In einem physikalischen Prozess wandeln Solarzellen die Energie der Sonne in elektrische Energie um

Die regenerative Energieerzeugung ist ein wesentlicher Baustein für mehr Klimaschutz. Strom aus der Sonne – das klingt gut angesichts stetig steigender Preise, denn Sonnenenergie ist kostenlos und unbegrenzt verfügbar. Photovoltaikanlagen wandeln diese Energie in elektrischen Strom um machen die Besitzer der Anlagen damit ein stückweit unabhängiger. In Deutschland ist der Einsatz dieser Technologie praktisch überall möglich: Sogar wenn sich die Sonne mal hinter den Wolken versteckt, liefern Photovoltaikanlagen sogenannten grünen Strom.

Von Freiburg bis Flensburg, mittlerweile findet man bundesweit auf zahlreichen Dächern Photvoltaikanlagen. Generell ist deren Anzahl im Süden Deutschlands etwas höher als im Norden, wo eher mit Windkraft regenerativer Strom erzeugt wird. Neben den PV-Anlagen auf privaten Dächern sind auf größeren Freiflächen auch ganze Solarparks entstanden, die in der Regel von Firmen betrieben werden. In Baden-Württemberg liegt der Anteil der Dachanlagen an der installierten Leistung bei rund 90 Prozent, in Mecklenburg-Vorpommern sind es lediglich 40 Prozent. Bundesweit haben Photovoltaikanlagen im Jahr 2018 rund 46 Terrawattstunden Strom geliefert.

Trend geht zum Eigenverbrauch
Während zu Beginn des neuen Jahrtausends die meisten Betreiber von PV-Anlagen den Strom in das allgemeine Versorgungsnetz eingespeist und dafür eine – verglichen mit heute recht hohe – Vergütung erhalten haben, geht inzwischen ein Trend zum Eigenverbrauch. Der Bedarf eines vierköpfigen Haushalts liegt bei durchschnittlich rund 4.000 Kilowattstunden im Jahr. Um ein Kilowattpeak (1.000 Watt) zu erzeugen, ist eine Photovoltaikanlage mit etwa 6 bis 7 Quadratmetern nötig, das bedeutet: die PV-Anlage sollte 24 Quadratmeter groß sein, um theoretisch den gesamten Strom für den Durchschnittshaushalt zu gewinnen.

Das Herzstück der PV-Anlage sind die Solarzellen. Am häufigsten verwendet werden Zellen aus dem Halbleitermaterial Silizium, denn es hat eine gute elektrische Leitfähigkeit, ist preiswert in der Gewinnung und lässt sich in einer sehr reinen, einkristallinen Form herstellen. Jedes Photovoltaikmodul besteht aus zahlreichen Solarzellen, die das Sonnenlicht auffangen. Diese werden zusammengeschaltet, damit effizient Strom gewonnen werden kann. Zur Stromerzeugung nutzen die PV-Systeme den sogenannten photovoltaischen Effekt – einen physikalischen Prozess, bei dem Elektronen aus unterschiedlichen Schichten in der Solarzelle durch den Austausch eine elektrische Spannung aufbauen. Schließt man den Kreis zwischen den oberen und den unteren Polen, dann fließt Strom. Damit dieser Gleichstrom für elektrische Geräte genutzt werden kann, ist ein Wechselrichter zur Umwandlung in Wechselstrom erforderlich.

Weil der Eigenstrombedarf selten deckungsgleich ist mit dem gerade erzeugten Strom, kann die elektrische Energie auch in einen Batteriespeicher fließen. Inzwischen sind diese Speicher selbst für Anwendungen im Einfamilienhaus erhältlich – allerdings liegen die Investitionskosten für einen Batteriespeicher, je nach Kapazität, zwischen 7.000 und 12.000 Euro. Eine ideale Möglichkeit für den relativ kontinuierlichen Stromverbrauch ist der Betrieb einer Wärmepumpe für die Zentralheizung – so kann aktuell nicht benötigter Strom in Wärmeenergie umgewandelt und in einem Pufferspeicher als heißes Wasser zwischengespeichert werden.

Den größten Ertrag erzielen Photovoltaikanlagen, die zur Sonne hin ausgerichtet sind – also nach Süden mit einem Winkel von 30°. Geringe Abweichungen von diesem idealen Aufbau zwischen 10° und 50° beeinflussen die Leistung allerdings nicht gravierend.