Die Photovoltaik-Energie ist der Strom, der direkt aus dem Sonnenlicht erzeugt wird, ohne mechanische oder thermische Zwischenschritte. Im Unterschied zur Solarthermie, die die Wärme zum Erwärmen eines Fluids nutzt, wandelt die Photovoltaik die Photonen des Sonnenlichts durch ein präzises physikalisches Phänomen, den photovoltaischen Effekt, in elektrischen Strom um, der in den Siliziumzellen der Paneele stattfindet.
Zu verstehen, wie diese Umwandlung abläuft und wovon die tatsächlich produzierte Energiemenge abhängt, hilft dabei, die reale Leistung einer Photovoltaikanlage bewusster zu beurteilen, jenseits der vom Hersteller angegebenen Typenschilddaten.
Was genau ist der photovoltaische Effekt
Der photovoltaische Effekt ist das Phänomen, bei dem bestimmte Halbleitermaterialien, wenn sie vom Licht getroffen werden, eine elektrische Potenzialdifferenz erzeugen. Das in Photovoltaikzellen verwendete Silizium wird chemisch behandelt, oder «dotiert», um zwei Schichten mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften zu erzeugen: eine mit negativem Ladungsüberschuss und eine mit positivem Ladungsüberschuss. An der Grenze zwischen den beiden Schichten bildet sich ein p-n-Übergang, der das Herzstück der Funktionsweise jeder Photovoltaikzelle ist.
Wenn die Photonen des Sonnenlichts mit ausreichender Energie auf die Zelle treffen, setzen sie Elektronen aus den Siliziumatomen frei. Dank des im p-n-Übergang vorhandenen elektrischen Felds werden diese Elektronen dazu gebracht, sich in eine bestimmte Richtung zu bewegen, wodurch ein elektrischer Gleichstrom entsteht.
Wie die Umwandlung von Licht in Strom abläuft
Vom einzelnen Photon bis zur Steckdose durchläuft der Weg einige präzise technische Phasen:
- Erzeugung von Gleichstrom (DC): jede Photovoltaikzelle, die mit den anderen zu einem Modul verbunden ist, erzeugt Gleichstrom, wenn sie dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Die erzeugte Leistung hängt von der Intensität der Sonneneinstrahlung in diesem Moment ab.
- Umwandlung in Wechselstrom (AC): der Wechselrichter der Anlage wandelt den von den Paneelen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um, die einzige Form elektrischer Energie, die mit den Haushaltsgeräten und dem öffentlichen Stromnetz kompatibel ist.
- Verteilung und Nutzung der produzierten Energie: die umgewandelte Energie wird direkt für den Strombedarf des Haushalts genutzt (Eigenverbrauch); ein allfälliger Überschuss kann in einer Speicherbatterie gespeichert oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
Aus welchen Materialien bestehen Photovoltaikzellen
Heute besteht fast die gesamte im Wohnbereich installierte Photovoltaikzelle aus monokristallinem N-Typ-Silizium (die Technologien TOPCon, HJT und HPBC sind am weitesten verbreitet), mit Umwandlungswirkungsgraden zwischen 22 % und fast 25 %. Das polykristalline Silizium, das früher wegen der geringeren Kosten verbreitet war, ist inzwischen aus dem Wohnmarkt verschwunden: Sein geringerer Wirkungsgrad, in der Regel zwischen 15 % und 18 %, ist gegenüber den Produktionskosten des monokristallinen Siliziums, die in den letzten Jahren deutlich gesunken sind, nicht mehr konkurrenzfähig.
Der Unterschied zwischen den beiden Technologien liegt in der Struktur des Kristallgitters: Beim monokristallinen Silizium sind die Kristalle einheitlich in eine Richtung ausgerichtet, mit weniger Defekten, die die Bewegung der Elektronen behindern; beim polykristallinen Silizium hingegen sind die Kristalle unregelmässig ausgerichtet, was den Gesamtwirkungsgrad der Zelle verringert.
Die Vorteile der Photovoltaik-Energie für dein Zuhause
Abgesehen von der technischen Funktionsweise bringt die Produktion von Photovoltaik-Energie zu Hause konkrete Vorteile, die es sich lohnt, insgesamt zu betrachten:
- tiefere Stromrechnung dank selbst erzeugter und selbst verbrauchter Energie
- keine direkten CO2-Emissionen während der Stromproduktion
- Möglichkeit, die Anlage mit einer Wärmepumpe zu kombinieren, wodurch der Anteil selbst verbrauchter Energie steigt
- teilweise Unabhängigkeit von den Preisschwankungen des Netzstroms
Ein technischer Prozess mit sehr konkreten Vorteilen
Hinter der scheinbaren Einfachheit eines der Sonne ausgesetzten Paneels steckt ein präziser physikalischer Prozess, der in den letzten Jahrzehnten Wirkungsgrade erreicht hat, die noch vor wenigen Jahren undenkbar waren. Diesen Mechanismus zu kennen, hilft nicht nur, eine berechtigte technische Neugier zu befriedigen, sondern auch, die Angebote und die versprochenen Leistungen von Anbietern einer Anlage sachkundiger zu beurteilen.
Wenn du herausfinden möchtest, wie viel Photovoltaik-Energie dein Zuhause produzieren könnte, das Team von SB Energetica kann dir helfen, die passende Anlage für deine Bedürfnisse zu dimensionieren.