Das ABC der Photovoltaik: Kompliziertes einfach erklärt

Photovoltaik


Volt. Ampere. Watt. Lumen. Was steckt eigentlich hinter diesen fremdartigen Begriffen? Wir erklären die „Basics der Photovoltaik“ ganz einfach und verständlich. Versprochen!

Es beginnt mit dem frisch gebrühten Kaffee am Morgen und endet mit dem Fernsehfilm am Abend: Der Einsatz von Elektrogeräten ist aus unserem alltäglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Neuerdings sind wir immer öfter vielleicht sogar schon mit einem Auto unterwegs, das nur noch an einer E-Tankstelle betankt werden muss. Doch wer weiß schon, wie der Stromverbrauch der eigenen Waschmaschine oder die Leistung des Haartrockners angegeben wird? Und: Was sind eigentlich erneuerbare Energien? Die Welt des Stroms und vor allem der Photovoltaik ist nicht nur ob ihrer offensichtlichen Power spannend. Um aber im Begriffswirrwarr den Überblick zu wahren, haben wir ein kleines, aber garantiert hochspannendes Stromlexikon zusammengestellt.

Albedo-Effekt

Unter Albedo versteht man den Anteil an (Sonnen-)Strahlung, der von einer Oberfläche reflektiert wird. Die Albedo kann theoretisch einen Wert zwischen 0 (keine Reflexion) und 1 (komplette Reflexion) annehmen. Helle Oberflächen, z. B. Eisberge, reflektieren sehr viel Strahlung,  dunkle Oberflächen absorbieren diese hingegen eher. Das macht sich besonders an schwarzer Kleidung im Sommer bemerkbar.

Ampere

Benannt nach dem französischen Physiker und Mathematiker Andre-Marie Ampere, versteht man unter dem Begriff Ampere die physikalische Einheit für Stromstärke. Diese Einheit gibt die Menge des Stroms an, die in einer Leitung fließt. Wird die Kapazität eines Gerätes überschritten, droht eine Überhitzung der Stromleitungen – so ähnlich als ob sich zu viel Wasser in einem Rohr befindet und dieses zum Bersten bringt. 

Biodiversität

Unter dem Begriff der Biodiversität versteht man ganz einfach die Vielfalt des Lebens auf der Erde. Zu dieser Lebensvielfalt gehören alle Lebewesen und Arten, Ökosysteme und Landschaften. Ganz interessant zu wissen: Photovoltaik-Anlagen fördern die Artenvielfalt in Flora und Fauna!

Bodenqualität

Der Boden ist lebensnotwendig für Menschen, Tiere und Pflanzen. Er wirkt als Filter, speichert und verarbeitet Nährstoffe und gilt als Grundlage für die Landwirtschaft. Wird der Boden daran gehindert, als natürlicher Filter zu funktionieren, so spricht man von einer schlechten landwirtschaftlichen Bodenqualität. Solche Fläche bieten sich perfekt für Photovoltaik-Freiflächenanlagen an, da sie sonst kaum wirtschaftlich genutzt werden kann.

Bodenversiegelung

Kann der Boden keinen Niederschlag mehr aufnehmen, spricht man von einer Bodenversiegelung. Ausgangspunkt dafür sind oft Bauwerke, die den Boden völlig undurchlässig bedecken. Viele der dort normalerweise ablaufenden Prozesse werden gestoppt und der Lebensraum für viele Lebewesen und Pflanzen geht dabei verloren.

Einspeisetarif

Eines ist klar: Die Sonne liefert viel mehr Energie, als die Menschen eigentlich verbrauchen können. Ein Teil dieser gewonnenen Energie wird durch PV-Anlagen in elektrische Energie umgewandelt und den Haushalten als Strom zur Verfügung gestellt. Überschüssige Stromkontingente können dann in das lokale Verteilernetz eingespeist und durch einen frei wählbaren Stromlieferanten vergütet werden.

Elektrische Spannung

Strom fließt nicht von selbst, sondern benötigt eine elektrische Spannung als Ursache. Diese Spannung ist der Druck oder die Kraft auf die freien Elektronen. Je größer die Spannung, desto stärker der Antrieb. Der Erste, der das nachweisen konnte, war Luigi Galvani, der mithilfe von elektrischer Spannung erst Froschschenkel zucken ließ und dann sogar die erste Batterie baute.

