Wie funktioniert Photovoltaik? Wichtige Grundlagen

Photovoltaik Grundlagen: Die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom

Die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom findet in den Solarzellen statt, die zu sogenannten Modulen verbunden sind. Photovoltaik-Anlagen werden in der Regel auf Dächern oder großen Freiflächen installiert, finden derzeit aber auch Einzug in z.B. vertikalen Gebäudefassaden. Die Erzeugung hängt dabei von mehreren Faktoren ab:

• von der Größe der Anlage (Anzahl und Leistung der PV-Module),
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• von der Sonneneinstrahlung und
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• von der Ausrichtung und Neigung der Module.

Photovoltaik-Anlagen werden nicht zuletzt aufgrund der steigenden Strompreise immer populärer. Zudem gilt Solarenergie als besonders nachhaltig und entspricht somit absolut dem Zeitgeist.

Wie man Solarthermie und Photovoltaik kombinieren kann, erfährst du im Beitrag über thermische Solaranlagen.

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Kilowatt-Peak: Leistungskennzahl von Photovoltaik-Anlagen

Prinzipiell gilt: Große Energiemengen brauchen große Photovoltaik-Anlagen. Doch wie viel kWp werden für ein Einfamilienhaus benötigt? Um einen Vier-Personen-Haushalt in einem Einfamilienhaus mit ausreichend Strom zu versorgen, sollte die Solaranlage zwischen 5 und 10 kWp groß sein. Die Faustregel besagt, dass es bei modernen Anlagen für 1 kWp Leistung etwa drei Solarmodule braucht. Unsere Module haben genauer gesagt 0,4 kWp. Somit kommen 15 bis 30 Solarpaneele auf das Dach, die dafür benötigte Fläche beträgt 25 bis 60 Quadratmeter.

Hinweis: Neben Solarmodulen sind auch Wechselrichter wesentlich, um aus Sonnenenergie Strom zu gewinnen. Denn der von der PV-Anlage erzeugte Gleichstrom wird von den Wechselrichtern in tatsächlich nutzbaren Netzstrom umgewandelt. So kannst du das Beste aus deiner Solaranlage herausholen. Alle Informationen zu Funktion und Arten findest du in unserem Artikel über Wechselrichter - Das Gehirn jeder Photovoltaik-Anlage.

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Was passiert mit überschüssigem Strom?

Du kannst überschüssigen Strom ins lokale Netz einspeisen und erhältst dafür eine Vergütung. Zudem gibt es eine Speichermöglichkeit: eine Solarbatterie. Doch lohnt sich die Anschaffung eines solchen Energiespeichers? Das gilt es abzuwägen. Fest steht, dass ohne Speicher der ungenutzte Teil des erzeugten Solarstroms ins Netz eingespeist wird. Dafür erhältst du eine Vergütung, die die Wirtschaftlichkeit deiner PV-Anlage erhöht. Zudem verhindert ein gefüllter Energiespeicher im Falle eines Stromausfalls im Dunkeln zu tappen – vorausgesetzt du hast dafür vorgesorgt. Denn dazu wird eine besondere Einrichtung benötigt, die bei einem Stromausfall die Batterieversorgung starten kann.

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Wie richte ich meine Photovoltaik am besten aus?

Eine Ausrichtung der Module in südliche Richtung ist selbstverständlich der Idealfall, da hier die Sonneneinstrahlung am höchsten ist. Die Ausrichtung wird durch den Azimutwinkel beschrieben, der angibt, wie stark die Abweichung zur optimalen Südausrichtung ist. Bei einer exakten Südausrichtung würde der Winkel also 0° betragen. Daraus ergibt sich, dass bei vollständiger Ausrichtung nach Osten ein Azimut von 90° und bei einer nach Westen einer von -90° vorherrschen würde.

Wenn dein Haus keine Südausrichtung hat, ist das jedoch kein Grund zur Sorge. Denn eine Solaranlage, die mit 45 Grad Abweichung zur Südausrichtung (sprich Südwest oder Südost) angebracht wird, erzielt immer noch 95 % des möglichen Ertrags. Hast du ein Flachdach, kann eine Ost-West-Ausrichtung sogar optimal sein, denn so kann die Dachfläche besser ausgenutzt werden. Erstaunlich: Am Flachdach kann auf diese Weise sogar bis zu 40 % mehr Strom erzeugt werden als mit gen Süden ausgerichteten Modulen.

