Photovoltaik-Grundlagen: Wie funktioniert Solarstrom wirklich?

Der photoelektrische Effekt

Photovoltaik nutzt den photoelektrischen Effekt: Wenn Lichtpartikel (Photonen) auf halbleitende Materialien – meist Silizium – treffen, lösen sie Elektronen aus ihrer Bindung. Diese freien Elektronen erzeugen einen elektrischen Strom.

Albert Einstein hat diesen Effekt 1905 erklärt (wofür er 1921 den Nobelpreis bekam). Heute ist es die Grundlage für Milliarden von Solarmodulen weltweit.

Das Besondere: Der Effekt ist direkt und abnutzungsfrei. Kein bewegtes Teil, kein Verschleiß. Ein Solarmodul hat theoretisch eine unbegrenzte Lebensdauer – die Degradation (Leistungsabnahme) beträgt nur ca. 0,3–0,5 % pro Jahr.

Aufbau eines Solarmoduls

Ein Solarmodul besteht aus mehreren Schichten:

1. Deckglas (3–4 mm, gehärtet): Schützt vor Hagel, UV und Feuchtigkeit
2. Einbettmaterial (EVA-Folie): Hält alles zusammen und abdichtet
3. Solarzellen (z.B. monokristallines Silizium): Erzeugen den Strom
4. Rückseitenfolie oder Rückseiten-Glas: Schützt die Rückseite
5. Aluminiumrahmen: Gibt Stabilität und Montagemöglichkeiten

Die einzelnen Zellen sind in Serie und Parallel verschaltet, um die gewünschte Spannung und Stromstärke zu erreichen. Ein typisches Modul hat 60–72 Zellen.

Was bedeutet Watt Peak (Wp)?

Watt Peak (Wp) ist die Nennleistung eines Moduls unter Standardtestbedingungen (STC):
- Einstrahlung: 1.000 W/m²
- Modultemperatur: 25 °C
- Luftmasse: AM 1.5

In der Realität werden diese idealen Bedingungen selten erreicht. Bei Hitze sinkt die Leistung (Silizium leitet schlechter bei hohen Temperaturen), bei Bewölkung auch. Typisch sind 85–90 % der Nennleistung im Jahresschnitt.

Faustregel: 1 Wp liefert in Deutschland etwa 0,85–1,0 kWh Strom pro Jahr.

Der Wechselrichter: Gleichstrom wird Wechselstrom

Solarmodule erzeugen Gleichstrom (DC). Haushaltsgeräte und das Stromnetz arbeiten mit Wechselstrom (AC, 230 V, 50 Hz). Der Wechselrichter übernimmt die Konvertierung.

Moderne Wechselrichter für Balkonkraftwerke haben:
- Wirkungsgrade von 95–97 %: 95 von 100 erzeugten Watt kommen als Wechselstrom an
- MPPT (Maximum Power Point Tracking): Findet den optimalen Arbeitspunkt der Module
- Schutzfunktionen: Trennt bei Netzausfällen automatisch ab (Sicherheit für Elektriker)
- Monitoring: Über WLAN-App ist die Leistung in Echtzeit abrufbar

Wie viel Strom liefert eine Anlage?

Der Jahresertrag einer Anlage ergibt sich aus:

Die Vollbenutzungsstunden variieren je nach Standort und Ausrichtung:

Eine 600 Wp Anlage in Mitteldeutschland Südausrichtung liefert also:
0,6 kWp × 900 h = 540 kWh/Jahr

Was beeinflusst den Ertrag?

Positiv:
- Südausrichtung mit 30–35° Neigung (optimal)
- Hochwertige monokristalline Module (Wirkungsgrad 20–23 %)
- Kühlung (Module werden im Sommer heiß → Leistungsverlust)
- Regelmäßige Reinigung (Staub, Vogelkot)

Negativ:
- Verschattung: Schon 10 % Verschattung = bis zu 30 % Leistungsverlust
- Hohe Temperaturen: Über 25 °C sinkt der Wirkungsgrad um 0,4 %/°C
- Alterung: ~0,4 % Degradation pro Jahr
- Leitungsverluste: Bei langen Kabelwegen > 1 % Verlust

Mit diesem Grundwissen bist du bestens gerüstet, um Angebote zu vergleichen und einen geeigneten Standort zu wählen. Nutze unseren Balkonkraftwerk-Rechner, um deinen persönlichen Ertrag zu berechnen.