In Photovoltaik-Anlagen wird das Sonnenlicht durch den photoelektrischen Effekt direkt in elektrischen Strom umgewandelt. Damit dies gelingt, sind speziell bearbeitete Werkstoffe nötig, z.B. Silizium. Dieses wird durch Zugabe anderer Stoffe dotiert.
Photovoltaik
Abhängig vom zugegebenen Stoff hat das Silizium einen Elektronen-Überschuss (negativ, n) oder einen Elektronen-Mangel (positiv, p). Bringt man zwei unterschiedlich dotierte Siliziumschichten zusammen, bildet sich ein sogenannter p-n Übergang und ein elektrisches Feld zwischen ihnen.
Trifft Sonnenlicht auf eine Photovoltaik-Zelle, so nehmen Elektronen die Strahlungsenergie auf. Durch das elektrische Feld wird das Ladungsträgerpaar in Elektron und Leerstelle getrennt. Über metallische Kontakte auf der PV-Zelle wird eine Spannung abgegriffen. Beim Anschluss eines Verbrauchers fließt ein Gleichstrom.
Da eine PV-Zelle eine sehr geringe Spannung hat, werden üblicherweise mehrere Photovoltaik-Zellen elektrisch in Reihe geschalten und ergeben ein PV-Modul, welches eine höhere Spannung hat. Das Modul wird durch eine Glasscheibe und einen Aluminiumrahmen vor Einwirkungen geschützt.
Für die Vergleichbarkeit werden die Module unter genormten Bedingungen auf ihre elektrische Leistung getestet, die in Wattpeak angegeben wird.
Die Normbedingungen sind auf eine Einstrahlungsstärke von 1000 W/m², AM = 1,5 und 25 °C Modultemperatur festgelegt. In der Realität kommen (in Deutschland selten) auch höhere Einstrahlungswerte als 1000 W/m² vor.
Der Zusatz “peak” deutet darauf hin, dass dies die maximale Leistung ist, die die Anlage abgeben kann. Zu beachten ist allerdings, dass es sich um die maximale Leistung bei festgesetzten Normbedingungen handelt.
Photovoltaik-Module erreichen in der Massenproduktion reale Wirkungsgrade bis maximal 20 %. Wenn wir uns erinnern, dass die Sonne in Deutschland pro Jahr etwa 1000 kWh auf die Fläche eines Quadratmeters einstrahlt, kann ein PV-Modul mit 1 m² Fläche also maximal 200 kWh elektrischen Strom produzieren.
Eine weitere wichtige Kennzahl von PV-Anlagen bzw. PV-Modulen ist die Auslastung, also die Anzahl der Volllaststunden. Sie liegt in Deutschland im Durchschnitt bei etwa 800 – 1000 Volllaststunden pro Jahr. Das heißt, pro installiertem kWpeak produziert eine Photovoltaik-Anlage in Deutschland je nach Standort etwa 800 – 1000 kWh elektrischen Strom.
