Die Funktionsweise einer Photovoltaikanlage
Die Photovoltaikanlage hat sich längst durchgesetzt. Umweltgedanken, aber auch finanzielle Aspekte, insbesondere angekurbelt durch die Einspeisevergütung für photovoltaisch erzeugten Strom, sorgen dafür, dass immer mehr Menschen sich für eine PV Anlage auf dem eigenen Dach entscheiden.
Hauptaufgabe der Anlagen ist es, Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln. Dafür sind gewisse Bestandteile bei jeder Photovoltaikanlage zu finden. Diese sind:
- Solarzellen, die zu Solarmodulen zusammengeschlossen werden
- Wechselrichter, mit dem der erzeugte Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt wird
- Zählerkasten, mit dessen Hilfe ermittelt wird, wie viel photovoltaischer Strom selbst verbraucht oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird
Photovoltaik Funktionsweise im Detail
Die Funktionsweise der Photovoltaik erklärt das Wort an für sich. Ein „Lichteffekt“ führt zu einem Stromfluss, den man sich nützlich macht. Im Detail funktionieren zwar alle Bauformen variabel, eines haben sie gemeinsam: Das natürliche Licht regt im atomaren Maßstab ein Teilchen an. Unter einer Spannung werden diese „Teilchen-Ströme“ an Elektroden gesammelt. Hier entsteht der elektrisch nutzbare Strom in Form einer Gleichspannung.
Mehrere hintereinander, in Reihe, geschaltete Zellen erhöhen die Spannung ähnlich einer Reihe von Batterien, die ebenfalls die Spannung erhöhen. Mehrere Zellen in einem Rahmen werden zu Solarmodulen zusammengefügt. Mithilfe dieser Module, die neben dem Rahmen auch das Schutzglas gegen Witterung aufnimmt, können größere Flächen in konstruktiver Weise belegt und mit Modulen ausgestattet werden.
Die Summe der Module liefern den Strom an den Wechselrichter. Dieser formt aus dem Gleichstrom, dem im europäischen Netz üblichen Wechselstrom mit 50Hz. Dies muss absolut synchron zum Netz erfolgen. Aus diesem Grund besitzen Wechselrichter auch eine Eigenüberwachung, die dem Netzbetreiber garantiert, dass sein Netz und die Strom-Lieferung nach dem Frequenzumformer sich gegenseitig unterstützen. Nur so kann der gewonnene Strom auch genutzt werden. Vor und nach dem Wechselrichter sitzen Sicherungen. Diese dienen dem kontrollierten Abschalten der Spannung. Nur so ist der Personenschutz im Wartungs- und oder Ereignisfall gewährleistet. Die Sicherungen erhalten noch idealerweise eine Fernauslösung. Im Brandfall kann so die Feuerwehr die Spannungsquelle abschalten.
Parallel zur Netzeinspeisung erfolgt über einen Laderegler die Versorgung des Eigennetzes. Das Eigennetz beinhaltet für gewöhnlich die Summe der eigenen Verbraucher und eine oder mehrere Batterien, die den aktuell nicht benötigten Strom speichern. Beide Einspeisungen erfolgen über Zähler aufgrund der unterschiedlichen Vergütung.
Kleine Unterschiede:
Sogenannte Dünnschichtmodule nutzen in den Zellen chemische Potentiale, die entsprechend zueinander verschoben sind. Dickschichtmodule sind große flache Halbleiter, die, wie bereits beschrieben, angeregt durch das Licht (Photonen) sogenannte freie Ladungsträger erzeugen, die mit Hilfe einer intern gerichteten Spannung gemeinsam geführt werden. Somit entsteht ein nutzbarer Strom.
