Photovoltaik bezeichnet einen Prozess, bei dem Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Begriff setzt sich aus dem altgriechischen Wort phos für Licht und der Einheit Volt für elektrische Spannung zusammen.

Das Potenzial der Sonne als Energiequelle machen die folgenden Zahlen deutlich: Angenommen, man könnte die Sonnenenergie zu 100% nutzen, dann wäre etwa eine Stunde Sonneneinstrahlung auf der Erde ausreichend, um den weltweiten Jahresbedarf an Energie zu decken. Anders ausgedrückt, kommt von der Sonne täglich das Fünfzigfache dessen, was an Energie auf der Erde benötigt wird.

Die Erzeugung elektrischer Energie findet in Solarzellen statt. Der Grundstoff, aus dem diese Zellen aufgebaut sind, ist meistens Silizium, das ungiftig und nahezu unbegrenzt verfügbar ist: Silizium ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element der Erde. Die Möglichkeit der photovoltaischen Stromerzeugung wurde bereits im 19. Jahrhundert entdeckt. Zum Einsatz kam die Photovoltaik erstmals Ende der 1950er Jahre in der Satellitentechnik. Inzwischen wird sie weltweit zur Erzeugung sauberen Stroms genutzt. Auch in Taschenrechnern, Armbanduhren oder Parkscheinautomaten kommen Solarzellen täglich zum Einsatz. Die Stromerzeugung in Solarzellen erfolgt lautlos und ohne Ausstoß von Emissionen.

Eine Photovoltaik-Anlage besteht aus mehreren Solarmodulen, die miteinander zu Strängen, den so genannten Strings, verbunden werden. Die Gesamtheit aller miteinander verbundenen Solarmodule bezeichnet man als Solargenerator. Die Module werden auf einer Unterkonstruktion montiert. Ein Wechselrichter wandelt den vom Solargenerator erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um, der in das Stromverbundnetz eingespeist werden kann. Bei Inselanlagen für den Eigenverbrauch wird die erzeugte Energie teilweise in einem Akkumulator zwischengespeichert.

Solarzellen werden aus unterschiedlichen Materialien hergestellt und unterscheiden sich in ihren Eigenschaften und Leistungsdaten voneinander. Am häufigsten sind Solarzellen auf der Basis von kristallinem Silizium aufgebaut, das aus Quarzsand gewonnen wird. Das Silizium wird zu mono- oder polykristallinen Zellen verarbeitet. Daneben gibt es Dünnschichtzellen, die meistens aus amorphem Silizium bestehen, teils aber auch aus anderen Materialien wie Kupfer-Indium-Selenid (CIS) oder Cadmium-Tellurid (CdTe). Außerdem gibt es so genannte Tandemzellen, die aus einer Kombination von mikrokristallinem und amorphem Silizium aufgebaut sind.

Vereinfacht gesagt, ist eine Solarzelle aus zwei Halbleiterschichten aufgebaut. Das Material der Halbleiter ist in den überwiegenden Fällen Silizium. Die Halbleiterschichten werden unterschiedlich elektrisch dotiert, das bedeutet, dass ihre elektrische Leitfähigkeit durch das Einbringen von Fremdatomen beeinflusst wird. Der in der Solarzelle erzeugte Strom wird mittels Elektroden abgenommen, die auf der Vorder- und Rückseite aufgebracht sind. Auf der Rückseite wird dabei die gesamte Fläche ausgenutzt; auf der Vorderseite befindet sich ein gitterförmiges Elektrodennetz, um möglichst viel Sonnenlicht durchzulassen. Die Vorderseite wird mit einer Antireflexschicht überzogen, damit so wenig Licht wie möglich reflektiert wird.

Zur Herstellung monokristalliner Solarzellen wird in das eingeschmolzene Rohmaterial ein Siliziumkeim eingebracht und unter ständigem Drehen langsam wieder herausgezogen. Das geschmolzene Silizium lagert sich daran ab und nimmt die kristalline Struktur des Keims an. Der so entstandene Stab wird in dünne Scheiben zu so genannten Wafern gesägt.

Zur Herstellung polykristalliner Solarzellen wird das geschmolzene Silizium in Blöcke gegossen. Beim Abkühlen des Materials entsteht eine unregelmäßige Kristallstruktur. Die Blöcke, auch Ingots genannt, werden in kleinere Einheiten, die Bricks geteilt und anschließend zu Wafern gesägt.

Für die Produktion von Dünnschichtzellen wird die Solarzellenschicht auf Glas oder Kunststoff aufgedampft. Dafür kommen Silizium oder auch andere Halbleitermaterialien zum Einsatz.

