Cleanthinking.de
Sauber in die Zukunft

Werbung

Photovoltaikanlage: Vorteile und Nachteile von Photovoltaikanlagen

2 1.360

Die weltweite Energiewende basiert neben Windkraftanlagen maßgeblich auf dem Einsatz von Photovoltaikanlagen. Überall werden Solarmodule und Wechselrichter genutzt, um aus Sonnenstrahlen bzw. Licht in elektrischen Strom zu wandeln. Eine Solaranlag wird dabei meist auf Freiflächen oder auf Dachflächen installiert. Dieser Photovoltaik-Ratgeber benennt die Vorteile und Nachteile einer Photovoltaikanlage – konzentriert sich dabei aber auf den Kauf und die Installation heutiger PV-Anlagen im deutschsprachigen Raum.

Definition: Was ist Photovoltaik?

Als Photovoltaik wird die Wandlung von Energie aus Sonnenlicht in elektrische Energie bezeichnet. Diese Wandlung durch Nutzung sogenannter Solarzellen. Seit 1958 haben monokristalline Solarzellen signifikant zum Erfolg der Raumfahrt beigetragen. Heute gibt es unterschiedliche Typen von Solarzellen, insbesondere polykristalline Solarzellen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die Photovoltaik-Technologie soll entscheidend zur globalen Energieversorgung der Zukunft und somit zur Energiewende mit Erneuerbarer Energien beitragen.

Wie funktionieren Solarzellen eigentlich?

Wie in der Definition zu Photovoltaik beschrieben, erzeugt eine Photovoltaikanlage elektrischen Strom aus Sonnenenergie bzw. wandelt die Sonneneinstrahlung in Gleichstrom um. Heute gibt es mehrere unterschiedliche Arten von Solarmodulen – die Wichtigsten basieren auf monokristallinen und polykristallinen Solarzellen. Wichtig ist diese Unterscheidung, weil damit unterschiedliche Spezifika verbunden sind.

Prof. Volker Quaschning, HTW Berlin, erklärt die Funktionsweise einer Solarzelle.

Eine Photovoltaikanlage besteht insbesondere aus zwei Komponenten: Den Solarmodulen einerseits und dem Wechselrichter andererseits. Die Solarmodule wiederum bestehen aus einer Vielzahl von Solarzellen, weil eine Zelle alleine nur relativ wenig Strom erzeugt. Typischerweise besteht ein Solarmodul aus 60 solchen Zellen. Die Solarzelle ist für die Umsetzung des photovoltaischen Effekts zuständig.

Sobald Lichtstrahlen (= Photonen) auf die Solarzellen treffen, wird Solarenergie produziert. Dazu setzen die angesprochenen Photonen der Sonnenstrahlen in den Schichten der Solarzelle Elektronen frei, die als Gleichstrom durch die Kabel fließen. Der so erzeugte Gleichstrom geht daraufhin in den Wechselrichter, um ihn in haushaltsüblichen Wechselstrom zu wandeln.

Monokristalline Solarzellen

Während monokristalline Zellen auch bei diffusem Licht, also wenn die Sonne oberhalb der Wolken scheint und das Sonnenlicht nicht direkt auf die Solarzellen trifft, heutzutage immer bessere Ergebnisse liefern, sind sie anfällig für hohe Temperaturen. In Deutschland bedeutet das: Ab Juni wird es auf einem typischen deutschen Hausdach zu heiß, so dass der Ertrag der monokristallinen Solarmodule stark nachlässt.

Polykristalline Solarzellen

Polykristalline Zellen sind wegen ihrer quadratischen Form auffallend. Sie sind weniger ertragreich in diffusem Licht, dafür aber wenig temperaturempfindlich bei heißen Temperaturen. Je näher die Photovoltaikanlage am Äquator platziert wird, umso wahrscheinlicher ist also der Einsatz polykristalliner Solarzellen.

Eine kristalline Solarzelle besteht aus drei Halbleiter-Schichten – genauer aus der n-Schicht (negativ geladene äußere Schicht), der p-Schicht (positiv geladenene äußere Schicht) und der dazwischen liegenden Grenzschicht.

Die oberste, negativ geladene Halbleiter-Schicht wird durch das Einbringen von Fremdatomen wie beispielsweise Bor oder Phosphor leitfähig gemacht. In dieser Schicht sind die einzelnen Atome gesättigt – dadurch befinden sich freie Elektronen darin. Als Halbleiter-Material wird zumeist Silizium eingesetzt, daher spricht man auch von der Silizium-Schicht.