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Die Vor- und Nachteile der Photovoltaik-Anlage

Wie alles im Leben haben auch Photovoltaik-Anlagen ihre Sonnen- sowie Schattenseiten. Welche genau das sind, sehen wir uns jetzt an.

Vorteile

• CO₂-freier, grüner Strom: Ökologische Motive sind ganz klar gute Gründe für den Einsatz von Solarenergie. Wer auf Strom aus Photovoltaik-Anlagen setzt, leistet einen positiven Beitrag zur Energiewende und wirkt der Klimaerwärmung entgegen.
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• Eigene Stromerzeugung: Private Solaranlagen am Dach entlasten die Stromnetze, da ein großer Teil des selbst erzeugten Stroms an Ort und Stelle verbraucht wird.
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• Geringere Stromkosten und Einspeisevergütung: Wer seinen Strom selbst erzeugt, benötigt weniger Strom vom Stromlieferanten und spart schon alleine deshalb einiges an Geld. Erzeugst du mehr Strom als du verbrauchen kannst, speist du den überschüssigen Strom ins Netz ein und erhältst dafür eine Vergütung.
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• Langlebigkeit: Mit einer Photovoltaik-Anlage hast du einen Begleiter fürs Leben. Eine Lebensdauer von bis zu 30 Jahren ist keine Seltenheit. Immerhin hat eine solche Solaranlage kaum bewegliche Teile und verschleißt daher nur in einem sehr eingeschränkten Rahmen. Auch die Wartungsintensität ist überschaubar.

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Limitierungen

• Deine Stromerzeugung schwankt: Es liegt auf der Hand – die gewonnene Strommenge schwankt je nach Tages- und Jahreszeit beträchtlich. Während du in den Monaten April bis August fast den gesamten Strombedarf mit Photovoltaik decken kannst, ist es in den Wintermonaten nur ein kleinerer Teil.
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• Hohe Anschaffungskosten: Photovoltaik-Anlagen bedeuten in der Regel eine hohe Anfangsinvestition und je nachdem kann es zwischen 10 und 20 Jahre dauern, bis sich die Kosten rechnen.
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• Leistung lässt nach: Bei aller Nachhaltigkeit – auch die neuesten Technologien altern mit der Zeit. Üblicherweise kann man mit rund 90 % Leistung nach zehn Jahren und rund 80 % Leistung nach 20 Jahren rechnen.

Alle Wege zu deiner Photovoltaik-Anlage führen bei uns über den Online Planer.

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Was unterscheidet Photovoltaik von Solarthermie?

Was ist der Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie? Schließlich handelt es sich doch um technische Anlagen, die Sonnenlicht sammeln? So weit, so richtig. Der Überbegriff Solaranlage bezeichnet sowohl Photovoltaik- als auch Solarthermieanlagen.

Während erstere Sonnenlicht in Energie umwandeln und somit elektrische Geräte bedienbar machen, sind letztere dazu da, mittels Sonnenlicht Wärme zu erzeugen.

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Kann man mit einer Photovoltaik-Anlage heizen?

Ja, ein Heizen mit Solarenergie ist möglich, wenn damit eine Elektroheizung gespeist wird. Konkret bedeutet das, dass du den Strom deiner Photovoltaik-Anlage nutzen kannst, um damit eine Wärmepumpe zu betreiben. Diese speist deine Fußbodenheizung, oder versorgt elektrische Heizkörper mit Solarstrom. Heizungen auf Strombasis benötigen allerdings sehr viel Strom, weshalb deine Photovoltaik-Anlage groß genug dimensioniert werden sollte. Falls du hier Fragen hast, beraten wir dich natürlich gerne.

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Fazit

Wer auf Energie aus Photovoltaik setzt, leistet einen Beitrag zur Energiewende.
Denn Photovoltaik ist eine echte Zukunftstechnologie, die schon heute zur Verfügung steht:

• Photovoltaik ist technisch ausgereift.
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• Photovoltaik ist wirtschaftlich und hilft ganz praktisch, Energiekosten zu sparen.
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• Photovoltaik spielt perfekt mit anderen Technologien wie Batterie-Speicher, Wärmepumpe oder Wallbox in deinem Haus zusammen.
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• Photovoltaik ist sicher und zuverlässig.