Photovoltaik

In diesem Beitrag wollen wir nur einen groben Überblick über die allgemeine Funktion und den Nutzen der Photovoltak darlegen. Weitere und detailreichere Informationen über PV-Anlagen sind in späteren seperaten Beiträgen geplant.

Solarzellen, Solar-Module :
bei PV-Anlagen wird mit Hilfe von "Solarzellen" Strahlungsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Je mehr Strahlungsenergie auf die Solarzelle trifft, desto mehr elektrische Energie steht zur Verfügung. Die Solarzellen bestehen aus Halbleiter unterschiedlicher Elemente, wie z.B Silizium, Germanium und weiteren Grundelementen aus der Halbleitertechnik. Es gibt Monokristaline und Polykristaline Solarzellen, die zwar grundsätzlich ähnliche aber nicht ganz identische Eigenschaften aufweisen. So haben Monokristaline Solarelemente eine stärkere Ausrichtungs-Empfindlichkeit als Polykristaline Zellen. Das bedeutet, der Ertrag ist bei exakter Ausrichtung (90° Winkel zur Sonnenstrahlung) bei monokristalinen Zellen höher als bei poykristalinen Zellen, gleicher Fläche, aber bei abweichender Strahlungsrichtung fällt der Ertrag auch deutlich schneller ab, als bei poykristalinen Zellen. Polykristaline Zellen werden daher vorzugsweise bei ungünstigeren Ausrichtungssituationen eingesetzt. Monokristaline Zellen eher bei guter Ausrichtung gegenüber dem Sonnenstand, wegen des höheren Ertrages.
Generell erzeugen Solarzellen eine Gleichspannung. In einem Solarmodul oder auch Solarpanel genannt (handelsübliche Bauweise 1,5 bis 2 Quadratmeter) sind mehrere Zellen zu einem Strang hintereinander geschaltet (Reihenschaltung) und mehrere identische Stränge innerhalb eines Modules dann paralell. Solarmodule in dieser Bauform haben eine ungefähre Leistung von 200 bis 400 Wp (Watt-peak). Die Bezeichung "Peak" bringt zum Ausdruck, dass es sich um die Spitzenleistung handelt, also um die maximale Leistung, die dieses Modul/Panel bei absolut exakter Ausrichtung auf die Sonne erzeugen kann. 
Jedes Solarmodul/-Panel hat eine Anschlussstelle (Klemmen), mit denen es elektrisch untereinander und an den Umwandler angeschlossen werden kann. In PV-Anlagen werden dann wiederum mehrere Solarmodule hintereinander (in Reihe) geschaltet und als Strang bezeichnet. Es können dann wiederum mehrere Stränge paralell geschaltet werden und gemeinsam oder einzeln an den Umformer, einen Wechselrichter angeschlossen werden. Dabei ist allerdings strikt darauf zu achten, dass alle Module in einem Strang (Reihe) identisch sein müssen und auch genau die selbe Ausrichtung gegenüber der Sonne haben, da sie sich sonst gegenseitig negativ beeinflussen würden. Wenn mehrere Stänge paralell geschaltet werden, müssen alle paralell geschalteten Stränge exakt die selben Eigenschaften haben (Typ, Anzahl und Ausrichtung der Module). 
Wechselrichter:
Da Solarzellen lediglich Gleichspannung (Gleichstrom) erzeugen, eignet sich dieser, von der Speicherung in Batterien einmal abgesehen, in den seltensten Fällen für elektrische Verbraucher oder gar zur Einspeisung in Stromnetze. Mit Wechselrichtern kann diese Gleichstrom-Leistung in Wechselstrom oder sogar in 3-phasigen Drehstrom ("Starkstrom") umgewandelt werden. Um unterschiedliche Stränge oder verschiedene Ausrichtungen innerhalb einer Solaranlage zu berücksichtigen und auch um die entsprechende Leistung umzusetzen haben Wechselrichter in der Regel mehrere Eingange, die unabhängig voneineander sind. Mehrere Wechselrichter, mit unterschiedlich beschalteten und unabhängigen Eingängen werden dann auf der Ausgangsseite (Wechsel- bzw. Drehstromanschluss) als eine PV-Anlage zusammengeschaltet. Auf diese Weise kann man PV-Anlagen in praktisch unbegrenzer Dimension erhalten.
Ob wir nun den erzeugten Strom selbst verbrauchen, ins öffentliche Stromnetz einspeisen oder in Batterien zwischenspeichern ist prinzipiell nur eine Entscheidung der Nutzungsmöglichkeiten, die letztendlich wirtschaftliche Gründe hat. Die Rentabilität einer PV-Anlage ist letztendlich durch die Finanzierung der Solar-Module, der Wechselrichter, der Montagekosten und die Strombezugsersparnis, sowie die Einspeisevergütung zu ermitteln, wenn man einmal von Betriebskosten, wie Reparaturen, Versicherung, Instandhalung Kapital-Kosten absieht.