Photovoltaik einfach erklärt: So funktioniert eine Photovoltaikanlage
Photovoltaik macht aus Sonnenlicht elektrischen Strom. Dafür nutzen Solarmodule sogenannte Solarzellen, die bei Sonneneinstrahlung Gleichstrom erzeugen. Ein Wechselrichter wandelt diesen anschließend in Wechselstrom um, sodass er im Haushalt genutzt werden kann.
Was passiert mit dem Solarstrom, wenn gerade niemand Strom verbraucht? Er kann in einem Batteriespeicher gespeichert oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
Doch wie funktioniert eine Photovoltaikanlage im Detail und welche Komponenten sind dafür notwendig? Dieser Ratgeber erklärt das Prinzip Schritt für Schritt und zeigt, worauf Hausbesitzer bei einer PV-Anlage achten sollten.
Was ist Photovoltaik?
Photovoltaik, kurz PV, bezeichnet die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom.
Das zentrale Element sind die Solarzellen innerhalb der Solarmodule. Sobald Sonnenlicht auf die Zellen trifft, entsteht elektrische Energie. Diese liegt zunächst als Gleichstrom vor.
Damit der Strom für Haushaltsgeräte verwendet werden kann, wird er durch einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt.
Eine typische Photovoltaikanlage besteht aus:
- Solarmodulen
- Wechselrichter
- Unterkonstruktion
- elektrischen Leitungen
- Stromzähler
- optional einem Batteriespeicher
- optional einem Energiemanagementsystem
Photovoltaik ist dabei nicht dasselbe wie Solarthermie. Eine PV-Anlage erzeugt Strom, während Solarthermie Sonnenenergie zur Wärmeerzeugung nutzt.
Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?
Das Grundprinzip lässt sich einfach zusammenfassen:
Sonnenlicht → Solarmodule → Gleichstrom → Wechselrichter → Wechselstrom → Haushalt
Überschüssiger Strom kann anschließend gespeichert oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
1. Sonnenlicht trifft auf die Solarmodule
Die Solarmodule befinden sich meistens auf dem Dach eines Hauses. Sie bestehen aus zahlreichen miteinander verbundenen Solarzellen.
Trifft Sonnenlicht auf die Solarzellen, wird elektrische Energie erzeugt. Dabei muss der Himmel nicht vollkommen wolkenlos sein. Auch bei bewölktem Wetter können Photovoltaikmodule Strom produzieren, allerdings mit einer geringeren Leistung.
Wie viel Energie tatsächlich entsteht, hängt unter anderem von Sonneneinstrahlung, Ausrichtung, Dachneigung und Verschattung ab.
2. Die Solarzellen erzeugen Gleichstrom
Die Solarzellen erzeugen zunächst Gleichstrom (DC).
Dieser Strom kann in dieser Form nicht direkt für die üblichen Haushaltsgeräte verwendet werden. Deshalb wird der erzeugte Strom über Kabel zum Wechselrichter geleitet.
3. Der Wechselrichter wandelt den Strom um
Der Wechselrichter gehört zu den wichtigsten Komponenten einer Photovoltaikanlage.
Er wandelt den Gleichstrom der Solarmodule in Wechselstrom (AC) um. Dieser kann anschließend im Haushalt genutzt werden.
Moderne Wechselrichter übernehmen je nach Modell zusätzliche Aufgaben. Sie können beispielsweise mit Batteriespeichern, Energiemanagementsystemen oder Monitoring-Lösungen verbunden werden.
Wie wird Solarstrom im Haushalt genutzt?
Der erzeugte Strom wird zunächst für den aktuellen Verbrauch im Haus verwendet.
Läuft beispielsweise tagsüber eine Waschmaschine, während die Photovoltaikanlage ausreichend Strom produziert, kann dieser Strom direkt für die Waschmaschine verwendet werden.
Dasselbe gilt beispielsweise für:
- Kühlschrank
- Geschirrspüler
- Beleuchtung
- Computer
- Fernseher
- Wärmepumpe
- Wallbox
Dieser Vorgang wird als Eigenverbrauch bezeichnet.
Je mehr Solarstrom direkt im eigenen Haushalt genutzt wird, desto weniger Strom muss zum jeweiligen Zeitpunkt aus dem öffentlichen Netz bezogen werden.
Was passiert mit überschüssigem Solarstrom?
