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    Wie funktioniert Photovoltaik?

    Photovoltaikanlage

    In der Praxis beobachtet wurde das Phänomen vor etwas weniger als 200, theoretisch begründet vor etwas mehr als 100 und kommerziell erprobt vor rund 50 Jahren. Was aber ist Photovoltaik (PV) und wie funktioniert sie? 

    In Photovoltaik steckt das altgriechische Wort für Licht (Photo) und eine Einheit für Strom (Volt). Und genau darum gehts: Photovoltaik wandelt Licht über Solarzellen, bestehend aus speziellen Festkörpern, sogenannten Halbleitern, in Strom um. Eine spezielle Art dieses photoelektrischen Effekts wurde bereits 1839 beobachtet, konnte aber nicht erklärt werden. Zur Enträtselung des exakten physikalischen Vorgangs sei auf Einstein verwiesen, der für seine Lichtquantenhypothese von 1905 den Nobelpreis im Jahr 1921 erhielt. Einfach gesagt werden durch Lichteinstrahlung auf eine Solarzelle (meist Silizium, angereichert mit Phosphor und Bor) positive und negative Ladungsträger freigesetzt: Es fliesst (Gleich)strom. Allerdings hält sich die Ausbeute einer einzelnen Solarzelle, etwa so gross wie eine Handfläche, in Grenzen. Um ein Smartphone zu betreiben, bräuchte man ein halbes Dutzend solcher Solarzellen.

    Zelle, Panel, Modul, Anlage
    Eine Solaranlage besteht aus vielen Solarzellen. In der Regel werden 60 Solarzellen zu einer Platte (Panel) zusammengefasst. Ein solches Panel heisst auch Solarmodul. Eine Photovoltaikanlage besteht aus einem Dutzend bis mehreren 100 solcher Module. 1958 startete ein erster Raumfahrt-Satellit, der mit 108 Silizium-Solarzellen ausgerüstet war. Der Erfolg der Photovoltaik-Energie auf der Erde blieb aufgrund der enormen Kosten vorerst aus. Erst nach der ersten Ölkrise von 1973 wurde die Energieerzeugung mit dem heimischen Energieträger Sonne forciert. Interessant wurde Solarenergie, als sich die Herstellung von Panels auf einem erschwinglichen Preisniveau zur Massenherstellung einpendelte. Bis zum Jahr 2015 übrigens wurden weltweit 227 Gigawatt PV-Leistung installiert.

    Photovoltaik konkret am Beispiel eines Einfamilienhauses
    Der AEW Experte Louis Lutz erklärt die Funktionsweise von Solarmodulen anhand der Illustration eines Einfamilienhauses: «Die Solarmodule liefern Solarstrom über den Wechselrichter, der Gleich- in Wechselstrom umsetzt. Diese Energie kann man für Verbrauchsgeräte im Haus selbst nutzen sowie teilweise oder ganz ins öffentliche Stromnetz einspeisen. Bei einem typischen Einfamilienhaus liegt der Eigenverbrauchsanteil heutzutage zwischen 15 und 30 Prozent. Mit einer Batterie kann der überschüssige Strom gespeichert und der Eigenverbrauchsanteil auf etwa das Doppelte erhöht werden.»

    Urs Scheidegger 

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