Photovoltaik

Photovoltaik ist die Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom durch den photovoltaischen Effekt in Halbleitern. Eine Solarzelle erzeugt Strom, wenn Photonen Elektronen freisetzen. Zellen werden zu Modulen zusammengefügt, zu Arrays verbunden und liefern so Strom für Gebäude, Netze oder abgelegene Anwendungen.

Am häufigsten werden kristalline Siliziumzellen verwendet (monokristallin und polykristallin). Dünnschichttechnologien wie CdTe, CIGS und amorphes Silizium ergänzen das Spektrum. Neue Materialien wie Perowskit rücken in der Forschung vor. Typische Modulwirkungsgrade liegen im Gebiet von ca. 15–22%.

PV-Systeme erzeugen Gleichstrom, der durch Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt wird. Durch MPPT wird die optimale Leistung erzielt. Typische Bestandteile sind Montagesysteme, Verkabelung, Wechselrichter, Monitoring. Netzkoppelte Anlagen speisen Einspeisungen ins öffentliche Netz ein; speicherunterstützte Systeme nutzen oft Batterien.

Historisch entstand der photovoltaische Effekt 1839; die erste praktikable Solarzelle wurde 1954 entwickelt. Seither besaßen PV-Technologien rasante Kostenrückgänge; heute ist PV eine zentrale erneuerbare Stromquelle weltweit.

Anwendungen reichen von Dachanlagen in Wohn- und Gewerbebauten bis zu großflächigen Solarparks und Off-Grid-Systemen. Vorteile sind niedrige Betriebskosten und Emissionsfreiheit. Umweltaspekte umfassen Herstellung, Betrieb, Recycling und Ressourcenverbrauch über den Lebenszyklus.

Herausforderungen sind intermittierender Betrieb, Standortabhängigkeit, Verschattung und Temperaturabhängigkeiten. Speichertechnologien, Netzintegration und politische Rahmenbedingungen beeinflussen Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit.