Photovoltaik: Funktion ▷ So arbeitet Deine Stecker-Solaranlage
Photovoltaik: Funktion und Wirkungsweise Deiner steckerfertigen PV-Anlage
Mit der fortschreitenden Energiewende rücken Photovoltaik-Anlagen (kurz: PV-Anlagen) immer stärker in den Fokus von Politik, Industrie und Gesellschaft. Auch für Privatpersonen spielt es mittlerweile eine immer größere Rolle, eigenen Strom zu erzeugen, die Stromkosten damit zu senken und mit der grünen Energie einen Beitrag zur Energiewende zu leisten. Aber gerade MieterInnen fragen sich oft: Wohin mit einer großen Photovoltaikanlage bei einer kleinen Wohnung?
Die gute Nachricht: Eine PV-Anlage kann auch kompakt und einfach sein. Im folgenden Beitrag erklären wir Dir, wie Photovoltaik funktioniert und wie Du mit einer steckerfertigen Solaranlage denkbar einfach die Energiewende mitgestaltest.
Was ist eine Stecker-Solaranlage?
Steckerfertige Photovoltaikanlagen kennst Du vielleicht unter dem Begriff ‘Balkonkraftwerk’. Sie bestehen aus ein bis zwei Solarmodulen und erzeugen Elektrizität für den Eigenverbrauch mithilfe des Sonnenlichts. Da sie einfach über die Steckdose angeschlossen werden kann, ist eine Mini-Photovoltaikanlage die ideale Möglichkeit, durch die auch MieterInnen mit Balkon oder kleinem Gartenabschnitt die Energiewende mitgestalten und ihre Stromkosten senken können. Aufgrund der überschaubaren Kosten steckerfertiger Anlagen kannst auch Du unabhängiger von Deinem Stromversorger und den fossilen Energieträgern werden.
Photovoltaik-Funktion: Vom Sonnenlicht zum nutzbaren Strom
Photovoltaikanlagen werden oftmals als hoch komplizierte technische Geräte wahrgenommen. Aber das muss nicht sein: Nachfolgend erklären wir Dir die Photovoltaik-Funktion Schritt für Schritt. So kannst Du genau nachvollziehen, wie Deine PV-Anlage dafür sorgt, dass allein durch Sonnenlicht elektrische Energie entsteht, die Deine Haushaltsgeräte versorgt.
Aufbau der Solarzelle einer PV-Anlage
Für den Aufbau einer Solarzelle spielt das Halbleitermaterial Silizium eine wichtige Rolle. Es besteht grundlegend aus zwei Schichten, die durch beigemischte Fremdatome eine sogenannte Dotierung erhalten: Der n-Emitter ist dabei negativ geladen, sodass freie Elektronen vorliegen, während in der p-Basis durch positive Ladung Elektronen fehlen. An der Grenze zwischen den beiden Schichten, dem sogenannten p-n-Übergang, sind überschüssige Elektronen aus der n-Dotierung locker an freie Stellen der p-Dotierung gebunden. Durch deren Bewegung kann ein elektrisches Feld erzeugt werden. Mit Hilfe der verbundenen metallischen Kontakte auf der Vorder- sowie Rückseite der Solarzelle wird der so erzeugte Strom dann nutzbar gemacht. Die Front-Kontakte dienen dabei als negative Elektrode, während die Rückseiten-Kontakte die positive Elektrode darstellen.
Mit PV-Anlagen in 8 Schritten zum eigenen Solarstrom
- Winzige Lichtteilchen (Photonen) treffen durch Sonneneinstrahlung auf die Oberfläche der Solarzellen Deiner Photovoltaikanlage.
- Eine Antireflexschicht auf der Solarzelle stellt sicher, dass das Licht der Sonne kaum reflektiert wird und Deine Stromausbeute aus der Solarenergie größtmöglich ausfällt.
- Eine Grundvoraussetzung, um mit Solarzellen elektrische Energie erzeugen zu können, ist das “Herauslösen” der negativ geladenen Elektronen im Halbleiter Silizium. Im p-n-Übergang geschieht durch die Einwirkung der Photonen aus dem Sonnenlicht genau das.
- Die freien Elektronen bewegen sich dann entsprechend des elektrischen Feldes nach oben, die entstehenden positiv dotierten Löcher nach unten.
- Durch die leitenden Metallkontakte kann die elektrische Energie anschließend in den Stromkreislauf abfließen.
