PV-Anlage: Funktionsweise und Aufbau von PV-Modulen / 2 Funktionsweise von Photovoltaik

Der Begriff "Photovoltaik" (PV) – oder auch Fotovoltaik – leitet sich ab vom griechischen Wort "Photo" für Licht und "Volt", der Einheit für die elektrische Spannung. Er beschreibt die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Photovoltaik kommt auf unterschiedlichste Weise zur Stromerzeugung zum Einsatz, so zum Beispiel als PV-Anlage auf Dachflächen von Privathaushalten, auf Freiflächen, auf Solarfahrzeugen oder auch in Taschenrechnern.

Häufig werden PV-Anlagen als Solaranlagen bezeichnet. Das ist allerdings begriffstechnisch nicht korrekt. Sowohl PV-Anlagen als auch sogenannte Solarthermie-Anlagen sind Solaranlagen, also Technologien zur Energieerzeugung, die die Kraft der Sonne nutzen – allerdings auf unterschiedliche Art (siehe Abb. 1).

Abb. 1: Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik

Solarthermie-Anlage

Solarthermie-Anlagen wandeln das eingefangene Sonnenlicht in Wärme für die Warmwasseraufbereitung und die Heizung. Um die Sonnenstrahlung solarthermisch zu nutzen, werden sogenannte Kollektoren aufgestellt. In diesen wärmeisolierten Röhrensystemen befindet sich eine Trägerflüssigkeit, die durch die Strahlungswärme der Sonne erhitzt wird. Als Trägermedium können ein öliges Gemisch aus Propylenglycol und Wasser ("Frostschutzmittel") oder reines Wasser dienen.

PV-Anlage

Bei einer PV-Anlage hingegen wird die Kraft der Sonne in elektrischen Strom umgewandelt. Die Funktionsweise von PV-Anlagen basiert auf dem sogenannten photoelektrischen Effekt. Dieser wurde erstmals 1839 von dem französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel nachgewiesen. Er experimentierte mit galvanisierten Batterien, die er mit Licht bestrahlte und bei denen er daraufhin die Zunahme von elektrischer Spannung feststellen konnte. Mit der Quantentheorie des Lichts konnte Albert Einstein 1905 den Photoeffekt zweifelsfrei beweisen. Alle modernen PV-Anlagen, die heute für die Stromgewinnung in Privathäusern, Gewerbebetrieben und Solarparks eingesetzt werden, basieren auf dem photoelektrischen Effekt.

Die ersten Silizium-Solarzellen wurden Anfang der fünfziger Jahre von der Bell Telephone Company in Massachusetts entwickelt. Sie hatten einen Wirkungsgrad von bis zu 6 %. Zum ersten Mal war damit die Voraussetzung gegeben, Solarzellen industriell herzustellen. Wegen der hohen Produktionskosten wurden Photovoltaikzellen aber zunächst nur von der NASA in der Raumfahrt eingesetzt, um die Flugkörper mit Energie zu versorgen. Erst seit Mitte der 70er-Jahre wurden mehr Solarzellen für den Einsatz auf der Erde als für die Raumfahrt produziert.