Eine Photovoltaikanlage produziert nicht immer genau so viel Strom, wie gerade im Haus benötigt wird.
An einem sonnigen Mittag kann die Stromproduktion beispielsweise deutlich höher sein als der aktuelle Verbrauch.
Dann gibt es grundsätzlich zwei wichtige Möglichkeiten: Der überschüssige Strom kann in einem Batteriespeicher gespeichert oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
Für eingespeisten Strom kann unter bestimmten Voraussetzungen eine Vergütung nach den jeweils geltenden gesetzlichen Regelungen gezahlt werden. Die konkreten Bedingungen und Vergütungssätze können sich ändern und sollten deshalb zum Zeitpunkt der Anlagenplanung geprüft werden.
Was ist ein Stromspeicher?
Ein Batteriespeicher speichert überschüssigen Solarstrom für einen späteren Zeitpunkt.
Das ist besonders interessant, weil Photovoltaikanlagen tagsüber häufig viel Strom produzieren, während der Verbrauch in einem Haushalt teilweise morgens und abends höher ist.
Ein typisches Beispiel:
Mittag: Die PV-Anlage produziert mehr Strom als benötigt wird.
Nachmittag: Überschüssiger Strom wird gespeichert.
Abend: Der gespeicherte Solarstrom wird für Haushaltsgeräte genutzt.
Ein Speicher ist allerdings nicht zwingend notwendig. Eine Photovoltaikanlage kann auch ohne Batteriespeicher betrieben werden.
Was bedeutet kWp bei Photovoltaik?
Bei Photovoltaikanlagen wird die Leistung häufig in kWp angegeben. Die Abkürzung steht für Kilowattpeak.
Die Angabe beschreibt die Nennleistung einer PV-Anlage unter standardisierten Testbedingungen.
Eine Anlage mit 10 kWp hat beispielsweise eine höhere installierte Leistung als eine Anlage mit 5 kWp.
Wichtig ist jedoch: Eine 10-kWp-Anlage produziert nicht dauerhaft 10 kW.
Die tatsächliche Leistung verändert sich im Tagesverlauf. Morgens und abends ist die Sonneneinstrahlung normalerweise geringer als um die Mittagszeit. Auch Wolken und Verschattung können die Leistung reduzieren.
Welche Dachfläche braucht eine Photovoltaikanlage?
Wie viel Dachfläche benötigt wird, hängt von den verwendeten Modulen und der gewünschten Anlagenleistung ab.
Nach Angaben der Verbraucherzentrale werden für etwa 1 kWp Anlagenleistung ungefähr fünf bis sieben Quadratmeter Fläche benötigt.
Neben der verfügbaren Fläche sollte auch geprüft werden, ob Teile des Daches verschattet werden. Bäume, Schornsteine oder benachbarte Gebäude können den Solarertrag beeinflussen.
Deshalb sollte nicht nur die Größe des Daches betrachtet werden, sondern die tatsächlich sinnvoll nutzbare Fläche.
Muss das Dach nach Süden ausgerichtet sein?
Nein. Eine Photovoltaikanlage funktioniert nicht ausschließlich auf einem nach Süden ausgerichteten Dach.
Auch Ost- und Westdächer können für Photovoltaik interessant sein.
Bei einer Ost-West-Ausrichtung verteilt sich die Stromproduktion stärker über den Tagesverlauf. Das kann für Haushalte interessant sein, die morgens und am Nachmittag beziehungsweise Abend Strom verbrauchen.
Entscheidend sind deshalb mehrere Faktoren:
- Dachausrichtung
- Dachneigung
- Verschattung
- verfügbare Fläche
- Stromverbrauch
- gewünschte Anlagengröße
Funktioniert Photovoltaik im Winter?
Ja, Photovoltaik funktioniert auch im Winter.
Allerdings ist die Stromproduktion in den Wintermonaten normalerweise deutlich geringer als im Sommer. Dafür sorgen unter anderem kürzere Tage und eine geringere Sonneneinstrahlung.
Trotzdem können Solarmodule auch an kalten, sonnigen Wintertagen Strom erzeugen.
Für die Planung einer Photovoltaikanlage sollte deshalb nicht nur die Produktion eines einzelnen Tages betrachtet werden. Entscheidend ist vor allem der gesamte Jahresertrag.