- Geschlossen wird der Stromkreislauf, indem die Elektronen zurück zur p-Basis wandern, wo ein konstanter Mangel herrscht.
- Über den Stecker Deiner Solaranlage gelangt der Strom direkt in den Haushalt. Weil Solaranlagen allerdings Gleichstrom erzeugen und reiner Sonnenstrom für den Haushalt nicht verwendbar ist, wird er durch einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt.
- Dein Sonnenstrom ist nun kompatibel und kann in den Haushalt geführt, ins öffentliche Stromnetz eingespeist oder in einem eventuell vorhandenen Stromspeicher für die spätere Nutzung gespeichert werden.
Steckerfertige Photovoltaik-Anlagen: Die Komponenten Deiner Anlage in der Übersicht
Stecker-Solaranlagen bringen im Kern dieselben Bestandteile, denselben Aufbau und dieselbe Funktionsweise mit wie konventionelle Photovoltaikanlagen:
| Solarmodul | besteht als Hauptbestandteil einer PV-Anlage aus vielen Solarzellen, die den Solarstrom generieren |
| Wechselrichter | wandelt den Gleichstrom der Solarmodule in Wechselstrom um |
| Modulhalterung | zur Befestigung der Solarmodule auf dem Balkon, an der Fassade oder an anderen geeigneten Orten |
| Steckvorrichtung | über den Stecker mit der passenden Steckdose gelangt der umgewandelte Strom ins Hausstromnetz |
| Solarkabel | dienen zur Verbindung der Solarmodule mit dem Mikro-Wechselrichter |
| Anschlusskabel | verbinden den Wechselrichter über die Steckvorrichtung mit dem Hausstromnetz |
| Monitoring-Lösung (optional) | um den selbst erzeugten Strom zu messen und ggf. auf einer App anzuzeigen |
| Stromspeicher (optional) | um den produzierten Photovoltaik-Strom längerfristig zu speichern |
Die Solarzelle: Das Herzstück Deines Balkonkraftwerks
Eine Stecker-Solaranlage von priwatt besteht aus ein bis zwei Solarmodulen und nutzt die effizientesten Solarzellen auf dem Markt. Denn das Herzstück der kleinen Photovoltaikanlage bilden bei uns Solarzellen aus monokristallinem Silizium. Einfach ausgedrückt sorgt dieses in den Solarzellen verbaute Silizium für die Energieerzeugung, indem es das einfallende Licht der Sonne absorbiert und auf diesem Wege die Photonen bestmöglich nutzt. Wie Du bereits weißt, bilden diese die Basis für die Entstehung frei beweglicher Ladungsträger und damit auch für die Energieerzeugung. Dieser Prozess wird als Photoelektrischer Effekt bezeichnet.
Die Grundlage für diese Art der Stromerzeugung entdeckte der Physiker Alexandre Edmond Becquerel bereits 1839. Er erkannte bei Experimenten mit elektrolytischen Zellen, dass, wenn mehr Licht schien, auch mehr Strom zwischen zwei Elektroden erzeugt wurde. 1921 erhielt Albert Einstein den Nobelpreis für die theoretische Erklärung des Photoelektrischen Effekts. Allerdings kam es erst 1954 dank der kostensenkenden Halbleiter-Technik mit den ersten Solarmodulen zur praktischen Anwendung.
Der Wechselrichter: Von Gleich- zu Wechselstrom
Wenn Du Deine kleine Photovoltaik-Anlage ohne Wechselrichter an die Steckdose anschließen würdest, könntest Du die erzeugte Solarenergie nicht nutzen. Denn Strom aus Solarzellen liegt in einer anderen Form an: Dein Solargenerator erzeugt zunächst Gleichstrom.
Im Stromnetz bei Dir zu Hause fließt allerdings Wechselstrom. Um den Solarstrom in das Netz Deines Haushalts einspeisen zu können, ist somit eine Umwandlung notwendig. Wer also Sonnenenergie zur Stromerzeugung nutzen möchte, braucht einen sogenannten Wechselrichter. In unserem Blog-Artikel zum Wechselrichter erfährst Du zudem alle Details der Entwicklung und Funktionsweise.
Mehr als 600 Watt? – Was sagt die Leistung über Deine steckerfertige Photovoltaik-Anlage aus?
Du findest bei unseren steckerfertigen PV-Anlagen verschiedene Solarmodule mit unterschiedlichen Leistungswerten. Möglicherweise bist Du dabei bereits auf die Einheit Wp gestoßen. Das „p” hinter der Einheit Watt steht für “Peak”, also für die Spitzenleistung. Die Angabe bezieht sich damit auf die Frage, welche Leistung das jeweilige Solarmodul unter optimalen Bedingungen erreichen kann. Ermittelt wird dieser Wert unter den folgenden Standard-Testbedingungen (STC) der Hersteller:
- Umgebungstemperatur für die Solarzellen von 25 °C;
- Sonneneinstrahlung in Höhe von 1000 Watt/m²;
- bestimmtes Sonnenlichtspektrum
Darf die Modulleistung 600 Watt übersteigen?
Bei der Nutzung der Solarmodule sind häufig andere Bedingungen gegeben und verschiedene Leistungsfaktoren wirken auf die Photovoltaikanlage ein. Wir bieten daher Solarmodule an, deren Nennwerte 300 bzw. 600 Watt übersteigen. Du musst deswegen allerdings keinesfalls mit Problemen rechnen. Im Gegenteil:
Von Region zu Region innerhalb Deutschlands sind Unterschiede in der zu erwartenden Leistung u. a. aufgrund des Nord-Süd-Gefälles zu erwarten. Dabei spielen verschiedene örtliche Gegebenheiten eine Rolle. Deine Stecker-Photovoltaikanlage erzeugt unter den gegebenen Leistungsfaktoren genug Strom, um bei ausreichender Sonneneinstrahlung die Leistung des Wechselrichters voll auszunutzen. Die gesetzliche Einspeisegrenze von 600 W wird dabei trotzdem gewahrt, da sich dieser Wert lediglich auf die Wechselrichterleistung bezieht. Die Leistung der Solarmodule spielt dabei keine Rolle.
Solltest Du Dir noch immer unsicher sein, welche Anlagenleistung oder Himmelsrichtung die richtige für Dich ist, stehen wir Dir bei diesen und allen weiteren Belangen rund um Stecker-Photovoltaikanlagen als Dein Ratgeber und Helfer zur Seite. Kontaktiere uns gerne via E-Mail unter support@priwatt.de!
Mit dem Balkonkraftwerk die Umwelt und Deinen Geldbeutel schonen
Eine Mini-Solaranlage kann grundsätzlich überall montiert und ans Stromnetz angeschlossen werden: egal, ob als Balkonkraftwerk auf dem Balkon, an der Fassade, auf einem Dach, im Garten oder auf dem Carport. Überall dort, wo eine sichere Befestigung gewährleistet und eine Steckdose in der Nähe ist, kann die Montage Deiner Mini-PV-Anlage erfolgen. Schon bei einem Bruchteil der Kosten großer Photovoltaikanlagen wirst Du so zum Mitstreiter bei der Energiewende. Zum Wohle der Umwelt und zum Wohle Deiner eigenen laufenden Stromkosten.
Amortisation: Wann rechnet sich ein Balkonkraftwerk?
Ein einziges Photovoltaik-Modul erzeugt im Jahr – je nach Ausrichtung und Modulwinkel – bis zu 300 kWh. Bei einem Strompreis von durchschnittlich fast 40 ct/kWh ergeben sich Kosteneinsparungen bis zu 100 € pro Jahr. Damit amortisiert sich ein Balkonkraftwerk selbst bei nur einem Modul bereits nach 4 bis 5 Jahren. Im Anschluss sparst Du Jahr für Jahr durch Deine kostenfreie Energie.
FAQ: Alles zur Photovoltaik-Funktion auf einen Blick
Wie wird mit Photovoltaik Strom erzeugt?
Solarmodule bestehen aus vielen Solarzellen. Wenn Sonnenstrahlen auf die Vorderseite der Solarzellen treffen, wandeln diese mithilfe des photovoltaischen Effekts die Solarenergie der auftreffenden Sonnenstrahlen in elektrische Energie um. Genutzt wird dabei die elektrische Spannung, die zwischen der Vorder- und Rückseite der Solarzelle entsteht.
Wie funktioniert eine Solarzelle einfach erklärt?
