{"id":11250,"date":"2024-10-16T08:50:30","date_gmt":"2024-10-16T08:50:30","guid":{"rendered":"https:\/\/wpele.geiio.com\/?p=11250"},"modified":"2024-10-16T08:50:30","modified_gmt":"2024-10-16T08:50:30","slug":"wie-funktioniert-photovoltaik-einfach-erklart","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/topigo.de\/en\/wie-funktioniert-photovoltaik-einfach-erklart\/","title":{"rendered":"Wie funktioniert Photovoltaik? Einfach erkl\u00e4rt."},"content":{"rendered":"<p class=\"wp-block-paragraph\">Photovoltaik ist in Deutschland auf dem Vormarsch. Wie eine Photovoltaikanlage funktioniert und aus welchen Komponenten sie aufgebaut ist, erfahren Sie in diesem Artikel.<\/p><h2 class=\"wp-block-heading\"><strong>Wie funktioniert Photovoltaik?&nbsp;<\/strong><\/h2><p class=\"wp-block-paragraph\">Eine&nbsp;Photovoltaikanlage&nbsp;wandelt Sonnenlicht in elektrische Energie um. Daf\u00fcr werden Solarmodule genutzt, die aus Solarzellen bestehen. Das Sonnenlicht bringt die Elektronen in den Solarzellen in Bewegung und erzeugt Gleichstrom. Dieser wird vom Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und f\u00fcr den Haushalt zur Verf\u00fcgung gestellt.&nbsp;<\/p><p class=\"wp-block-paragraph\">Die Funktionsweise einer Photovoltaikanlage ist etwas komplexer als oben beschrieben. Eine PV-Anlage besteht aus mehreren Komponenten, die essenziell f\u00fcr den effizienten Betrieb sind.&nbsp;<\/p><h2 class=\"wp-block-heading\"><strong>Welche Komponenten werden f\u00fcr die Stromproduktion ben\u00f6tigt?&nbsp;<\/strong><strong><\/strong><\/h2><p class=\"wp-block-paragraph\">Eine PV-Anlage besteht aus wenigen Komponenten. Die wichtigsten sind:&nbsp;<\/p><ul class=\"wp-block-list\"><li>solar modules<\/li>\n\n<li>Solarkabel<\/li>\n\n<li>Solarz\u00e4hler und Einspeisez\u00e4hler<\/li>\n\n<li>inverter<\/li><\/ul><p class=\"wp-block-paragraph\">Alternativ werden auch ein Stromspeicher und Energiemanager eingesetzt. Nachfolgend beschreiben die einzelnen Komponenten etwas ausf\u00fchrlicher.<\/p><h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>Solarmodule und Solarzellen<\/strong><strong><\/strong><\/h3><p class=\"wp-block-paragraph\"><a href=\"https:\/\/gruenes.haus\/solarmodule-solarpanels\/\">solar modules<\/a>&nbsp;enthalten Solarzellen, die Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln. Die Solarzellen sind in Reihe geschaltet, damit sich deren Spannung summiert. In der Regel besteht ein Solarmodul aus 60 oder 72 Zellen oder 120 bis 144 Halbzellen. Sie erreichen eine Leistung von 300 bis 400 Wp, wobei mittlerweile Solarmodule mit \u00fcber 600 Wp auf dem Markt erh\u00e4ltlich sind.<\/p><p class=\"wp-block-paragraph\">Solarzellen&nbsp;werden \u00fcberwiegend aus Silizium hergestellt. Silizium ist ein Halbleitermaterial mit photovoltaischen Eigenschaften. Wenn das Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, regt es die Elektronen an. Durch ihre Bewegung entsteht Strom. Es werden zwei unterschiedlich dotierte Schichten gebraucht, damit die Solarzelle Strom erzeugt:<\/p><ul class=\"wp-block-list\"><li>Die obere Schicht wird als n-dotierte Schicht bezeichnet. Sie enth\u00e4lt Silizium und Phosphor. Silizium hat vier gebundene Elektronen, w\u00e4hrend Phosphor f\u00fcnf Elektronen hat. Dieses zus\u00e4tzliche Elektron ist in der Schicht frei;<\/li>\n\n<li>Die untere Siliziumschicht ist mit Bor p-dotiert. Bor hat ein Elektron weniger als Silizium, wodurch ein Loch entsteht;<\/li>\n\n<li>Die freien Elektronen aus der n-dotierten Silizium-Phosphor-Schicht wandern in die p-dotierte Schicht und f\u00fcllen die L\u00f6cher. Dadurch bildet sich eine Grenzschicht aus Boratomen mit vier Elektronen. Diese Atome werden station\u00e4r, da sie keine L\u00f6cher mehr haben;<\/li>\n\n<li>Durch Elektronenwanderung entstehen elektrische Pole. Wenn Elektronen abwandern, wird die obere Schicht positiv und die untere negativ aufgeladen. Sonnenlicht l\u00f6st Elektronen aus Boratomen in Solarzellen. Die Elektronen werden vom positiven Pol angezogen und wandern in die obere Schicht. Dieser Prozess findet in allen Solarzellen statt, die dem Sonnenlicht ausgesetzt sind.