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Was ist Photovoltaik?

Photovoltaik ist der Prozess, durch den Sonnenstrahlung in elektrischen Strom umgewandelt wird. Der Begriff „Photovoltaik“ setzt sich aus zwei Teilen zusammen: „Photon“ (das Lichtteilchen) und „Volt“ (die Maßeinheit für Spannung). Das Prinzip basiert auf der Nutzung des photoelektrischen Effekts, der 1839 von dem Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt wurde.

In Photovoltaikanlagen werden Solarzellen verwendet, um diese Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie zu realisieren. Eine Solarzelle besteht aus Halbleitermaterialien, die vor allem aus Silizium bestehen. Diese Materialien haben die Fähigkeit, die Energie des Sonnenlichts aufzunehmen und sie in elektrischen Strom umzuwandeln.

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Wie funktioniert Photovoltaik im Detail?

1. Lichtabsorption: Wenn Sonnenlicht (bestehend aus Photonen) auf eine Solarzelle trifft, wird die Energie der Photonen auf die Elektronen im Halbleitermaterial übertragen. Durch diese Energieaufnahme werden Elektronen angeregt und beginnen sich zu bewegen. Das führt dazu, dass freie Elektronen im Material entstehen.
2. Elektronentransfer: In der Solarzelle gibt es eine spezielle Struktur, die aus zwei Schichten besteht: einer positiv geladenen Schicht (p-Schicht) und einer negativ geladenen Schicht (n-Schicht). Diese Schichten erzeugen ein elektrisches Feld, das die frei gewordenen Elektronen in eine bestimmte Richtung lenkt. Dadurch entsteht eine elektrische Spannung.
3. Erzeugung von Strom: Die Elektronen, die durch das elektrische Feld bewegt werden, erzeugen einen elektrischen Strom. Dieser Strom wird in Form von Gleichstrom (DC) erzeugt, da die Elektronen in eine Richtung fließen.
4. Wechselrichter: Der erzeugte Gleichstrom (DC) ist jedoch nicht direkt für den Gebrauch in Haushalten oder für das Einspeisen ins Stromnetz geeignet, da der Haushaltsstrom in der Regel Wechselstrom (AC) ist. Deshalb wird der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt, indem ein Wechselrichter eingesetzt wird. Der Wechselrichter sorgt dafür, dass der erzeugte Strom in die gängige Form von Elektrizität überführt wird.
5. Nutzung des erzeugten Stroms: Der gewonnene Wechselstrom kann dann entweder direkt vor Ort im Gebäude verwendet werden, indem er die elektrischen Geräte mit Energie versorgt, oder in das Stromnetz eingespeist werden. Beim Einspeisen in das Stromnetz wird der erzeugte Strom von den Energieversorgern genutzt, und der Betreiber der Photovoltaikanlage erhält häufig eine Einspeisevergütung.

Komponenten einer Photovoltaikanlage

Eine typische Photovoltaikanlage besteht aus mehreren Hauptkomponenten:

• Solarzellen: Diese sind die Basis der gesamten Photovoltaikanlage und bestehen in der Regel aus Silizium, das Sonnenlicht in Elektrizität umwandelt.
• Wechselrichter: Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom, der von den Solarzellen erzeugt wird, in Wechselstrom um, der im Haushalt oder ins Netz eingespeist werden kann.
• Montagesystem: Um die Solarzellen auf dem Dach oder auf Freiflächen zu installieren, werden spezielle Montagesysteme benötigt. Diese Systeme stellen sicher, dass die Zellen richtig ausgerichtet sind und der optimalen Sonnenstrahlung ausgesetzt sind.
• Verkabelung und Speicher: Photovoltaikanlagen benötigen Verkabelungen, um den Strom zu transportieren. Wenn eine Batteriespeicheranlage integriert ist, wird der überschüssige Strom gespeichert und kann später genutzt werden, wenn die Sonne nicht scheint.