Energieeffizienz

Die Energieeffizienz ist das Maß für den Energieaufwand. Je weniger Strom ein Gerät verbraucht, desto höher ist diese Effizienz. Sogenannte Energieeffizienzplaketten auf Waschmaschinen und Co. kennzeichnen die verschiedenen Effizienzklassen. A+++ steht für eine sehr hohe, G für eine sehr niedrige Effizienz. Das bedeutet weitergedacht: je höher, umso umweltschonender.

Erneuerbare Energien

Energieträger/-quellen, die sich ständig erneuern bzw. nachwachsen, bezeichnet man als erneuerbare bzw. regenerative Energien. Dazu zählt auf jeden Fall die Sonnenenergie, da die Sonne unendlich viel Energie liefern kann.

Energieverbrauch

Der Energieverbrauch ist die Menge der eingesetzten Energie. Diese wird von den Verbraucher*innen genutzt, z. B. in Form von aufbereiteten Erdöl-, Erdgas- und Kohleprodukten – dazu gehören Kraftstoffe (Benzin, Diesel), Heizöl, Koks und Kohle – sowie als elektrischer Strom oder Fernwärme.

FI-Schutzschalter

Der Fehlerstrom-Schutzschalter, kurz FI-Schalter, ist eine Schutzvorrichtung, die bei Fehlerströmen (zum Beispiel einem Kurzschluss) von selbst den Stromkreis abschaltet. Dieser Schalter greift bei Überlastungen der Leitungen und schützt vor lebensgefährlichen Stromschlägen. Seit 1980 ist der FI-Schalter in Österreich verpflichtend. Natürlich sind auch PV-Anlagen mit ähnlichen Sicherheitsvorkehrungen im großen Stil gesichert.

Gleichstrom

Elektrischer Strom, bei dem sich dauerhaft die gleiche Menge an Ladungsträger in eine Richtung bewegt, wird Gleichstrom genannt. Dieser lässt sich zum Beispiel mit Photovoltaikmodulen erzeugen.

Halbleiter

Als Halbleiter werden jene Stoffe bezeichnet, die sowohl Leiter als auch Nichtleiter sein können. Das bedeutet: Halbleiter können unter bestimmten Voraussetzungen Strom leiten oder eben nicht. Auch die photoaktive Schicht der Solarzelle besteht aus einem Halbleitermaterial. Dessen Leitfähigkeit wird durch die Zufuhr von Energie – bei Solarzellen in Form von Sonnenlicht – erhöht.

Kilowattstunde/kWh

Der Stromverbrauch, beispielsweise eines Haushalts, wird in Kilowattstunden angegeben. Eine Kilowattstunde (kWh) ist die Energiemenge, die bei einer (Wirk-)Leistung von einem Kilowatt (1 kW) innerhalb einer Stunde umgesetzt, also verbraucht wird.

Kristallines Silizium

Silizium, das in Form von Kristallen erstarrt ist, nennt man monokristallines Silizium. Der Begriff Erstarren bezeichnet in der Physik den Übergang eines Stoffes vom flüssigen in den festen Aggregatzustand.

Kurzschlussstrom

Unter Kurzschlussstrom versteht man den Strom, den eine kurzgeschlossene Solarzelle bzw. ein kurzgeschlossenes Solarmodul liefert. Dabei handelt es sich um die größte Stromstärke, die jeweils eine Solarzelle bzw. ein Solarmodul erbringen kann.

LED-Lampen

LED steht für „lichtemittierende Diode“ und bezeichnet ein elektronisches Halbleiter-Bauteil, das leuchtet, sobald Strom hindurchfließt. LED-Lampen leuchten heller, überhitzen nicht und benötigen kein Quecksilber. Außerdem brauchen sie sehr wenig Strom, um lange zu leuchten.

Leerlaufspannung

Die Leerlaufspannung ist die Ausgangsspannung einer Solarzelle oder eines Solarmoduls, wenn kein Verbraucher angeschlossen ist. Die Zelle oder das Modul befindet sich dabei im Leerlauf, also in stromlosem Zustand.

Lumen

Lumen ist die standardisierte Maßeinheit für den Lichtstrom einer Lampe. Diese gibt an, wie viel Licht eine Lichtquelle nach allen Seiten abstrahlt. Je höher der Lumen-Wert ist, desto mehr Licht gibt eine Lampe pro Zeiteinheit ab. Eine Glühbirne mit 40 Watt Leistung leuchtet mit ungefähr 3.000 Lumen. Das Sonnenlicht kann man zwar nicht wirklich seriös in Lumen angeben, aber nur zum Vergleich: Es gibt Berechnungen, die meinen, es habe 39,3 Quadrilliarden Lumen!