Solarzellen nutzen Halbleiter-Technik: Elektronen in der Solarzelle werden durch das Licht der Sonne in Bewegung versetzt und fließen entsprechend des elektrischen Feldes nach oben, während die entstehenden (positiv geladenen) Löcher sich nach unten bewegen. So entsteht über die Metallkontakte an der Ober- und Unterseite der Solarzelle ein Stromkreis.
Wie funktioniert die Einspeisung einer Photovoltaikanlage?
Der von den Solarmodulen erzeugte Gleichstrom muss vor der Einspeisung in das Hausstromnetz oder das öffentliche Netz in Wechselstrom umgewandelt werden. Dafür sorgt ein Wechselrichter, der zwischen Solarmodul und Stromnetz angeschlossen ist.
Wie funktioniert Photovoltaik im Haus?
Nach der Umwandlung in Wechselstrom kann die elektrische Energie der Photovoltaikanlage im Haushalt genutzt werden. Verbrauchsgeräte, die an das Hausstromnetz angeschlossen sind, nutzen dann zuerst den Solarstrom. Wenn mehr Energie benötigt wird, als die Photovoltaikanlage produziert, wird Strom aus dem öffentlichen Netz hinzugezogen.
Du bist Dir unsicher, was Du für eine Anlagenleistung oder Himmelsrichtung wählen sollst? Keine Sorge, wir von priwatt stehen Dir bei diesen und weiteren Belangen rund um Mini-Photovoltaikanlagen als Ratgeber und Helfer zur Verfügung. Kontaktiere uns gerne via E-Mail: .
Balkonkraftwerk nutzen und Umwelt + Geldbeutel schonen
Eine Mini-Solaranlage kann grundsätzlich überall montiert und ans Stromnetz angeschlossen werden: Egal, ob als Balkonkraftwerk auf dem Balkon, an der Fassade, auf einem Dach, im Garten oder auf dem Carport. Überall dort, wo eine sichere Befestigung gewährleistet und eine Steckdose in der Nähe ist, ist die Montage einer Mini-PV-Anlage machbar. Wer das nötige Kleingeld für den Erwerb von Solarmodulen mit zugehöriger Ausstattung aufbringt, wird zum Mitstreiter bei der grünen Energiewende. Zum Wohle der Umwelt. Zum Wohle der eigenen laufenden Stromkosten. Und zum Wohle für das öffentliche Stromnetz.
Amortisation: Wann rechnet sich ein Balkonkraftwerk?
Ein einziges Photovoltaik-Balkonmodul erzeugt im Jahr – je nach Ausrichtung und Modulwinkel – zwischen 200 und 300 kWh. Bei einem Strompreis von 30 ct/kWh ergeben sich Kosteneinsparungen bis zu 100 € pro Jahr. Damit amortisiert sich ein Balkonkraftwerk bereits nach 4 bis 5 Jahren. Im Anschluss erzeugt es Jahr für Jahr kostenfrei Energie.
Bei einem priwatt-Balkonkraftwerk mit zwei Solarzellen verdoppelt sich der Jahresertrag auf ca. 600 kWh. Aufgrund der erhöhten Investitionskosten bleibt die Amortisationszeit nahezu identisch bei ungefähr 4 Jahren. Durch die höhere Erzeugung wird nicht jede erzeugte Kilowattstunde zu jedem Zeitpunkt verbraucht. Stattdessen kommt es zu einer Teileinspeisung ins öffentliche Stromnetz, dessen Vergütung sich auf wenige Euro pro Jahr beschränkt und daher vernachlässigt werden kann.
Einspeisevergütung: Lohnt sich nicht!
Für eine Mini-Photovoltaikanlage besteht Anspruch auf Einspeisevergütung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz. Eine Einspeisung ist angesichts der derzeit gezahlten 8,5 Cent pro Kilowattstunde eher aufwendig und nicht erfolgreich, was den zusätzlichen technischen Anforderungen nach EEG und der damit zusammenhängenden Bürokratie geschuldet ist.
Balkonkraftwerke sind mit ihrer Funktion auf den Eigenverbrauch ausgerichtet, sodass nur wenige Kilowattstunden ins Netz eingespeist werden. Davon profitieren insbesondere Standby-Verbraucher wie Kühlschrank und Co. Dich begeistert die Gewinnung von grünem Strom für Deinen Haushalt? Auf geht’s! Gemeinsam gelingt es uns, mit dem faszinierenden Minimalismus des Balkonkraftwerks umweltfreundlichen Strom für eine optimistische Zukunft zu erzeugen.