Die untere Silizium-Schicht hingegen, die mit Bor-Atomen angereichert ist, enthält zu wenige Elektronen.

In der Grenzschicht wiederum sind gesättigte Silizium-Atome. Über diese wandern die überschüssigen Elektronen der n-Schicht in die p-Schicht, um sich an die überschüssigen Bor-Atome anzudocken. Durch diese Bewegungen bildet sich ein elektrisches Feld innerhalb der Solarzelle. Es wird auch als p-n-Übergang bezeichnet.

Der photovoltaische Effekt

Fällt nun Licht auf die Solarzelle, werden durch den beschriebenen Effekt Elektronen frei, die sich durch das elektrische Feld im p-n-Übergang bewegen und hierdurch elektrische Spannung generieren. Genau diese Gewinnung elektrischer Spannung wird als photovoltaischer Effekt bezeichnet. Konkret werden an der Ober- und der Unterseite der Solarzelle Metallkontakte gesetzt – diese sind gewöhnlich aus Aluminium oder Silber – und miteinander über ein Kabel verbunden. Sie leiten die Elektronen ab und bringen sie über das Kabel zum Fließen – ein elektrischer Stromkreis entsteht.

Photovoltaikanlage im Quartier - Mieterstrom mit Solarimo
Photovoltaikanlage im Quartier (Quelle: Solarimo / Pixabay)

Photovoltaikanlage: Funktion auf Dach, Freifläche, Floating Solar

Eine Photovoltaikanlage ist heute an vielen unterschiedlichen Stellen sinnvoll einsetzbar. Ganz klassisch wird die Dachfläche von Einfamilienhäusern für Photovoltaikanlagen genutzt. Auch Freiflächen-Solaranlagen sind oft zu sehen, wenn man mit dem Auto oder der Bahn durch Deutschland reist.

Relativ neu sind sogenannte „Floating Solar“-Konzepte, bei denen die Vorteile einer Platzierung von Photovoltaik auf dem Meer genutzt werden. Solche Konzepte werden zunehmend populärer, um den Platzbedarf an Land zu reduzieren.

Vorteile einer PV-Anlage

Die Vorteile von Photovoltaikanlagen sind vielfältig, wie die Übersicht zeigt. Als erneuerbare Energieform ist Solarenergie quasi eine unerschöpfliche Energiequelle.

Nachteile einer PV-Anlage

Die Sonne liefert zwar irgendwo auf der Welt Energie, aber nirgendwo Tag und Nacht. Daher wird auch von fluktuierender oder intermittierender Energieerzeugung durch Photovoltaikanlagen gesprochen. Daneben ist der Platzbedarf für Photovoltaik im Verhältnis zu einem Kernkraftwerk beispielsweise relativ hoch. Allerdings lässt sich eine Photovoltaikanlage dort errichten, wo die Landschaft ohnehin bereits genutzt wurde – beispielsweise auf den Dächern von Einfamilienhäusern, öffentlichen Gebäuden oder gewerblich genutzten Hallen.

Vorteile und Nachteile einer Photovoltaikanlage im Überblick.

Photovoltaikanlage 2020: Vorteile und Nachteile der PV-Anlagen als wichtige Technologie der Energiewende – Funktion, Effizienz, Amortisation

Amortisation einer Photovoltaikanlage 2020

Linksammlung: Weiterführende Informationen zum Thema

Rund um das Thema Photovoltaikanlage gibt es im deutschsprachigen Web eine Vielzahl sehr guter Informationsquellen. Neben unserem Beitrag über Vorteile und Nachteile der Photovoltaikanlage empfehlen wir folgende Seiten:

VG Wort Identifikation
% S Kommentare
  1. […] pro Jahr bringen“, sagt Holger Laudeley, der den Begriff Balkonkraftwerk für die kleinen Photovoltaikanlagen geprägt hat. „Das tut den Netzbetreibern weh, daher werden Stecker-Solarmodule weiterhin […]

  2. […] Verkauf von Photovoltaikanlagen findet heute überwiegend in Kombination mit einem Batteriespeicher statt. Damit kann ein […]

Hinterlasse eine Antwort

Ihre Email-Adresse wird nicht veröffentlicht.

Diese Website verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre mehr darüber, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden.