Photovoltaik-Solaranlagen (PVA) erzeugen aus Sonnenlicht Strom und bestehen im wesentlichen aus folgenden Komponenten.

Sonnenlicht kann von Solarzellen unmittelbar in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Solarzelle ist ein elektrisches Bauteil, deren Hauptbestandteil ein Halbleiter, in der Regel Silizium, ist. Ein Halbleiter ist ein Material, dass weder den Isolatoren noch den Leitern zugeordnet werden kann. Die Solarzelle besteht aus zwei aneinander grenzenden und mit separaten Metallkontakten versehenen Halbleiterschichten, die jeweils so dotiert wurden, dass eine so genannte "n"-Schicht (n = negativ) mit einem Elektronenüberschuss und eine darunter liegende "p"-Schicht (p = positiv) mit einem Elektronenmangel entsteht. Dem Konzentrationsgefälle folgend, fließen die Elektronen von der n-Zone in die p-Zone, so dass sich im inneren dieser Halbleiterstruktur ein elektrisches Feld ausbildet, die so genannte Raumladungszone.
Bei einer Solarzelle ist die obere n-Schicht so dünn, dass die Photonen des einfallenden Sonnenlichts sie durchdringen können und erst in der Raumladungszone ihre Energie an ein Elektron abgeben. Das so angeregte Elektron ist beweglich und folgt dem inneren elektrischen Feld. So gelangt es aus der Raumladungszone zu den Metallkontakten der n-Schicht. Durch das Anschliessen eines Verbrauchers wird der Stromkreis geschlossen- die Elektronen fliessen über den Verbraucher zum Rückseitenkontakt der Solarzelle und wieder zur Raumladungszone zurück.

Man unterscheidet zwischen monokristallinen, polykristallinen und Dünnschichtzellen. Der Wirkungsgrad der Solarzellen ergibt sich aus dem Verhältnis der eingestrahlten Lichtleistung zur abgegebenen elektrischen Leistung. Die marktgängigsten und am häufigsten eingesetzten Solarmodule bestehen aus polykristallinen Solarzellen (Modulwirkungsgrad ca. 12-14%). Monokristalline Zellen sind in der Herstellung aufwendiger und teurer. Ein erzielter höherer Modulwirkungsgrad (ca. 13-19%) wird durch einen höheren Preis kompensiert. Einen eindeutiger ökonomischer Vorteil einer Modulart besteht daher nicht. Der Marktanteil von Silizium-Zellen liegt über 95%.
Bei den sogenannten Dünnschichtzellen wird auf Glas oder einem anderen Trägermaterial ein photoaktiver Halbleiter abgeschieden. Die Schichtdicken betragen weniger als 1 µm (Dicke eines menschlichen Haares: 50-100 µm), was die Materialkosten der Produktion verringert.
Die Stärken einer Dünnschichtzelle liegen in der guten Energieausbeute bei diffusem Licht und der geringeren Leistungsabnahme bei höheren Betriebstemperaturen. Zudem sind sie bauartbedingt unempfindlicher gegen Verschattungen. Allerdings sind die Langzeiterfahrungen mit neueren Technologien weniger gut belegt und der Stromertrag/m² aufgrund schlechterer Wirkungsgrade niedriger.
Folgende Dünnschichtzellen sind verbreitet.
Amorphe Siliziumzellen (auf Siliziumbasis)
Solarzellen aus amorphem (gestaltlosen) Silizium, das auf verschiedenen Trägermaterialien (u.a. nicht gehärtetem Glas, Metall- und Kunststofffolien) abgeschieden wird. Durch die Verwendung von Folien als Trägermaterial eignen sich amorphe Siliziumzellen gut im Flachdachbereich. Die Zellen haben eine homogene Struktur. Der Wirkungsgrad liegt bei rund 5-7%.
Kupfer-Indium-Diselenid-Zellen (CIS)
Hier kommt Kupfer-Indium-Diselenid als Halbleitermaterial zum Einsatz und haben unter allen Dünnschicht-Technologien die höchsten Wirkungsgrade (ca.9-11%). Als Trägermaterial kommt nicht gehärtetes Glas zum Einsatz. Die Zellen haben eine homogene Struktur.

Cadmium-Tellurid-Zellen
Aufdampfung einer CdTe-Absorberschicht auf nicht gehärtetem Glas. Das Verfahren stellt geringe technische Anforderungen und ist das zur Zeit günstigste Herstellungsverfahren. CdTE ist als Verbindung ungiftig und sehr stabil. Der Wirkungsgrad liegt bei 7-8,5%.

Solarmodule

Solarmodule bestehen in der Regel aus mehreren in Serie geschalteten poly- oder monokristallinen Solarzellen (siehe aber auch Dünnschichtzellen), die in Spezialfolie eingebettet werden. Mit einer Glasscheibe und Aluminiumrahmen versehen sind die Module rundrum dauerhaft wetterbeständig. Die Solarmodule sind mit einer Produktgarantie von 2-5 Jahren versehen. Zudem wird regelmäßig eine 20-25jährige Garantie auf die Leistungsabgabe der Module gegeben.

Stromgenerator

Die Solarmodule werden in der Regel auf einem Unterbau aus Edelstahl und Aluminium montiert. Durch die Verschaltung der Solarmodule über spezielle UV-beständige Kabel und Spezialsteckverbindungen entsteht das Herzstück einer PV-Anlage, der Stromgenerator.

Wechselrichter und DC-Lasttrennschalter

Die im Stromgenerator verbauten Solarmodule nehmen Sonnenenergie auf und wandeln diese unmittelbar in elektrische Energie um. Der von den Solarmodulen produzierte Gleichstrom wird über Gleichstromleitungen und einem DC-Lasttrennschalter zum Wechselrichter geleitet. Der DC-Trennschalter ermöglicht die Trennung des Photovoltaik-Stromgenerators vom Wechselrichter und damit vom Stromnetz. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in einspeisefähigen Wechselstrom. Wichtig für die Effizienz der Anlage ist hier der Wirkungsgrad des Wechselrichters, der bei Top-Modellen über 96% liegt

Stromzähler

Über einen eigenen Stromzähler wird der Strom ins Netz des Energieversorgers eingespeist. Der Zähler ermöglicht die genaue Feststellung des eingespeisten Strommenge. Die Einspeisung ist Verbrauchsunabhängig und die Abnahme durch den Netzbetreiber gesetzlich vorgeschrieben.

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