Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?

Die Solarmodule auf dem Dach liefern umweltfreundliche frei zugängliche Energie, der Hausbesitzer ist glücklich über die staatlichen Zuwendungen und der Staat ist glücklich über die Energiewende. Doch bei allen Vorteilen und der gegebenen Umweltfreundlichkeit stellt sich trotzdem eine Frage: Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage eigentlich und wo kommt der Strom her?

Die Antwort auf diese Frage ist nicht so leicht, wie manch einer vielleicht denkt: In großen Solarkraftwerken wird die aufgenommene Energie z. B. in Hitze umgewandelt. Mit dem entstehenden Wasserdampf werden Turbinen angetrieben, Überlandleitungen liefern den Strom an angeschlossene Wohnungen. Die Funktionsweise einer Photovoltaikanlage für den Hausgebrauch unterscheidet sich jedoch in praktisch allen Punkten sehr stark von dieser einfachen Herangehensweise.

Warum wählt man für Privathaushalte eine vom Aufbau her kompliziertere Form der Stromgewinnung? Die Antwort darauf lautet: Weil es im Verhältnis viel billiger und stressfreier ist. Der Betrieb einer privaten Dampfturbine würde einen zu großen Aufwand und nebenbei eine nicht unerhebliche Lärmbelästigung bedeuten, während die Nutzung der etwas preisintensiveren Solarzellen auch für Laien völlig unproblematisch ist. Es ist für Hausbesitzer ohne ein Ingenieursstudium nicht leicht zu verstehen wie eine Photovoltaikanlage funktioniert – das Prinzip selbst ist jedoch wie geschaffen für den Privatgebrauch.

Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage: Wichtige innere Zusammenhänge

Als Photovoltaik wird ausschließlich die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie bezeichnet. Das eben angesprochene Solarkraftwerk liefert also Solarstrom, betreibt aber durch die Verwendung von Dampfturbinen keine Photovoltaik. Wie funktioniert also eine Photovoltaikanlage? Kurz gesagt wird der sogenannte Photoeffekt genutzt, um durch die Absorption von Photonen eine elektrische Spannung aufzubauen.

• Vier Schichten: Jede Solarzelle wird aus vier Schichten aufgebaut, von denen zwei sogenannte Halbleiter wie z. B. Silizium sein müssen. Halbleiter wirken bei niedrigen Temparaturen isolierend, bei hohen Temperaturen hingegen leitend. Diese Halbleiter werden dotiert, also dazu gebracht eine positive oder negative Ladung zu leiten. Die anderen Schichten bestehen zum einen aus negativen Elektroden und zum anderen aus einer Grenzschicht, welche zur Trennung der entstehenden Ladung genutzt wird.

• Die Trennung: Durch die Absorption von Photonen (also Licht) wird in der Anlage eine elektrische Spannung aufgebaut. Einfach gesagt: Die Aufnahme der Photonen setzt Energie frei, welche eine Trennung von Elektronen und Atomen möglich macht. Bei der Frage “wie funktioniert eine Photovoltaikanlage” muss genau hier angesetzt werden – die negativ geladenen Elektronen bewegen sich frei im Festkörper und hinterlassen dabei positiv geladene Leerstellen.

• Die Erzeugung von Strom: Wenn die positiven und negativen Ladungen so schnell und effizient wie möglich durch die Grenzschicht voneinander getrennt werden, entsteht durch den Prozess der Photovoltaik Solarstrom. Elektronen fließen zum Kontakt auf der Rückseite der Solarzelle, die Leerstellen fließen zum Vorderseitenkontakt.

Wer noch mehr darüber erfahren will wie eine Photovoltaikanlage funktioniert, wendet sich am besten an zuverlässige Fachbetriebe. Dort werden auch tiefergehende Fragen beantwortet und auf Wunsch leicht und verständlich erklärt.