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Die Funktionsweise von Photovoltaik basiert darauf, dass eine Photovoltaik-Anlage Sonnenlicht mithilfe von Halbleitermaterialien direkt in elektrischen Strom umwandelt. So lässt sich mit kostenloser Sonnenenergie eigener Strom produzieren.

Wir erklären Ihnen, wie genau das funktioniert.

Funktionsweise von Photovoltaik

 

  • Photovoltaik wandelt Sonnenlicht durch den photovoltaischen Effekt in Strom um.
  • Silizium-Solarzellen erzeugen dabei Gleichstrom, der vom Wechselrichter in nutzbaren Wechselstrom umgewandelt wird.
  • Eine PV-Anlage besteht aus Solarmodulen, Wechselrichter, Kabeln, Stromzähler und optionalem Speicher.

Wie funktioniert Photovoltaik?

 

Photovoltaik funktioniert über den sogenannten photovoltaischen Effekt, der Sonnenlicht in Strom umwandelt. Er wurde bereits 1839 von Alexandre Becquerel entdeckt und ermöglicht die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie.

So funktioniert der Photovoltaik-Effekt:

  • Sonnenlicht besteht aus Photonen, die auf die Solarzellen treffen und absorbiert werden.
  • Die Solarzellen bestehen aus Silizium, das mit anderen Elementen angereichert wurde.
  • Durch diese "Dotierung" entstehen 2 unterschiedlich geladene Schichten:
    • Eine negativ geladene Schicht mit überschüssigen Elektronen
    • Eine positiv geladene Schicht mit Elektronenmangel

 

An der Grenzfläche zwischen diesen Schichten bildet sich ein elektrisches Feld. Sobald die Lichtenergie auf die Solarzelle trifft, werden Elektronen aus ihrer Bindung gelöst und durch dieses Feld in Bewegung gesetzt. Diese gerichtete Bewegung der Elektronen erzeugt einen elektrischen Gleichstrom, den der Wechselrichter anschließend in nutzbaren Wechselstrom umwandelt.

 

Schon gewusst?

Laut Statista lag im Jahr 2024 die Menge der vermiedenen Treibhausgas-Emissionen durch den Einsatz von Solaranlagen in Deutschland bei rund 49,6 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalenten.

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Wie ist eine Photovoltaik-Anlage aufgebaut?

Eine Photovoltaik-Anlage besteht aus mehreren Komponenten, die zusammenarbeiten, um Sonnenlicht in nutzbaren Strom für Ihr Zuhause umzuwandeln.

Solarmodule

Die Solarmodule werden meist auf dem Dach montiert und fangen das Sonnenlicht ein. Ein Modul besteht aus vielen einzelnen Solarzellen, die miteinander verbunden sind. Je nach Größe Ihrer Anlage werden mehrere Module zusammengeschaltet. Die Module gibt es in verschiedenen Ausführungen, etwa polykristallin, monokristallin oder als Dünnschichtzelle.

Solarkabel

Die Solarkabel verbinden die Solarmodule mit dem Wechselrichter. Sie sind speziell für den Außeneinsatz konzipiert und müssen UV-beständig, witterungsfest und langlebig sein. Die Kabel transportieren den erzeugten Gleichstrom sicher vom Dach ins Hausinnere.

Wechselrichter

Der Wechselrichter wandelt den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in den haushaltsüblichen Wechselstrom um. Ohne diese Umwandlung können Sie den Solarstrom nicht für Ihre Haushaltsgeräte nutzen. Moderne Wechselrichter sind zudem intelligent und liefern wichtige Daten zur Leistung Ihrer Anlage.

Stromzähler

Für eine netzgekoppelte Photovoltaik-Anlage benötigen Sie spezielle Stromzähler. Ein Einspeisezähler misst, wie viel Strom Sie ins öffentliche Netz einspeisen. Ein Bezugszähler erfasst, wie viel Strom Sie aus dem Netz beziehen. Bei neueren Anlagen kommt oft ein digitaler Zweirichtungszähler zum Einsatz, der beide Funktionen vereint.