Bei Lichteinfall auf die Solarzelle schlagen winzige Lichtteilchen, die Photonen, aus der dem Licht zugewandten negativ dotierten Halbleiterschicht Elektronen heraus. An der Stelle des Elektrons bleibt ein Loch zurück, das positiv geladen ist. Am Übergang zwischen den unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten entsteht ein elektrisches Feld. Dieses elektrische Feld sorgt dafür, dass die Ladungsträger getrennt bleiben und zu den beiden Seiten der Solarzelle wandern; dabei entsteht elektrische Spannung. Ähnlich wie bei einer Batterie entsteht auf der Vorderseite der Solarzelle ein Minuspol und auf der Rückseite ein Pluspol. Sobald an diese Zelle ein Stromverbraucher angeschlossen wird, fließt Strom.

Eine einzelne Solarzelle aus Silizium mit einer Größe von 15,6 x 15,6 cm liefert etwa 4 Watt Leistung bei einer Spannung von etwa 0,5 Volt. Standardmodule bestehen aus 36 bis 72 Solarzellen.

Ja! Bislang wurde der Strom aus erneuerbaren Energiequellen überwiegend in das öffentliche Verbundnetz eingespeist und mit einem bestimmten Tarif vergütet, dessen Höhe von der Kapazität der Anlage und dem Zeitpunkt ihrer Inbetriebnahme abhängt. Seit 2009 haben die Anlagenbetreiber die Möglichkeit, ihren Strom ganz oder teilweise selbst zu nutzen. Diese unter dem Namen "Eigenverbrauchsoption" bekannte Alternative zur Volleinspeisung wird zunehmend attraktiver. Die zweistufige Vergütung für den Eigenverbrauch ist an den Tarif für die Netzeinspeisung gekoppelt. Alle wichtigen Informationen zur Eigenverbrauchsoption finden Sie hier im Überblick.

Mit Degradation bezeichnet man den Alterungsprozess von Solarzellen und damit das Nachlassen ihres Wirkungsgrads. Bei kristallinen Zellen ist dieser Prozess sehr viel geringer, als bislang vermutet wurde. Bei Dünnschichtzellen ist die Degradation ausgeprägter und tritt insbesondere in den ersten Monaten auf. Der Ertrag der Zellen wird von den meisten Herstellern durch eine Leistungsgarantie abgesichert. Für alle von SunEnergy Europe verwendeten Module gilt eine Leistungsgarantie von 90% über zehn Jahre und 80% über 20 Jahre.

Solaranlagen gibt es in unterschiedlichen Größenordnungen zur Installation auf oder an Gebäuden oder auf Freiflächen. Wir bauen und planen große Solarkraftwerke auf Freiflächen, PV-Anlagen für Landwirtschaft, Industrie und Gewerbe und stellen individuelle Lösungen für Einfamilienhäuser zusammen. Mit unserem Bausatz, der Energiehalle, dem SolarParkDach, den Eigenverbrauchssystemen, Großanlagen sowie Insel- und Speichersystemen haben wir ein breites Angebot für jeden, der Strom aus Sonnenenergie erzeugen möchte.

Der Ertrag einer Photovoltaik-Anlage wird durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst. Wesentliche Bedeutung haben Ausrichtung und Neigungswinkel der Anlage zur Sonne und mögliche Verschattungen am Standort. Die Einstrahlungsverhältnisse der Sonne auf die Anlage ändern sich naturgemäß im Tages- und Jahresverlauf ständig. Über das Jahr gesehen erzielt man die maximale Sonneneinstrahlung in Deutschland auf nach Süden ausgerichteten Flächen mit Modulen, die der Sonne in einem Winkel von etwa 30° zugeneigt sind. Horizontale Flächen erzielen einen deutlich geringeren Ertrag und sind zudem stärker von Leistungseinbußen durch Verschmutzung betroffen, weil der Schmutz nicht so leicht durch Regenwasser oder Wind entfernt wird. 

Die optimalen Bedingungen werden in Deutschland nur selten erreicht; allerdings haben geringfügige Abweichungen davon keinen gravierenden Einfluss auf den Ertrag. Wichtig für den Ertrag sind eine möglichst geringe Verschattung der Anlage und eine gute Hinterlüftung der Solarmodule, da sie bei steigender Temperatur an Leistungsfähigkeit verlieren.

Bei entsprechender Neigung der Module reicht die natürliche Reinigung durch Regenwasser in der Regel aus. Dennoch ist es sinnvoll, die Module regelmäßig auf Verschmutzung hin zu kontrollieren und gegebenenfalls mit Wasser zu reinigen, um Ertragsverluste zu vermeiden.

Auch bei bewölktem Himmel produziert eine Solaranlage Strom, weil die Module nicht nur bei direkter Sonneneinstrahlung funktionieren, sondern auch den sogenannten diffusen Anteil des Lichtes nutzen.