Vorteile der Photovoltaik

1. Erneuerbare Energiequelle: Solarenergie ist nahezu unerschöpflich und steht uns jederzeit zur Verfügung – vor allem in sonnenreichen Regionen.
2. Umweltfreundlich: Photovoltaik erzeugt keine schädlichen Emissionen und trägt somit erheblich zur Reduktion von Treibhausgasen und zur Bekämpfung des Klimawandels bei.
3. Geringe Betriebskosten: Nach der Installation fallen geringe Betriebskosten an. Solarmodule haben eine lange Lebensdauer von bis zu 25 Jahren oder mehr.
4. Energieunabhängigkeit: Durch eine eigene Photovoltaikanlage können Haushalte und Unternehmen ihre eigene Energie erzeugen und damit ihre Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen oder Stromversorgern verringern.
5. Fördermöglichkeiten: In vielen Ländern gibt es Förderprogramme, Subventionen oder steuerliche Anreize, die den Erwerb und die Installation von Solaranlagen erleichtern.

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Nachteile der Photovoltaik

1. Wetterabhängigkeit: Die Leistung einer Photovoltaikanlage ist wetterabhängig und variiert je nach Jahreszeit und Witterung. An bewölkten Tagen oder in den Wintermonaten ist die Energieerzeugung geringer.
2. Hohe Anfangsinvestition: Die Anschaffung und Installation von Photovoltaikanlagen kann zunächst teuer sein. Doch die Kosten sinken kontinuierlich, und die langfristigen Einsparungen durch geringere Stromrechnungen sowie mögliche Förderungen machen die Investition in den meisten Fällen rentabel.

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Photovoltaikanlage – Aufbau & Technik

Eine Photovoltaikanlage wandelt Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um und besteht aus mehreren wichtigen Komponenten und Technologien, die zusammenarbeiten, um eine effiziente und nachhaltige Stromproduktion zu gewährleisten. Bei der Planung und Installation einer solchen Anlage müssen zahlreiche Faktoren berücksichtigt werden, darunter der Standort, die Ausrichtung und die verwendeten Komponenten. Im Folgenden werden diese Aspekte im Detail beschrieben.

Standort und Ausrichtung (inkl. Ost-West-Anlage)

Der Standort und die Ausrichtung einer Photovoltaikanlage spielen eine zentrale Rolle bei der Effizienz der Energieerzeugung. Ideal sind Anlagen, die in südlicher Richtung ausgerichtet sind, um den größten Teil des Tages Sonnenlicht zu erhalten. In Regionen mit wenig Sonnenschein oder einer geringen Anzahl an Sonnenstunden im Winter können auch Ost-West-Ausrichtungen von Vorteil sein. Diese bieten eine gleichmäßigere Energieproduktion über den Tag verteilt, obwohl die Erträge pro Jahr im Vergleich zu einer Südausrichtung etwas geringer ausfallen können.

MPP-Tracker & Solartracker

• MPP-Tracker (Maximum Power Point Tracker): Dieser Tracker optimiert die Leistung der PV-Anlage, indem er den „Maximum Power Point“ (MPP) ermittelt. Der MPP ist der Punkt, an dem die Solarzellen die maximale Energie erzeugen, und der MPP-Tracker sorgt dafür, dass dieser Punkt auch bei wechselnden Lichtverhältnissen kontinuierlich erreicht wird.
• Solartracker: Ein Solartracker ist eine Vorrichtung, die die Solarzellen oder -module automatisch so ausrichtet, dass sie immer direkt auf die Sonne ausgerichtet sind. Diese Technologie maximiert die Energieproduktion, ist jedoch aufgrund der zusätzlichen Kosten und des höheren Wartungsaufwands in der Praxis eher bei großen Anlagen wie Solarparks üblich.

Photovoltaik-Finanzierung

Die Finanzierung einer Photovoltaikanlage kann auf verschiedene Weise erfolgen. Es gibt verschiedene Förderprogramme, Subventionen und Steuervergünstigungen, die von der Regierung oder lokalen Behörden angeboten werden. Zudem bieten viele Banken spezielle Kredite für die Installation von Photovoltaikanlagen an, um die Anfangsinvestition zu decken. In einigen Fällen können die Kosten durch die Einspeisevergütung und langfristige Einsparungen bei den Stromkosten ausgeglichen werden.

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Arten von PV-Anlagen & Einsatzbereiche

Photovoltaikanlagen gibt es in verschiedenen Ausführungen, die für unterschiedliche Bedürfnisse und Anwendungen geeignet sind:

• Schrägdach- und Flachdach-Photovoltaik: Diese beiden Varianten sind die gängigsten Arten von PV-Anlagen. Schrägdächer bieten oft den Vorteil, dass die Module auf die optimale Ausrichtung geneigt werden können. Flachdächer bieten mehr Flexibilität bei der Platzierung der Module, können jedoch eine spezielle Befestigungstechnologie erfordern.
• Indach-Photovoltaik & Solardachziegel: Bei Indach-Photovoltaikanlagen werden die Solarmodule direkt in das Dach integriert, sodass keine zusätzliche Montage auf dem Dach notwendig ist. Solardachziegel sind eine Form der Indach-Photovoltaik, bei der die Solarmodule als Dachziegel selbst verwendet werden, was eine besonders ästhetische und platzsparende Lösung darstellt.