&nbsp;<\/li><\/ul><p class=\"wp-block-paragraph\">Aufbau einer Solarzelle<\/p><p class=\"wp-block-paragraph\">Die angeregten Elektronen werden aus der oberen Solarzellenschicht abgeleitet. Dies geschieht \u00fcber einen elektrischen Leiter, in der Regel ein Metallgitter auf der R\u00fcckseite des Solarmoduls. Wenn die Sonne scheint, werden mehr und mehr Elektronen durch die Metallkontakte geschoben und durch die Solarkabel geleitet.<\/p><p class=\"wp-block-paragraph\">Auf der Unterseite des Solarmoduls befindet sich ein Metallkontakt, der mit den Solarkabeln verbunden ist. Die Elektronen flie\u00dfen durch das Kabel und tauchen in der unteren Schicht wieder auf. Indem sie in st\u00e4ndiger Bewegung bleiben, erzeugen sie eine elektrische Spannung.&nbsp;<\/p><h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>Solarkabel<\/strong><strong><\/strong><\/h3><p class=\"wp-block-paragraph\">Solarkabel verbinden die Module einer Solaranlage. Sie sind wetterfest und UV-best\u00e4ndig und transportieren den Strom zwischen den PV-Modulen. Es gibt verschiedene M\u00f6glichkeiten, diese Kabel zu verbinden oder zu schalten. Dies hat Auswirkungen auf die Stromspannung, die Stromst\u00e4rke und die Gesamtleistung:<\/p><ul class=\"wp-block-list\"><li>Bei der&nbsp;<a href=\"https:\/\/gruenes.haus\/reihenschaltung-solarmodule\/\">series connection<\/a>&nbsp;werden die Solarmodule in Reihe geschaltet. Das positive Kabel wird mit dem negativen Kabel verbunden. Die Spannung aller Module addiert sich, w\u00e4hrend die Stromst\u00e4rke gleich bleibt. Am Ende haben das erste und das letzte Modul jeweils ein Kabel, das mit dem Wechselrichter verbunden ist. Das ist die g\u00e4ngigste Schaltungsart und diejenige mit den wenigsten Kabeln.<\/li>\n\n<li>Bei der&nbsp;<a href=\"https:\/\/gruenes.haus\/solarmodule-parallel-schalten\/\">parallel connection<\/a>&nbsp;werden negative Kabel mit negativen Kabeln und positive Kabel mit positiven Kabeln verbunden. Dadurch wird der Strom erh\u00f6ht, w\u00e4hrend die Modulspannung gleich bleibt. Am Ende gibt es immer noch zwei Kabel, die mit dem Wechselrichter verbunden sind. Vorteil ist, dass die Verschattung eines Moduls keinen Einfluss auf den Stromertrag der anderen hat. Nachteilig ist die h\u00f6here Kabelverlegung und die aufw\u00e4ndigere Installation.<\/li><\/ul><h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>Solarz\u00e4hler<\/strong><strong><\/strong><\/h3><p class=\"wp-block-paragraph\">Der Solarz\u00e4hler misst den gesamten von der Photovoltaikanlage erzeugten Strom. Dieser ist entscheidend, um den erzeugten Ertrag und die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage zu ermitteln. Der Solarz\u00e4hler ist auf der Gleichstromseite installiert, also vor dem Wechselrichter.<\/p><h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>inverter<\/strong><strong><\/strong><\/h3><p class=\"wp-block-paragraph\">A&nbsp;<a href=\"https:\/\/gruenes.haus\/wechselrichter\/\">inverter<\/a>&nbsp;macht die Nutzung des erzeugten Solarstroms im Haushalt m\u00f6glich. Solarstrom ist Gleichstrom, w\u00e4hrend Haushalte und das \u00f6ffentliche Netz Wechselstrom verwenden:<\/p><ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Gleichstrom<\/strong>&nbsp;flie\u00dft konstant in eine Richtung, von negativ nach positiv. Die St\u00e4rke des Stroms bleibt \u00fcber die Zeit konstant;<\/li>\n\n<li>Bei&nbsp;<strong>Wechselstrom<\/strong>&nbsp;wechselt der Stromfluss regelm\u00e4\u00dfig die Richtung. Die Frequenz, gemessen in Hertz (Hz), gibt an, wie oft dieser Wechsel pro Sekunde stattfindet. In Europa arbeiten die Stromnetze mit 50 Hz, das hei\u00dft die Richtung \u00e4ndert sich 50 Mal pro Sekunde.&nbsp;<\/li><\/ul><p class=\"wp-block-paragraph\">PV-Wechselrichter erzeugen mithilfe von ausgekl\u00fcgelte Schaltkreisen eine sinusf\u00f6rmige Welle f\u00fcr elektronische Ger\u00e4te. Die Schalter \u00f6ffnen und schlie\u00dfen Stromleitungen schnell und \u00e4ndern auf diese Weise die Stromrichtung. Um eine gleichm\u00e4\u00dfige Sinuswelle zu erreichen, wird die Schaltfrequenz in kleinere Segmente mit unterschiedlichen Stromst\u00e4rken unterteilt.<\/p><p class=\"wp-block-paragraph\">Zur \u00dcberwachung und Optimierung von PV-Anlagen enthalten moderne Wechselrichter MPPT (Maximum Power Point Tracking). Sie beeinflussen den elektrischen Strom und die Spannung, um die Solaranlage in der N\u00e4he ihres maximalen Leistungspunktes zu betreiben.<\/p><h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>electricity storage<\/strong><strong><\/strong><\/h3><p class=\"wp-block-paragraph\">Aufgrund der hohen Strompreise lohnt es sich heutzutage, den \u00fcbersch\u00fcssigen Strom zu speichern anstatt ihn ins Netz einzuspeisen. Daf\u00fcr wird ein&nbsp;<a href=\"https:\/\/gruenes.haus\/stromspeicher-batteriespeicher-photovoltaik\/\">electricity storage<\/a>&nbsp;in die PV-Anlage integriert. Dieser erlaubt es, den selbst erzeugten Solarstrom au\u00dferhalb der Erzeugungszeiten zu nutzen. Das wiederum erh\u00f6ht den Eigenverbrauch und die Rentabilit\u00e4t der Anlage.<\/p><p class=\"wp-block-paragraph\">Ein Stromspeicher besteht aus einer positiven Elektrode (Anode), einer negativen Elektrode (Kathode) und einem Elektrolyten als leitende Fl\u00fcssigkeit. Der Elektrolyt umgibt die beiden Elektroden. Erzeugt die Solaranlage \u00fcbersch\u00fcssig Strom, bewegen sich die Elektronen durch den Elektrolyten von der Kathode zur Anode. Die Anode wird vollst\u00e4ndig mit Elektronen geladen. An der Anode reagieren die Elektronen und bilden Atome. Somit wird \u00fcbersch\u00fcssiger Strom in Form von chemischer Energie gespeichert.<\/p><p class=\"wp-block-paragraph\">Bei der Entladung wandern die Atome zur\u00fcck zur Kathode. Dort werden sie wieder in Elektronen umgewandelt. Die Elektronen stehen als elektrischer Strom zur Verf\u00fcgung und werden in den Haushaltsstromkreis geleitet.&nbsp;<\/p><p class=\"wp-block-paragraph\">Damit sich ein Stromspeicher besonders lohnt, kombinieren Sie ihn mit einem Energiemanagementsystem.<\/p><h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>Energiemanagementsystem<\/strong><strong><\/strong><\/h3><p class=\"wp-block-paragraph\">Die Aufgabe&nbsp;<a href=\"https:\/\/gruenes.haus\/energiemanager-photovoltaik\/\">eines Energiemanagers<\/a>&nbsp;f\u00fcr PV-Anlagen ist es, den Eigenverbrauch von Solarstrom im Haushalt zu erh\u00f6hen und die Stromkosten zu senken. Das Energiemanagement identifiziert und nutzt Energieeinsparpotenziale. Es erfasst und analysiert Energiefl\u00fcsse und -quellen, entwickelt Verbesserungsideen, bewertet die Wirtschaftlichkeit und setzt sie um. Die meisten Energiemanagementsysteme werden per App oder Software gesteuert.<\/p><h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>Verbrauchsz\u00e4hler und Einspeisez\u00e4hler<\/strong><strong><\/strong><\/h3><p class=\"wp-block-paragraph\">Schlie\u00dfen Sie eine PV-Anlage an das \u00f6ffentliche Stromnetz an, brauchen Sie einen Verbrauchsz\u00e4hler und einen Einspeisez\u00e4hler:<\/p><ul class=\"wp-block-list\"><li>The&nbsp;<strong>feed-in meter<\/strong>&nbsp;misst den ins Netz eingespeisten Strom;<\/li>\n\n<li>The&nbsp;<strong>consumption meter<\/strong>&nbsp;misst den im Haushalt verbrauchten Strom.<\/li><\/ul><p class=\"wp-block-paragraph\">Der Verbrauchsz\u00e4hler ist meist bereits vorhanden. Der Einspeisez\u00e4hler wird erst mit Inbetriebnahme der PV-Anlage installiert, sobald Sie die Anlage beim Netzbetreiber anmelden und diese von ihm freigegeben wird. Heutzutage werden meist Zweirichtungsz\u00e4hler eingebaut, die Verbrauchs- und Einspeisez\u00e4hler zusammenf\u00fchren.<\/p><p class=\"wp-block-paragraph\"><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Photovoltaik ist in Deutschland auf dem Vormarsch. Wie eine Photovoltaikanlage funktioniert und aus welchen Komponenten sie aufgebaut ist, erfahren Sie<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":10847,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[104],"tags":[],"class_list":["post-11250","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-photovoltaik-grundlagen"],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO Premium plugin v24.5 (Yoast SEO v24.5) - https:\/\/yoast.com\/wordpress\/plugins\/seo\/ -->\n<title>Wie funktioniert Photovoltaik? 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