Monokristallines Silizium

Das Herstellungsverfahren von monokristallinem Silizium ist aufwendig und beansprucht viel Zeit. Es handelt sich dabei um Silizium, das in Form eines einzigen riesigen Kristalls erstarrt ist.

Ohm

Der elektrische Widerstand wird in der Maßeinheit Ohm, benannt nach dem deutschen Physiker Georg Simon Ohm, angegeben. Der Widerstand hat Einfluss auf die Stromspannung sowie die Stromstärke und damit auch auf die Stromleistung.

Ökostrom

Elektrische Energie, die aus erneuerbaren Energiequellen – wie beispielsweise Wind- oder Solartechnik – gewonnen wird, nennt man auch Ökostrom. Die Herstellung erfolgt auf ökologisch vertretbare Weise.

Photovoltaik/PV

Photovoltaik ist ein technisches Verfahren, bei dem Sonnenlicht mittels Solarzellen direkt in elektrische Energie umgewandelt wird. Treffen die Lichtphotonen des Sonnenlichts auf die Solarzelle, dann werden die Elektronen durch diese Strahlung in Bewegung gesetzt. Dadurch fließt in der angeschlossenen Leitung Strom. (Hier erklären wir das genauer -> Link zu anderem Blog-Beitrag)

Photovoltaik-Freiflächenanlage

Eine Photovoltaik-Anlage, die weder auf einem Gebäude noch einer Fassade montiert ist, nennt man Freiflächenanlage. Die leistungsstarken Photovoltaikmodule werden dabei ebenerdig auf einer freien Fläche (meist über zehn Hektar) aufgestellt und in einem optimalen Winkel zur Sonne ausgerichtet.

Polykristallines Silizium

Im Gegensatz zum monokristallinen Silizium ist das polykristalline Silizium in Form von vielen kleinen Kristallen erstarrt. Auch der Energiebedarf ist um einiges geringer, der Wirkungsgrad allerdings genauso. Enery setzt deshalb vorwiegend auf monokristalline Module.

Quarzsand

Quarzsand bezeichnet einen Typ von Sand, der einen hohen Anteil des Minerals Quarz aufweist. Er ist Ausgangsstoff für die Gewinnung von reinem Silizium, aus dem Solarzellen hergestellt werden.

Referenzzelle

Um eine Solarzelle oder ein Solarmodul qualitativ zu bewerten, wird eine Referenzzelle mit einer sehr hohen Messgenauigkeit benötigt. Sie misst die Globalstrahlung, also die gesamte an der Erdoberfläche auftreffende Solarstrahlung.

Silizium

Ausgangsprodukt für die meisten Solarzellen ist der Halbleiter Silizium. Als Bestandteil von Quarzsand ist es eines der am häufigsten vorkommenden chemischen Elemente auf der Erde.

Solargenerator

Ein Solargenerator setzt sich aus allen Solarmodulen einer PV-Anlage zusammen. Dabei handelt es sich um eine Anordnung aus mehreren auf einer gemeinsamen Tragstruktur montierten und elektrisch zusammengeschalteten Solarpanels oder -modulen.

Solarmodul

Ein Solarmodul besteht aus mehreren Solarzellen, die miteinander verbunden sind und zusammen eine elektrische Einheit bilden. Die Solarzellen befinden sich in einem gemeinsamen Gehäuse, um gegen Umwelteinflüsse geschützt zu sein.

Solarpanel

Ein Solarpanel ist eine Einheit aus mehreren mechanisch verbundenen Solarmodulen, die bereits vormontiert auf eine Baustelle gebracht werden. Es dient zum Aufbau größerer Solargeneratoren. Ein Solarpanel ist keinesfalls mit einem Solarmodul gleichzusetzen.

Solarzelle

Eine Solarzellen ist der Kernbestandteil einer Photovoltaik-Anlage. Sie wandelt Strahlungsenergie, also Sonnenlicht, direkt in elektrische Energie um.

Sonnenazimut

Besonders bei der Ausrichtung von PV-Anlagen ist der sogenannte Azimutwinkel von enormer Bedeutung. Er bezeichnet die Abweichung von einer geografisch idealen Süd-Ausrichtung und ist somit eine entscheidende Größe, die den möglichen Ertrag einer PV-Anlage bestimmt.

Sonnenhöhe

Der Höhenwinkel der Sonne über dem Horizont von Beobachter*innen wird als Sonnenhöhe bezeichnet. Die maximale Sonnenhöhe wird dabei zu Mittag erreicht. Steht die Sonne unter dem Horizont, dann ist von einer Sonnentiefe die Rede.

