigen Strom

Wirkungsgrad moderner Solarzellen

Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel der eingestrahlten Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird:

Zelltyp	Typischer Wirkungsgrad
Monokristallin	19-22%
Polykristallin	15-18%
Dünnschicht	10-13%
PERC	20-23%
HJT/TOPCon	21-24%

Fazit

Die Photovoltaik ist eine ausgereifte und zuverlässige Technologie zur Stromerzeugung. Moderne Module erreichen Wirkungsgrade von über 20% und haben eine Lebensdauer von mehr als 25 Jahren.

---

Weiterführende Artikel:

• Welche Modultypen gibt es?
• Wie funktioniert ein Wechselrichter?
• Was beeinflusst den Ertrag einer PV-Anlage?