Wie funktioniert eine Solaranlage?

Undine Tackmann

14. Februar 2024

Eine Solaranlage nutzt Photovoltaikmodule, um Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln. Diese Energie kann dann entweder direkt von Ihnen genutzt, ins öffentliche Stromnetz eingespeist oder in Batterien gespeichert werden. Erfahren Sie mehr zur Funktionsweise einer Photovoltaikanlage.

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Die Funktionsweise von Photovoltaik einfach erklärt

Solarmodule auf dem Dach wandeln Sonnenlicht in elektrischen Strom um. Dieser wird wiederum über einen Wechselrichter von Gleich- in Wechselstrom geändert, um z. B. Haushaltsgeräte zu versorgen, ein Elektroauto zu laden und eine Wärmepumpe zu betreiben. Auf ähnliche Weise nutzen Solarthermie-Kollektoren die Sonnenenergie, um Wasser zu erwärmen und das Heizungssystem zu unterstützen.

In unserem Video haben wir einfach erklärt, wie eine Solaranlage funktioniert. Dargestellt wird ein Einfamilienhaus, das sowohl eine Photovoltaik- als auch eine Solarthermieanlage auf dem Dach integriert hat. Zudem werden die verschiedenen Speichersysteme für beide Energiearten berücksichtigt.

Wie funktioniert Photovoltaik und Solarthermie?

Solarzellen wandeln Licht in elektrische Energie um

Die Solarzellen sind das Herzstück einer Solaranlage und verantwortlich für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie.

Sie bestehen aus Halbleitermaterialien, typischerweise Silizium. Das Silizium ist durch die Dotierung auf der Ober- und Unterseite (positiv/negativ) unterschiedlich elektrisch leitfähig. Dadurch entsteht in der Grenzschicht ein elektrisches Feld. Wenn nun Sonnenlicht auf die Solarzellen fällt, geraten die Elektronen in Bewegung, elektrische Spannung entsteht und elektrischer Strom kann für den Verbraucher fließen. Dieser Prozess wird als photovoltaischer Effekt bezeichnet. Die erzeugte elektrische Energie kann sofort genutzt, gespeichert oder ins Stromnetz eingespeist werden.

Solarmodule bündeln mehrere Solarzellen

Die Solarmodule bestehen aus einer Schichtfolge von einer Glasfront, EVA (Ethylen-Vinylacetat)-Folie, Solarzellen, einer weiteren EVA-Folie und einer Rückseitenfolie, montiert in einem Rahmen, der die Komponenten schützt und Stabilität bietet.

Sie fangen das Sonnenlicht ein und wandeln es durch den photovoltaischen Effekt in elektrischen Gleichstrom um. Dieser Strom kann dann entweder direkt genutzt, in Batterien gespeichert oder durch einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und ins Stromnetz eingespeist werden.

Es gibt drei verschiedene Arten von Solarmodulen:

• Dünnschichtmodule
• Polykristalline Solarmodule
• Monokristalline Solarmodule

Solarkabel transportieren den Solarstrom

Solarkabel sind speziell konzipierte elektrische Kabel, die verwendet werden, um den von Solarmodulen erzeugten Gleichstrom (DC) zu transportieren und zu den Wechselrichtern oder Speichersystemen zu führen. Ein besonderes Merkmal von Solarkabeln ist ihre hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber UV-Strahlung und Witterungseinflüssen, da sie oft im Freien und auf Dächern verlegt werden, wo sie direktem Sonnenlicht ausgesetzt sind.

Im Vergleich zu haushaltsüblichen Wechselstromkabeln sind Gleichstromkabel für höhere Spannungen ausgelegt. Zudem sind sie so konzipiert, dass sie den von den Solarmodulen erzeugten Strom effizient und sicher zu den Wechselrichtern, Batteriespeichern oder anderen Systemkomponenten transportieren können, ohne hohe Energieverluste zu riskieren.

Wichtige Aspekte, auf die bei Solarkabeln geachtet werden sollte:

• Isolierung: Muss hochwertig und UV-beständig sein für elektrische Sicherheit und langfristige Beständigkeit
• Temperaturbeständigkeit: Fähigkeit, extremen Temperaturen zu widerstehen, ohne Leistungseinbußen
• Spannungsfestigkeit: Auslegung für spezifische Spannungsniveaus in Solarenergieanlagen; höhere Spannungen erfordern stärkere Isolierung
• Mechanische Widerstandsfähigkeit: Muss flexibel genug für Installation und gleichzeitig robust gegenüber mechanischen Beanspruchungen sein
• Zertifizierungen und Normen: Sollten Industrienormen und -zertifizierungen erfüllen, die Eignung und Sicherheit bestätigen.

Doch wie kommt der Strom von der Solaranlage ins Haus? Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom (DC) aus Solarmodulen in Wechselstrom (AC) um, der im Haushalt verwendet oder ins Netz eingespeist wird. Diese Umwandlung ist notwendig, da die meisten Haushaltsgeräte und das Stromnetz Wechselstrom verwenden.

Der Wechselrichter passt zudem die Spannung des umgewandelten Stroms an die Anforderungen des Stromnetzes oder der Haushaltsgeräte an. Bei der Netzeinspeisung überprüft der Wechselrichter kontinuierlich die Netzbedingungen, um sicherzustellen, dass der eingespeiste Strom kompatibel mit den Netzstandards hinsichtlich Frequenz und Spannung ist, und optimiert die Einspeisung, um die Effizienz und Sicherheit der Energieübertragung zu maximieren.

Stromspeicher für den Eigenverbrauch

Schauen wir uns an, wie Photovoltaik funktioniert, ist auch ein Stromspeicher sehr wichtig. Oft auch als als Batteriespeicher bezeichnet, speichert er überschüssige Energie einer PV-Anlage. Er besteht aus einem Akku, einem Batteriemanagement zur Versorgung der Stromverbraucher im Haushalt und einer Regelung zur Speicherung des Stroms. Dadurch wird festgelegt, in welchem Maß der erzeugte Solarstrom den Stromabnehmern im Haushalt bereitgestellt oder ins öffentliche Netz eingespeist wird.

Unterschieden wird zwischen:

• Lithium-Ionen-Akkus
• Blei-Säure-Akkus

Seit ein paar Jahren haben die Lithium-Ionen-Batterien die traditionellen Blei-Säure-Batterien als bevorzugte Technologie abgelöst.