Sonnenkollektor

Sonnenkollektoren sind das Kernstück einer thermischen Solaranlage. Sie gewinnen Wärmeenergie aus der Strahlungsenergie der Sonne, die dann für verschiedene Zwecke, wie zum Beispiel zum Heizen, zur Verfügung steht.

Sonnenstrahlung

Kurz und knackig: Darunter versteht man die von der Sonne ausgesandte Strahlung.

Sonnenspektrum

Das Sonnenspektrum beschreibt die Intensitäts- bzw. Energieverteilung der Sonnenstrahlung in Abhängigkeit von der Frequenz bzw. der Wellenlänge.

Strom

Unter dem Begriff des elektrischen Stroms versteht man die gerichtete Bewegung von elektrischen Ladungsträgern. Strom fließt, wenn diese Träger, die sogenannten Elektronen, durch einen elektrischen Leiter (z. B. ein Kabel) fließen. Nur wenn an einem Elektrogerät Spannung „anliegt“ oder es „unter Spannung steht“, kann auch Strom fließen.

Stromnetz

Ein Stromnetz ist jenes System, welches dem Transport und der Verteilung elektrischer Energie dient. Andere Bezeichnungen wären zum Beispiel: Übertragungsnetz, Verteilnetz, Versorgungsnetz, Höchstspannungsnetz.

Stromerzeugung

Darunter versteht man die Gewinnung elektrischer Energie durch Kraftwerke. Die dabei erzeugte elektrische Energie wird wiederum über Stromnetze zu den jeweiligen Verbrauchern transportiert. Österreich hat sich dazu verpflichtet, bis zum Jahr 2030 nur noch nachhaltige Kraftwerke, wie etwa PV-Anlagen, zu betreiben.

Stromgestehungskosten

Die Stromgestehungskosten umfassen alle Kosten, die für die Erzeugung von Strom durch erneuerbare Energien auftreten. Normalerweise werden diese Kosten pro Kilowattstunde angegeben.

Stromzähler

Ein Messgerät zur Erfassung jener Strommenge, welche bereits verbraucht wurde, nennt man Stromzähler. Dabei wird der Verbrauch in Kilowattstunden ermittelt. Dies geschieht einmal im Belieferungsjahr, wenn der Stromzähler abgelesen wird.

Terawattstunde/TWh

Die Terawattstunde gilt neben der Kilowattstunde als Maßeinheit für Leistung und Energie. Eine Terawattstunde – TWh – entspricht einer Milliarde Kilowattstunden.

Umspannwerk

Ein Umspannwerk ist ein Teil des Versorgungsnetzes für elektrischen Strom und verbindet Stromkreise unterschiedlicher Spannungsebenen miteinander. Transformatoren und Schaltanlagen, in denen die elektrische Energie umgespannt und verteilt wird, sowie Einrichtungen zur Mess- und Regeltechnik sind feste Bestandteile eines Umspannwerkes.

Volt

Die elektrische Spannung wird in der Einheit Volt angegeben. Benannt nach dem italienischen Physiker Alessandro Volta, handelt es sich dabei um eine Einheit für die Kraft, mit welcher der Strom angetrieben wird.

Watt

Die Wattanzahl bei einem Elektrogerät gibt die maximale Leistung des Geräts an. Je größer diese Anzahl ist, desto mehr Energie wird auch verbraucht. Das ist perfekt, um verschiedene Geräte miteinander zu vergleichen. Berechnet wird die Leistung (P) aus Spannung (U) und Stromstärke (I) mit der Formel P=U+I.

Wechselrichter

Es handelt sich dabei um ein elektrisches Gerät, das den in der Photovoltaik-Anlage erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Diese Umwandlung ist nötig, da unsere Stromnetze und auch hausinternen Stromleitungen mit Wechselstrom arbeiten.

Wechselstrom

Im Gegensatz zum Gleichstrom ändert sich beim Wechselstrom die Richtung und die Menge der Ladungsträger regelmäßig.

Widerstand

Der elektrische Widerstand besitzt die Eigenschaft, den Strom in einem Stromkreis zu begrenzen. Er ist sozusagen mit einem Hindernis vergleichbar. Etwa so, als würde man einen Gartenschlauch einfach an einer Stelle verengen. Je stärker die Behinderung, desto größer ist der Widerstand. Auf diese Art kann man Strom exakt dosieren.

Zählerstand

Die Anzeige auf dem Stromzähler zeigt den Zählerstand an, der konkret den individuellen Stromverbrauch eines Haushalts abbildet.

✅ Text: Sandra Rainer
✅ Fotos: Enery Development AG
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