Photovoltaik nutzt die Sonneneinstrahlung, um Strom zu erzeugen. In diesem Ratgeber erfahren Sie, was Photovoltaik ist, wie eine Photovoltaikanlage aufgebaut ist und funktioniert und lesen zudem über die Vor- und Nachteile von Photovoltaik.
Und das ist der genaue Inhalt des Artikels:
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Was ist Photovoltaik - einfach erklärt?
Unter Photovoltaik versteht man das Verfahren der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Es werden Solarzellen verwendet, die durch den photoelektrischen Effekt Gleichstrom produzieren. Im privaten und gewerblichen Umfeld nutzt man Photovoltaikanlagen, um Solarstrom zu erzeugen.
Solare Strahlung kann neben Photovoltaik auch mithilfe von Solarthermie in Energie umgewandelt werden. Beide sind Teil von erneuerbaren Energien.
Was ist der Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie?
Der Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie besteht darin, dass die erste elektrische, während die zweite thermische Energie erzeugt. Eine Photovoltaikanlage wandelt die Solarenergie in Strom um. Eine Solarthermieanlage wiederum nimmt die Wärme der Sonnenstrahlung in einem Übertragungsmedium auf. Diese Wärmeenergie wird zur Warmwasserbereitung und/oder zur Unterstützung der Heizungsanlage genutzt.
Wie ist der Aufbau einer Photovoltaikanlage?
Eine Photovoltaikanlage besteht aus verschiedenen Bauteilen:
- Photovoltaikmodule: Es sind Platten, die entweder aus 60 (für Vollzellenmodulen) oder 120 Solarzellen (für Halbzellenmodule) bestehen.
- Eine Solarzelle ist wie das gesamte PV-Modul in Schichten aufgebaut. Der Hauptbestandteil ist Silizium, das aus Quarzsand gewonnen wird.
- PV-Unterkonstruktion: Sie dient zum dauerhaften und sicheren Verbindung der Solarmodule mit dem Dach
- Solarkabel: Sie verbinden die Photovoltaikmodule miteinander und mit anderen Komponenten wie dem Wechselrichter und leiten den in den Photovoltaikmodulen produzierten Gleichstrom weiter.
- Stromspeicher (optional): Sie ermöglichen, den selbst erzeugten Solarstrom für spätere Nutzung oder für die Nachtstunden zu speichern. Batteriespeicher bestehen aus Lithium-Ionen-Batterien und speichern den Solarstrom. Um den Solarstrom effizient zu nutzen, benötigen Sie einen Energy Meter.
- Energy Meter sind neuartige Energiezähler, die als digitale Stromzähler und Energiemanager funktionieren.
- Wechselrichter: Das Gerät wandelt Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom um. Dieser sorgt dafür, dass Sie den photovoltaischen Strom für Ihre Haushaltsgeräte nutzen können.
- Stromzähler: Stromzähler messen die erzeugten oder verbrauchten Strommengen. Photovoltaikanlagen haben zwei oder drei separate Stromzähler:
- Der Solarstromzähler misst den von der PV-Anlage erzeugten Strom;
- Der Einspeisezähler misst den ins öffentliche Netz eingespeisten Strom;
- Der Verbrauchszähler misst den Strom, der in Ihrem Haushalt verbraucht wird;
- Bei modernen Photovoltaik-Anlagen werden Verbrauchs- und Einspeisezähler oft zu einem Zweirichtungszähler zusammengefasst.
- Energiemanagementsystem: Es ist eine Kontroll- und Steuereinheit. Es ist dafür verantwortlich, die erzeugte Strommenge im Blick zu behalten und die Energieflüsse zu steuern.
Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?
Eine Photovoltaikanlage wandelt Licht in elektrische Energie um. Das Sonnenlicht regt die Elektronen in den Solarzellen an und erzeugt Gleichstrom. Anschließend wandelt der Wechselrichter diesen in Wechselstrom um. Ein Energiemanagementsystem entscheidet, ob der Strom verbraucht oder ins Netz eingespeist wird. Stromzähler erfassen die verbrauchte oder ins Netz eingespeiste Menge.
Damit Photovoltaikmodule Strom erzeugen können, muss eine Siliziumschicht positiv und die andere negativ sein. In der positiven Schicht befindet sich Phosphor und in der negativen Schicht Bor. Diese Elektronenbewegung erzeugt elektrischen Strom. Jede Schicht hat einen Metallkontakt, durch den der Strom fließt. Der photovoltaische Strom kann entweder gleich verbraucht oder optional in einem Batteriespeicher für die spätere Verwendung gespeichert werden.
Was sind die Vor- und Nachteile von Photovoltaik?
Eine Photovoltaikanlage hat viele Vorteile und nur wenige Nachteile. Diese sind:
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| Nutzung einer kostenlosen und erneuerbaren Energiequelle | hohe Investitionskosten |
| emissionsfreie Stromerzeugung | Stromerzeugung abhängig vom Wetter |
| unabhängige Energieversorgung | geringe Stromerzeugung im Winter |
| wartungsarm | PV-Anlagen verlieren mit der Zeit an Leistung |
| Lebensdauer von über 20 Jahren | |
| Solarstrom kann zum Eigenverbrauch genutzt und/oder mittels Einspeisevergütung verkauft werden | |
| Stromspeicher erlaubt Stromverbrauch nachts | |
| Fördermittel verfügbar |
Was kostet eine Photovoltaikanlage?
Im Durchschnitt liegen die Kosten für eine Photovoltaikanlage bei 1.500 bis 2.500 € pro kWp. Ergänzen Sie ein Batteriespeichersystem hinzu, steigen die Kosten um circa 1.000 € pro kWh Speicherkapazität.
| Variable | kleines Dach | mittleres Dach | großes Dach |
|---|---|---|---|
| Dachfläche | 40 qm | 60 qm | 120 qm |
| Höchstleistung | 5 kWp | 7 kWp | 14 kWp |
| Kosten PV-Anlage ohne Stromspeicher | 7.500 - 12.500 € | 10.500 - 17.500 € | 21.000 - 35.000 € |
| Speicherkapazität | 3 kWh | 4 kWh | 9 kWh |
| Kosten PV-Anlage mit Stromspeicher | 10.500 - 15.500 € | 14.500 - 21.500 € | 30.000 - 44.000 € |
Der Preis für eine Photovoltaik-Anlage hängt von vielen Faktoren ab. Beispielsweise beeinflussen die Systemgröße, die Leistung der Solarmodule, die Montageart, der Standort und zusätzliche Komponenten wie Montagesysteme die Kosten. Die anfänglichen Investitionskosten lassen sich anhand von Förderungen reduzieren.
Welche Förderungen für Photovoltaik gibt es?
Die Nutzung von Photovoltaik wird in Deutschland bezuschusst. Sofern Sie Ihre PV-Anlage an das öffentliche Netz anschließen, können Sie über Ihre Hausbank einen zinsgünstigen KfW-Kredit. Auch können Sie von der Einspeisevergütung Gebrauch machen. Für die Überschusseinspeisung erhalten Sie von Ihrem Stromversorger 5,8 bis 8,2 Cent pro kWh und für die Volleinspeisung 10,9 bis 13,0 Cent pro kWh. Weitere Förderungen werden von den jeweiligen Ländern und Kommunen gestellt.
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