Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?

Wie wird aus Sonnenlicht nutzbarer Haushaltsstrom? Diese Seite erklärt die Funktionsweise von Photovoltaik – vom Photoeffekt in der Solarzelle über Strings und MPPT bis zur Umwandlung in Wechselstrom, Energiemanagement und typischen Ertragseinflüssen. Verständlich, kompakt und ohne Fachballast.

Was ist Photovoltaik?

Photovoltaik (PV) wandelt die Energie des Sonnenlichts direkt in elektrischen Gleichstrom (DC) um. Auf dem Dach bilden mehrere Module eine Anlage. Der erzeugte Strom wird über einen Wechselrichter in haushaltsüblichen Wechselstrom (AC) umgewandelt, direkt verbraucht, in einer Batterie gespeichert oder ins Netz eingespeist.

Vom Licht zum Strom: Der Photoeffekt

Solarzelle kurz erklärt

Halbleiter (meist Silizium) mit p-/n-Dotierung bildet ein elektrisches Feld.
Photonen lösen Elektronen-Loch-Paare aus; das Feld trennt sie räumlich.
Es entsteht eine Spannung; viele Zellen in Reihe erhöhen die Modulspannung.

Kennlinien & Verluste

Wirkungsgrad: Anteil des Lichts, der in Strom umgewandelt wird.
Temperaturkoeffizient: Leistung sinkt bei Wärme messbar.
Degradation: Leistungsabnahme über die Lebensdauer.

Vom Modul zum String

Mehrere Module werden zu Strings in Reihe verschaltet. Strings werden am DC-Eingang des Wechselrichters geführt. Bypass-Dioden begrenzen Schattenverluste auf Teilstränge. Stringplanung berücksichtigt Ausrichtung, Dachflächen und zulässige Spannungs-/Strombereiche des Wechselrichters.

MPPT & Wechselrichter: DC wird AC

Maximum Power Point Tracking (MPPT)

Regelt Spannung/Strom so, dass jeder MPP-Tracker den optimalen Arbeitspunkt hält.
Eigene MPPT-Eingänge erlauben unterschiedliche Ausrichtungen/Strings.
Mikro-WR/Leistungsoptimierer: je Modul-Tracking, hilfreich bei Teilverschattung.

AC-Einspeisung & Sicherheit

DC → AC mit Netzsynchronisation; Abschaltkriterien bei Netzfehlern.
NA-Schutz, Schutzorgane und normgerechte Installation sind Pflicht.
Monitoring liefert Ertrags-, Fehler- und Verbrauchsdaten.

Ertragseinflüsse: Winkel, Temperatur, Schatten

Ausrichtung/Neigung: Winkel zur Sonne bestimmt Einstrahlung.
Verschattung: Schon kleine Schatten können Strings stark begrenzen.
Temperatur: Warm = etwas weniger Leistung; gute Hinterlüftung hilft.
Verschmutzung: Pollen/Staub reduzieren den Ertrag, leichte Reinigung genügt oft.
Komponentenauslegung: Passende MPP-Spannungsfenster vermeiden Clipping/Teillastverluste.

Zum Angebotsvergleich

Speicher & Energiemanagement (Kurzüberblick)

Batteriespeicher erhöhen den Eigenverbrauch, indem sie tagsüber geladen und abends entladen werden. Das Energiemanagement priorisiert Verbraucher (z. B. Warmwasser, Wärmepumpe, Wallbox) in Sonnenstunden und nutzt Tarife/Automationen zur Kostenoptimierung.

Speicher sind optional: Prüfe Lastprofil, Ziel-Autarkie und Wirtschaftlichkeit mit und ohne Speicher.

Komponenten & Kennwerte (Überblick)

Komponente	Aufgabe	Wichtige Kennwerte	Hinweise
Solarmodul	Licht → DC-Strom	Wirkungsgrad, Leistung, Temp.-Koeff., Garantie	Bypass-Dioden, Degradation beachten
String-Verkabelung	Module → WR	Querschnitt, Spannungsfall, UV-Beständigkeit	Saubere Wege, kurze DC-Leitungen
Wechselrichter	DC → AC	MPP-Tracker, Wirkungsgrad, AC-Leistung	Strings pro MPPT, Reserve gegen Clipping
Batteriespeicher (optional)	Speichern/Abgeben	Kapazität, Zyklen, Wirkungsgrad	Hybrid-WR oder eigener BatteriewR
Energiemanagement	Lasten steuern	Schaltlogik, Schnittstellen	Verbrauch in Sonnenstunden legen
Monitoring	Transparenz	Echtzeitdaten, Alerts	Frühzeitige Fehlererkennung