Wie viel Strom erzeugt eine Photovoltaikanlage?
Eine pauschale Zahl lässt sich nicht für jede Anlage nennen.
Der tatsächliche Ertrag hängt unter anderem ab von:
- Standort
- Sonneneinstrahlung
- Ausrichtung
- Dachneigung
- Verschattung
- Modulen
- Wechselrichter
- Anlagenplanung
- Wetterbedingungen
Deshalb sollte eine konkrete Ertragsprognose immer auf das jeweilige Gebäude abgestimmt werden.
Die Angabe in kWp beschreibt die installierte Leistung, nicht automatisch den tatsächlichen Jahresertrag.
Lohnt sich eine Photovoltaikanlage?
Ob sich eine PV-Anlage wirtschaftlich lohnt, hängt von den individuellen Voraussetzungen ab.
Wichtige Faktoren sind beispielsweise:
- Anschaffungskosten
- Anlagengröße
- eigener Stromverbrauch
- Eigenverbrauch
- Einspeisung
- Strompreis
- Finanzierung
- mögliche Förderungen
- Kosten eines Batteriespeichers
Besonders interessant kann der Eigenverbrauch sein, weil selbst erzeugter Solarstrom direkt im Haushalt genutzt werden kann.
Eine pauschale Aussage wie „Photovoltaik lohnt sich immer“ wäre jedoch zu einfach. Eine Wirtschaftlichkeitsberechnung sollte die konkrete Situation des jeweiligen Hauses berücksichtigen.
Quellbild stromschlauer.de
Photovoltaik mit Wärmepumpe und Wallbox kombinieren
Eine PV-Anlage kann Teil eines größeren Energiesystems sein.
Besonders häufig wird sie mit einem Stromspeicher, einer Wärmepumpe oder einer Wallbox kombiniert.
Eine Wärmepumpe benötigt Strom und kann deshalb einen Teil des selbst erzeugten Solarstroms nutzen. Auch ein Elektroauto kann tagsüber mit überschüssigem Solarstrom geladen werden.
Ein Energiemanagementsystem kann dabei helfen, verschiedene Verbraucher besser auf die verfügbare Solarenergie abzustimmen.
Dadurch wird Photovoltaik nicht nur zur Stromerzeugung genutzt, sondern kann zum zentralen Bestandteil der Energieversorgung eines Hauses werden.
Die wichtigsten Fragen zur Photovoltaik
Erzeugt eine PV-Anlage nachts Strom?
Nein. Ohne Sonneneinstrahlung erzeugen die Solarmodule keinen Strom. Ein Batteriespeicher kann jedoch zuvor gespeicherte Energie nachts bereitstellen.
Funktioniert Photovoltaik bei Wolken?
Ja. Auch bei diffusem Licht können Solarmodule Strom erzeugen. Die Leistung ist bei starker Bewölkung allerdings normalerweise geringer.
Braucht eine PV-Anlage einen Speicher?
Nein. Ein Speicher ist optional. Überschüssiger Strom kann beispielsweise ins öffentliche Netz eingespeist werden.
Kann Photovoltaik ein Haus vollständig versorgen?
Eine PV-Anlage kann einen erheblichen Teil des Strombedarfs decken. Eine vollständige Unabhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz ist jedoch nicht automatisch gegeben.
Ist eine größere PV-Anlage immer besser?
Nicht unbedingt. Die optimale Größe hängt unter anderem von Dachfläche, Verbrauch, technischer Planung und wirtschaftlichen Zielen ab.
Photovoltaik verständlich zusammengefasst
Eine Photovoltaikanlage verwandelt Sonnenlicht in elektrischen Strom. Die Solarmodule erzeugen Gleichstrom, der Wechselrichter wandelt ihn in Wechselstrom um. Anschließend kann der Strom direkt im Haushalt genutzt, in einem Batteriespeicher gespeichert oder ins öffentliche Netz eingespeist werden.
Für die Planung kommt es nicht nur auf die Anzahl der Solarmodule an. Dachausrichtung, Verschattung, Stromverbrauch, Anlagengröße und mögliche Kombinationen mit Speicher, Wärmepumpe oder Wallbox spielen ebenfalls eine wichtige Rolle.
Wer diese Grundlagen versteht, kann Angebote besser vergleichen und die eigene Photovoltaikanlage gezielter planen.
