Wie funktioniert Fotovoltaik

Unter Fotovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie (in der Regel Sonnenenergie) in elektrische Energie. Bereits seit 1958 ist sie zur Energieversorgung (mittels Solarzellen) der meisten Raumflugkörper in Anwendung. Seit etlichen Jahren wird die Fotovoltaik auch auf der Erde zur Stromerzeugung eingesetzt und man findet sie z.B. auf Dachflächen, an Schallschutzwänden oder auf Freiflächen (meistens zur Netzeinspeisung in das öffentliche Stromnetz), z.B. bei Parkscheinautomaten als Inselsystem oder in kleinen, handlichen Formate, z.B. in Taschenrechnern.

Der Name setzt sich aus den Bestandteilen Photos  - das griechische Wort für Licht - und Volta  - nach Alessandro Volta, einem Pionier der Elektrotechnik – zusammen. Die Fotovoltaik gilt als Teilbereich der umfassenderen Solartechnik, die auch andere technische Nutzungen der Sonnenenergie einschließt. 

Die als Licht und Wärme auf die Erde auftreffende Menge an Sonnenenergie beträgt jährlich 1,5 · 10¹⁸ kWh; dies entspricht in etwa dem 15.000-fachen des gesamten Primärenergieverbrauchs der Menschheit im Jahre 2006. Diese Strahlungsenergie kann prinzipiell aufgefangen und teilweise in Elektrizität umgewandelt werden, ohne dass Nebenprodukte wie Abgase (beispielsweise Kohlendioxid) entstehen.

Bei der Umwandlung dieser Sonnenenergie wird der fotoelektrische Effekt ausgenutzt. Die Energiewandlung findet mit Hilfe von Solarzellen, die zu so genannten Solarmodulen verbunden werden, in Fotovoltaikanlagen statt. Die erzeugte Elektrizität kann entweder vor Ort genutzt, in Akkumulatoren gespeichert oder in Stromnetze eingespeist werden. Bei Einspeisung der Energie in das öffentliche Stromnetz wird die von den Solarzellen erzeugte Gleichspannung von einem Wechselrichter in Wechselspannung umgewandelt.

Die fotovoltaische Energiewandlung ist wegen der Herstellungskosten der Solarmodule im Vergleich zu herkömmlichen Kraftwerken heute noch deutlich teurer, wobei allerdings große Teile der Folgekosten, die bei der konventionellen Energieproduktion entstehen, nur sehr unvollständig in die heutigen Betrachtungen mit eingehen.

Das stark schwankende Strahlungsangebot erschwert den Einsatz der Fotovoltaik. Die Strahlungsenergie schwankt vorhersehbar tages- und jahreszeitlich bedingt und außerdem täglich abhängig von der Wetterlage. Sinnvoll einsetzbar ist die fotovoltaische Energiewandlung als ein Baustein in einem Energiemix verschiedener Energiewandlungsprozesse. Ohne die Möglichkeit einer wirtschaftlichen Energiespeicherung im großen Maßstab werden hierbei konventionelle Elektrizitätswerke nicht völlig zu ersetzen sein. Das Stromeinspeisungsgesetz und insbesondere das Erneuerbare-Energien-Gesetz haben zu einem Boom bei der Errichtung von Fotovoltaikanlagen in Deutschland geführt.