Photovoltaik-Aufbau: Bauteile im Überblick

Solarmodule wandeln Licht in Strom um

Die Solarmodule befinden sich bei Hausanlagen in der Regel auf dem Dach. Sie bestehen aus einzelnen Zellen, die das Licht der Sonne in elektrische Energie umwandeln. Möglich ist das durch den photoelektrischen Effekt. Denn der besagt, dass sich unter Lichteinfluss Elektronen aus bestimmten Metallen herauslösen. Wandern diese zwischen unterschiedlich geladenen Elektroden, fließt Solarstrom.

Wie effizient ein Solarmodul ist, hängt von der Art der Zellen ab. Im  Photovoltaik-Aufbau lassen sich dabei monokristalline, polykristalline und amorphe Zellen unterscheiden. Geht es um den  Erntefaktor, erreichen Dünnschichtzellen das beste Ergebnis. Denn im Vergleich zur Energie, die für ihre Herstellung nötig ist, gewinnen sie im Laufe ihrer Lebenszeit sehr viel Strom. Der Wirkungsgrad ist hingegen bei monokristallinen Zellen am besten. Sie holen also das meiste aus der auftreffenden Solarstrahlung heraus.  

Übrigens: Viele Hausbesitzer fürchten die  Photovoltaik-Brandgefahr. Bei fachgerechter Planung und Ausführung sowie regelmäßiger Wartung ist das jedoch unbegründet. So hilft beispielsweise ein PV-Überspannungsschutz Schäden durch Blitze abzuwehren.

Monokristalline Zellen sind leistungsstark

Monokristalline Zellen bestehen aus kleinen Scheiben mit gleichförmiger Kristallstruktur. Sie erreichen einen Wirkungsgrad von 18 bis 20 Prozent und sorgen für eine hohe Effizienz im Photovoltaik-Aufbau. Die Leistungsstärke spiegelt sich aber auch im Preis wieder. Denn dieser ist im Vergleich zu anderen Arten am höchsten.

Polykristalline Zellen mit gutem Preis-Leistungsverhältnis

Etwas günstiger sind dagegen polykristalline Zellen. Sie lassen sich aus Kristallblöcken herstellen und sind an der gut sichtbaren Kristallstruktur deutlich zu erkennen. Die Zellen können 11 bis 14 Prozent des auftreffenden Lichts in Strom umwandeln und sind günstiger herzustellen.

Amorphe Zellen bieten Gestaltungsspielräume

Geht es um den Preis, liegen amorphe Zellen weit vorn. Denn diese bestehen aus einer hauchdünnen Siliziumschicht, die sich auf verschiedenste Untergründe aufdampfen lässt. Mit einem Wirkungsgrad von 6 bis 8 Prozent gewinnen sie auf gleicher Fläche jedoch am wenigsten Strom.

Stromgenerator im Photovoltaik-Aufbau

Um eine hohe Leistung zu erzielen, schließt man einzelne Solarmodule zu sogenannten Strings zusammen. Die Verbindung dieser Modul-Ketten über einen speziellen Anschlusskasten bildet dabei den Solargenerator.

Wechselrichter im Photovoltaik-Aufbau

Eine Solarstromanlage gewinnt Gleichstrom. Da die meisten Geräte im Haushalt jedoch mit Wechselstrom arbeiten, ist ein  Photovoltaik-Wechselrichter  nötig. Dieser sorgt für die Umwandlung und dafür, dass sich der Strom im Haus oder im öffentlichen Netz verwenden lässt. Die Auswahl des passenden Wechselrichters richtet sich dabei nach der Art der Module sowie der von diesen erzeugten Leistung. Um den Wirkungsgrad der Anlagen zu steigern, sind Wechselrichter heute zumeist auch mit einem sogenannten  MPP-Tracker  ausgestattet. Dabei handelt es sich um eine elektronische Schaltung, welche die Belastung der Solarmodule anpasst, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erreichen. Das ist nötig, da sich Temperaturen und Bestrahlungsstärken kontinuierlich auch die Leistung der Solarmodule auswirken.  

Einspeisezähler für die Strom-Abrechnung

Der Einspeisezähler misst die Strommenge, die eine Solarstromanlage in das öffentliche Netz einspeist. Er bietet damit die Grundlage für die Abrechnung der Einspeisevergütung und befindet sich oft im Eigentum des Netzbetreibers. Geht es um den Photovoltaik-Aufbau, befindet sich der Solarstromzähler meist in der Nähe des herkömmlichen Stromzählers.

Stromspeicher für mehr Unabhängigkeit

Durch hohe Einspeisevergütungen ging es früher selten darum, den Solarstrom im eigenen Haus zu verbrauchen. Mit der sinkenden Förderung ändert sich das jedoch zunehmend. So sparen Hausbesitzer mit jeder selbst verbrauchten Kilowattstunde heute rund 34 Cent. Sie müssen weniger Strom von großen Versorgern einkaufen und werden unabhängiger von schwankenden Preisen. Mehr zum aktuellen Stand erfahren Sie in unserem Beitrag zur Einspeisevergütung.  

Da ein Haus die meiste Energie jedoch immer dann verbraucht, wenn die Sonne gerade nicht scheint, ist ein Ausgleich zwischen Angebot und Bedarf nötig. Im Photovoltaik-Aufbau übernimmt diesen der Stromspeicher. Er nimmt Solarstrom auf, wenn die Sonne scheint und gibt ihn bei Bedarf an das Haus ab. Unterscheiden lassen sich dabei vor allem Blei- und Lithium-Ionen-Akkumulatoren.

Blei-Akkumulatoren gibt es auch im Auto

Blei-Akkumulatoren kennt man zum Beispiel als Starterbatterien im Auto. Sie sorgen für niedrige Kosten im Photovoltaik-Aufbau, haben aber auch Nachteile. Einer davon ist der niedrige Wirkungsgrad. So verlieren die Akkus rund 15 bis 30 Prozent des Stroms durch die Umwandlung in chemische und zurück in elektrische Energie. Ein weiterer Nachteil ist die begrenzte Haltbarkeit. Mit ungefähr 2.000 Ladezyklen sind die Bauteile im Durchschnitt alle  zehn Jahre auszutauschen.

Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind effizient

Für eine höhere Effizienz im Photovoltaik-Aufbau sorgen dagegen Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Die Speichertechnik, die unter anderem in Smartphones oder Laptops zum Einsatz kommt, kann bei gleicher Größe mehr Strom speichern. Experten sprechen dabei von einer hohen Energiedichte. Darüber hinaus erreichen die Akkus einen Wirkungsgrad von 90 bis 95 Prozent und erreichen oft bis zu 5.000 Ladezyklen. In der Praxis halten sie dabei bis zu 20 Jahre.

Einspeisemanagement im Photovoltaik-Aufbau

Mit dem EEG, dem Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien, fordert der Gesetzgeber ein spezielles Einspeisemanagement. Dieses ermöglicht es den Netzbetreiben, die Leistung einzelner Anlagen abzuregeln und für Stabilität im Stromnetz zu sorgen. Während Betreiber von Anlagen mit einer Spitzenleistung von mehr als 30  kWp  extra Technik nachrüsten müssen, gibt es für Hausbesitzer auch Alternativen. So haben sie die Möglichkeit, die Leistung der Photovoltaikanlage auf 70 Prozent zu begrenzen. Lohnen kann sich das vor allem dann, wenn die Module ohnehin auf einem Ost- oder Westdach installiert sind und weniger Energie gewinnen.