So funktioniert eine Photovoltaik-Anlage

Eine Photovoltaikanlage nutzt die Energie der Sonne, um selbst Solarstrom zu erzeugen. Möglich ist das mit einer Kombination aus Modulen und Wechselrichter. Die Photovoltaik-Module befinden sich dazu in der Regel auf dem Dach. Sie bestehen aus Photozellen, die das Licht der Sonne in elektrische Energie umwandeln. Den Grundstein für diese Technik legte Albert Einstein mit der Deutung des sogenannten Photoeffektes bereits vor über 100 Jahren. Denn dieser besagt, dass sich Elektronen aus Metall- oder Halbleitermaterialien herauslösen, wenn diese mit Licht beschienen werden.

Um Solarstrom zu erzeugen, nutzt man meist Siliziumzellen mit einem positiven und einem negativen Ladungsträgerüberschuss. Zwischen beiden Schichten bildet sich im Betrieb ein elektrisches Feld, das die freigesetzten Teilchen der Ladung nach trennt. Über Kontakte kann die Spannung abgegriffen werden und es fließt Solarstrom.

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Da sich der dabei gewonnene Gleichstrom im Haushalt jedoch nicht ohne Weiteres nutzen lässt, ist auch ein Wechselrichter nötig. Dieser wandelt den Strom in Wechselstrom und leitet ihn weiter an die Hausanlage.

Einsatzgebiete für den Solarstrom im Haus

Der selbst erzeugte Strom lässt sich im eigenen Haus auf ganz unterschiedliche Arten nutzen. Vier Beispiel dafür sind:
  • Solarstrom verkaufen und Einspeisevergütung kassieren
  • Strom aus der Photovoltaik-Anlage im Haushalt verbrauchen
  • eine Wärmepumpe mit Solarstrom betreiben
  • Wasserstoff für eine Brennstoffzellenheizung herstellen

Solarstrom verkaufen und Einspeisevergütung kassieren

Zu Beginn der Photovoltaiknutzung in Deutschland, wurde der größte Teil des selbst erzeugten Stroms in öffentliche Netze eingespeist. Haushalte mit einer Photovoltaikanlage auf dem Dach waren dabei Teil eines großen Kraftwerks, von dem alle Stromkunden profitierten. Günstig war das vor allem durch die hohen Einspeisevergütungen für den selbst erzeugten Strom. So versprach der Gesetzgeber für 20 Jahre lang einen festen Betrag, der für Solaranlagen aus dem Jahr 2010 noch bei knapp 40 Cent pro Kilowattstunde lag.

Während es die sogenannte Einspeisevergütung auch heute noch gibt, wurde sie – passend zu den sinkenden Preisen der Technik – im Laufe der Zeit immer weiter heruntergesetzt. So bekommen Haushalte, die Anfang 2017 eine Solarstrom-Anlage mit weniger als 10 Kilowatt (Spitzenleistung) installieren, gerade noch 12,30 Cent je Kilowattstunde für 20 Jahre.

Strom aus der Photovoltaikanlage im Haushalt verbrauchen

Mit 12,30 Cent je Kilowattstunde liegt die Einspeisevergütung heute bei weniger als der Hälfte des aktuellen Strompreises. Geht es um die wirtschaftlich sinnvolle Nutzung von Solarstrom, lohnt es sich daher diesen selbst zu verbrauchen. Dann müssen Sie weniger Strom aus dem Netz beziehen und sparen rund 27 Cent je Kilowattstunde. Damit das funktioniert, ist die Energiegewinnung aber an den Verbrauch anzupassen. Denn abgesehen von teurer Kühltechnik, verbrauchen Haushalte den meisten Strom abends und nachts. Also immer dann, wenn die Sonne gerade nicht scheint. Für Abhilfe sorgen hier Solarspeicher. Diese nehmen die Energie auf, wenn sie vorhanden ist, und halten sie bis zum Bedarf im Haus vor. Dabei steigt die Eigennutzungsrate in der Regel auf über 60 Prozent und die Energiekosten sinken spürbar. 

Eine Wärmepumpe mit Solarstrom betreiben

Einige Experten versuchen darüber hinaus sogar, die elektrische Energie einer Photovoltaikanlage für den Betrieb einer Wärmepumpe zu nutzen. Denn diese bereitet thermische Energie aus Luft, Wasser oder Erde zum Heizen auf und verbraucht dabei viel Strom.

Die größte Herausforderung ist aber auch hier das Abgleichen von Angebot und Bedarf. Denn während die Wärmepumpe bei kalten Außentemperaturen im Winter viel Energie benötigt, liefert die Photovoltaik vor allem an heißen Sommertagen kostenlosen Strom. Diesen über längere Zeiten zu speichern, ist jedoch sehr teuer und in der Regel unwirtschaftlich.

Wasserstoff für eine Brennstoffzellenheizung herstellen

Eine moderne Möglichkeit, den Solarstrom im Haus zu nutzen, bietet die Brennstoffzellentechnik. Diese lässt Wasserstoff und Sauerstoff kontrolliert reagieren und gewinnt dabei Strom und Wärme. Da jedoch kaum ein deutscher Haushalt mit eigenem Wasserstofftank ausgestattet ist, arbeiten die Strom- und Wärmeerzeuger meist mit Erdgas, das sie über einen energieintensiven Prozess aufbereiten.

In Kombination mit einer Photovoltaikanlage ist das nur noch bedingt nötig. Denn diese kann den Solarstrom nutzen, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Während der Sauerstoff an die Umgebung geht, lässt sich der Wasserstoff in speziellen Tanks speichern und auch im Winter noch als Brennstoff für die Brennstoffzelle nutzen. 

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