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Was ist Photovoltaik?
Der Begriff Photovoltaik (PV) drückt den Vorgang aus, der Lichtenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt (Wortursprung: griech.: Photos = Licht; Voltaik = Alessandro Volta, nach dem die Einheit für elektrische Spannung „Volt“ benannt wurde). Die erzeugte Energie kann direkt, als Inselanlage, genutzt oder ins Stromnetz der Energiekonzerne eingespeist werden. In der Regel wird sie eingespeist, man kann auch sagen „verkauft“, da sich wegen der staatlich unterstützen Einspeisevergütung finanzielle Vorteile ergeben. Neben der Umwandlung der Sonnenstrahlen in elektrischen Strom besteht auch die Möglichkeit, diese in Wärme umzuwandeln (Solarthermie).
Solaranlagen im Allgemeinen (Photovoltaik und Solarthermie) sind gekennzeichnet durch ihren modularen Aufbau. Dadurch haben sie den entscheidenden Vorteil, auf Dächern beliebiger Größe und Ausrichtung flexibel installiert werden zu können. Photovoltaikmodule bestehen wiederum aus einzelnen Zellen, in denen durch verschiedene Halbleitermaterialien Sonnenlicht in Elektrizität umgewandelt wird.
Zelltypen der Photovoltaik: Dickschicht- und Dünnschichtmodule
Es gibt unterschiedliche Arten von PV-Zellen. Die gängigste Unterscheidung erfolgt nach Materialstärke in Dickschicht- und Dünnschichtmodule. Beide Typen bestehen zum überwiegenden Teil aus Silizium, das in der Natur in unbegrenzter Menge zur Verfügung steht. Die Struktur der Zellen kann mono- oder polykristallin (homogenes Kristallgitter) sowie amorph (unregelmäßige Struktur der Atome) sein. Der Wirkungsgrad von polykristallinen fällt etwas geringer aus als der von monokristallinen Zellen (ca. 13%, abhängig von Herstellertyp). Monokristalline Standardmodule sind zwar effektiver, aber auch teurer und aus diesem Grund weniger verbreitet. Optisch zu unterscheiden sind monokristalline Module durch abgerundete Ecken und einheitliche Oberflächenstruktur, die auf ihre zylinderförmige Kristallstruktur zurückzuführen sind. Polykristalline Module hingegen sind quadratisch und weisen eine uneinheitliche Oberflächenstruktur auf.
Dickschichtmodule sind Siliziumzellen, die aus mono- oder polykristallinen Zellen bestehen. Die durchschnittliche Stärke der Module liegt bei 200 Mikrometer.
Dünnschichtmodule, die sich besonders für große PV-Anlagen eignen, bestehen aus amorphen Siliziumzellen, CIS-, oder Cadmium-Tellurid-Zellen. Cadmium-Tellourid-Module sind unabhängig von Silizium, dessen Gewinnung sehr kostenintensiv ist. Dünnschichtmodule unterscheiden sich über die Kristallstruktur hinaus von Dickschichtmodulen auch durch differente Produktionsweise und die Stärke der Schichten. Sie sind im Vergleich zu kristallinen Zellen bis zu 100mal dünner. Ihr geringerer Wirkungsgrad wird durch eine Menge ausschlaggebender Vorteile ausgeglichen, denn durch die hohe Flexibilität des Materials kann die Photovoltaikanlage neben ihrer wichtigsten Eigenschaft – der Stromerzeugung – eine Reihe weiterer Funktionen wahrnehmen. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Dichtheit des Daches durch Dünnschichtmodule zu stärken oder die Module so anzuordnen, dass sie zudem als Sonnenschutz fungieren. Eine weitere Anwendung finden die Module als Verzierung beispielsweise als Glasfassade, die in ihrer Art beliebig gestaltet werden kann. Amorphe Dünnschichtsiliziumzellen benötigen bei der Herstellung weniger Materialaufwand als Dickschichtmodule. Das erklärt den günstigeren Anschaffungspreis. Die Herstellung von CIS-Modulen basiert auf Kupfer, Indium, Selen und Gallium. Dieser Typ der Dünnschichtmodule hat unter seinen verwandten Modultypen den höchsten Wirkungsgrad.
Die PV-Zellen erzeugen durch die Sonneneinstrahlung, wenn sie in einem Stromgenerator zusammengeschalteten sind, Gleichstrom. Durch einen Wechselrichter muss dieser in Wechselstrom umgewandelt werden, damit er in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann. Ein Einspeisezähler ist notwendig für die Abrechnung mit dem Energiekonzern, an den der selbsterzeugte Strom verkauft wird.