Solaranlagen für Carports, Fassaden & Balkone

Solaranlagen können auch in ungewöhnlichen Bereichen installiert werden, wie etwa auf Carports, an Fassaden von Gebäuden oder auf Balkonen. Diese Systeme nutzen ungenutzte Flächen, um Strom zu erzeugen und können insbesondere in städtischen Gebieten von Vorteil sein, in denen die Dachflächen begrenzt sind. Carports mit integrierten Solarpanelen bieten zusätzlich einen praktischen Vorteil, da sie auch Autos vor Witterungseinflüssen schützen.

Agrar-PV, Solarparks & Freiflächenanlagen

Agrar-Photovoltaik kombiniert die Stromproduktion aus Solarenergie mit landwirtschaftlicher Nutzung. Auf landwirtschaftlichen Flächen installierte Solaranlagen können beispielsweise über Feldern installiert werden, ohne die Nutzung der landwirtschaftlichen Fläche zu beeinträchtigen. Solarparks und Freiflächenanlagen sind große, weitläufige PV-Anlagen, die oft in ländlichen Gebieten installiert werden, um große Mengen an Strom zu erzeugen.

Inselanlagen für Gartenhäuser & Wohnmobile

Inselanlagen sind autarke Photovoltaikanlagen, die nicht mit dem Stromnetz verbunden sind. Sie werden in Anwendungen wie Gartenhäusern, Wochenendhäusern oder Wohnmobilen verwendet, wo eine Netzversorgung nicht praktikabel oder nicht erforderlich ist. Diese Anlagen bestehen oft aus Solarmodulen, einem Akku zur Speicherung des erzeugten Stroms und einem Wechselrichter.

Installationsprozess & Genehmigungen

Die Installation einer Photovoltaikanlage erfordert eine sorgfältige Planung und oft auch Genehmigungen. Der Prozess umfasst die Wahl des richtigen Anbieters, die Auswahl des geeigneten Montagesystems und die genaue Berechnung der benötigten Modulanzahl. In vielen Ländern ist eine Genehmigung für die Installation erforderlich, insbesondere wenn die Solaranlage ans Stromnetz angeschlossen wird. Dies kann den Antrag bei lokalen Behörden sowie die Einhaltung von Bauvorschriften umfassen.

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Anmeldung der PV-Anlage & Marktstammdatenregister

Nach der Installation muss eine Photovoltaikanlage bei der zuständigen Behörde oder dem Netzbetreiber angemeldet werden. In Deutschland erfolgt dies über das Marktstammdatenregister, wo alle Stromerzeugungsanlagen registriert werden müssen, um die Einspeisevergütung zu erhalten und die gesetzlich vorgeschriebenen Steuerregelungen zu erfüllen.

Photovoltaik-Angebote & Solarteur finden

Die Auswahl eines qualifizierten Solarteuers oder Anbieters ist entscheidend für den Erfolg einer Photovoltaikanlage. Ein Solarteur kann nicht nur die Installation vornehmen, sondern auch Beratung in Bezug auf Förderungen und Finanzierungsmöglichkeiten bieten. Angebote von verschiedenen Anbietern können helfen, die beste Lösung in Bezug auf Preis-Leistungs-Verhältnis und Qualität zu finden.

Fazit

Photovoltaik ist eine der vielversprechendsten Technologien, um saubere Energie aus Sonnenlicht zu gewinnen. Sie ist umweltfreundlich, wirtschaftlich und in der Lage, einen wichtigen Beitrag zur Energieversorgung der Zukunft zu leisten. Die Nutzung von Solarenergie bietet nicht nur ökologischen Nutzen, sondern auch langfristige Einsparungen und eine Unabhängigkeit von traditionellen Stromquellen. Durch fortschreitende Forschung und Entwicklung wird Photovoltaik voraussichtlich eine noch größere Rolle in der globalen Energiewende spielen.