Wie funktioniert Photovoltaik eigentlich?

Bestandteile

Solarstromanlagen (Photovoltaikanlagen) ermöglichen es, Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umzuwandeln. Diese Umwandlung erfolgt durch den sogenannten photovoltaischen Effekt, gemeint ist die Wechselwirkung zwischen einstrahlendem Sonnenlicht und mit Fremdelementen verunreinigten (dotiertem) Halbleitermaterial der Solarzelle. Hierbei kommt es zur Freisetzung von elektrischen Ladungsträgern, welche mittels metallischer Kontakte abgeführt werden. Netztauglicher Wechselstrom lässt sich durch einen Wechselrichter aus dem vorher erzeugten Gleichstrom umwandeln. Der wichtigste Teil eines Solargenerator ist die Solar- oder Photovoltaikzelle. Diese bestehen aus reinem Silizium, bei einer durchschnittlichen Kantenlänge von 10 bis 20 Zentimetern. Mehrere Solarzellen werden zu einer elektrischen Einheit zusammengefasst, das sogenannte Solarmodul. Diese haben eine durchschnittliche Leistung von ca. 170 bis 265 Wp (p = peak, englisch für Spitze).

Leistung

Mittlerweile erreichen gängige Solarzellen Wirkungsgrade von bis zu 20 %, wobei die PV-Industrie durch permanente Forschungsarbeit und Weiterentwicklung ihrer Fertigungsprozesse immer höhere Leistungsklassen erreicht. Der Wirkungsgrad von poly- und monokristalliner Solarmodule beträgt in der Regel zwischen 12 und 17 %. Bis zu 265 Wp pro Quadratmeter Generatorfläche können so durch sehr leistungsstarke Solarmodule erzielt werden.

Ausrichtung

Mit einer nach Süden ausgerichteten Solaranlage, bei einem Anstellwinkel von 20° bis 35°, wird der optimale Stromertrag erwirtschaftet. Der zu erwartende Ertrag verringert sich bei Anlagen mit geringerem oder höherem Anstellwinkel oder bei einer Ausrichtung nach Osten oder Westen auf nur bis zu 20 %. Durch diese relativ geringe Ertragsminderung lohnen sich also auch Anlagen, welche beispielsweise aufgrund einer abweichenden Dachlage nicht optimal ausgerichtet werden können.
Ca. 800 bis 1050 kWh je kWp Sonnenstrom werden auf Dächern mit Südausrichtung in Deutschland erzeugt.