PV-Speicher

Eine PV-Anlage mit Speicher speichert überschüssigen Solarstrom, den Sie tagsüber erzeugen, aber nicht sofort verbrauchen. Abends oder bei schlechtem Wetter können Sie dann auf diesen gespeicherten Strom zurückgreifen, statt teuren Netzstrom zu kaufen. So erhöhen Sie Ihren Eigenverbrauch und Ihre Unabhängigkeit vom Stromversorger.

Energiemanagement

Ein Energiemanagementsystem steuert, wann welche Geräte mit Solarstrom betrieben werden, wann der Speicher geladen oder entladen wird und wann Strom ins Netz eingespeist wird. Es ist nicht zwingend notwendig, kann aber eine sinnvolle Ergänzung sein.

Moderne Systeme lassen sich per App steuern und geben Ihnen detaillierte Einblicke in Ihre Energieerzeugung und Ihren Verbrauch. So können Sie Ihre Haushaltsgeräte gezielt dann einschalten, wenn viel Solarstrom zur Verfügung steht.

Wie ist eine Solarzelle aufgebaut?

Solarzellen bestehen überwiegend aus Silizium. Das ist ein Halbleitermaterial, das aus gewöhnlichem Sand gewonnen wird. Je nach Herstellungsverfahren entstehen monokristalline, polykristalline oder amorphe Zellen.

Monokristalline Solarzellen:

  • Hergestellt aus einem einzigen, reinen Siliziumkristall
  • Erkennbar an der einheitlich dunklen, meist schwarzen Farbe
  • Höchster Wirkungsgrad (18–22 %)
  • Teurer in der Herstellung, aber platzsparender bei gleicher Leistung
  • Besonders geeignet für begrenzte Dachflächen

 

Polykristalline Solarzellen:

  • Bestehen aus vielen kleinen Siliziumkristallen
  • Charakteristisches, blau schimmerndes Aussehen mit sichtbarer Kristallstruktur
  • Mittlerer Wirkungsgrad (15–17 %)
  • Kostengünstiger in der Herstellung
  • Gutes Preis-Leistungs-Verhältnis für größere Dachflächen

Amorphe Solarzellen:

  • Dünne Schicht aus ungeordnetem (amorphem) Silizium
  • Dunkelbraune bis schwarzgraue Färbung
  • Niedrigerer Wirkungsgrad (6–8 %)
  • Sehr flexibel und in verschiedenen Formen herstellbar
  • Funktionieren auch bei diffusem Licht und höheren Temperaturen gut

 

Wie funktioniert eine Solarzelle?

Der p-n-Übergang macht die Stromerzeugung möglich:

  • Die obere Schicht wird mit Phosphor angereichert (n-dotiert) und enthält überschüssige Elektronen.
  • Die untere Schicht wird mit Bor angereichert (p-dotiert) und weist "Löcher" auf.
  • An der Grenzfläche entsteht ein elektrisches Feld.
  • Sonnenlicht löst Elektronen, die durch dieses Feld in Bewegung gesetzt werden.
  • Diese Bewegung erzeugt elektrischen Strom, der über Kontakte abgeleitet wird.

Was sind Einsatzgebiete von Photovoltaik?

 

PV-Anlagen können für viele Anwendungen im Alltag genutzt werden, etwa im Haushalt, im Garten oder für größere Verbraucher wie Elektroautos oder Wärmepumpen.

 

Alltagsgeräte

Kleine Solarzellen versorgen Taschenrechner, Uhren und Outdoor-Ladegeräte mit Energie. Diese Anwendungen funktionieren unabhängig vom Stromnetz und sind besonders praktisch für unterwegs oder in abgelegenen Gebieten.

Mit einem Solardach betreiben Sie Haushaltsgeräte mit selbst erzeugtem Strom und senken Ihre Energiekosten erheblich. Ein intelligentes Energiemanagement optimiert dabei den Eigenverbrauch.

Gartengeräte

Im Garten sorgen Solarleuchten, Bewässerungssysteme und sogar Rasenmäher mit Solarladefunktion für umweltfreundlichen Betrieb ohne Kabelverlegung. Sie nutzen die Sonnenenergie genau dort, wo sie entsteht.

Für Wärmepumpen

Die Kombination aus Photovoltaik und Wärmepumpe ist besonders effizient. Der Solarstrom treibt die Wärmepumpe an, die damit Ihr Haus heizt und Warmwasser bereitet – eine wirtschaftliche Lösung für die gesamte Gebäudeenergie.

Elektroautos

Mit dem Strom Ihrer Photovoltaik-Anlage laden Sie Ihr Elektroauto nahezu kostenlos. Eine Wallbox in Verbindung mit einer Solaranlage für zu Hause macht das Laden einfach und effizient. So fahren Sie emissionsfrei und mit selbst erzeugtem Strom.

Vorteile der Funktionsweise von Photovoltaik

 

Photovoltaik bringt durch seine Funktionsweise vor allem den Vorteil mit, dass es mithilfe von Sonnenenergie statt fossilen Brennstoffen funktioniert:

Sonnenenergie ist frei verfügbar und kostenlos.

  • Sonnenlicht ist ein kostenloser Energielieferant
  • Einmalige Investition, danach jahrzehntelange Stromproduktion
  • Nach Amortisation produzieren Sie Strom praktisch zum Nulltarif
  • Typische Lebensdauer von 25 Jahren und mehr

 

PV erzeugt keine Treibhausgase.

  • Im Betrieb völlig emissionsfrei – kein CO₂, kein Feinstaub, keine Schadstoffe
  • Energetische Amortisation bereits nach etwa 2Jahren
  • Aktiver Beitrag zum Klimaschutz durch Ersatz fossiler Energieträger
  • Geräuschloser Betrieb ohne Belästigung der Umgebung

 

PV-Anlagen bestehen größtenteils aus Silizium.

  • Silizium ist in Form von Sand nahezu unbegrenzt verfügbar
  • Keine Abhängigkeit von seltenen Rohstoffen
  • Module sind zu über 90 % recycelbar
  • Herstellungsprozesse werden kontinuierlich effizienter und umweltfreundlicher

 

Für Photovoltaik ist kein zusätzlicher Platz benötigt.

  • Nutzung bereits vorhandener Flächen wie Dächer oder Fassaden
  • Doppelte Flächennutzung – besonders vorteilhaft in dicht besiedelten Gebieten
  • Harmonische Integration in die Gebäudearchitektur möglich
  • Auch Carports, Garagendächer oder Nebengebäude eignen sich für die Installation

Funktionsweise von Photovoltaik: Unser Fazit

 

Die grundlegende Funktionsweise von Photovoltaik ist simpel: Sonnenlicht trifft auf Solarzellen und erzeugt elektrischen Strom – direkt, emissionsfrei und mit minimalem Wartungsaufwand. 

 

Die Anwendungsgebiete haben sich in den letzten Jahren deutlich erweitert. Neben der klassischen Stromversorgung im Haushalt unterstützen Photovoltaik-Anlagen heute Wärmepumpen, laden Elektroautos und versorgen zahlreiche Geräte im Alltag mit Energie.

 

Informieren Sie sich jetzt über die Möglichkeiten einer Photovoltaik-Anlage für Ihr Eigenheim. Unsere Fachleute analysieren Ihre individuelle Situation, zeigen konkrete Einsparpotenziale auf und machen Ihnen ein faires Angebot.

Wissen

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen einer Solaranlage und einer Photovoltaik-Anlage?

Bei den Begriffen “Solaranlage” und “Photovoltaik-Anlage" handelt es sich um Synonyme. Beide bezeichnen eine Anlage, die Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandelt.

Funktioniert Photovoltaik auch ohne Sonne?

Ja, eine Photovoltaik-Anlage funktioniert auch bei bewölktem Himmel, allerdings mit deutlich reduzierter Leistung. Bei diffusem Tageslicht erzeugt die Anlage etwa 10–25 % ihrer Maximalleistung. Nachts oder bei völliger Dunkelheit kann jedoch kein Strom erzeugt werden.

Wie funktioniert ein Solarpark?

Ein Solarpark ist eine großflächige Photovoltaik-Anlage auf Freiflächen. Die Funktionsweise gleicht der einer Dachanlage, nur im industriellen Maßstab. Tausende Solarmodule werden auf Gestellen montiert und über leistungsstarke Wechselrichter und Transformatoren ans Stromnetz angeschlossen. Die Anlagen entstehen meist auf Konversionsflächen oder entlang von Verkehrswegen und kombinieren heute oft Stromerzeugung mit Naturschutzmaßnahmen.