Unter Photovoltaik (oder Fotovoltaik) versteht man die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie mittels Solarzellen.
Der physikalische Hintergrund, der photoelektrische Effekt, ist seit langem bekannt. Er wurde bereits im Jahre 1839 von dem französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt. Der Name Photovoltaik setzt sich aus den Bestandteilen Photos (Genitiv von altgr. φῶς phos ‚Licht‘) und Volta (von Volt als Einheit der elektrischen Spannung – nach Alessandro Volta) zusammen.
Schon seit 1958 wird die Energieversorgung der meisten Raumflugkörper photovoltaisch realisiert. Inzwischen wird sie auch auf der Erde zur Stromerzeugung eingesetzt und findet Anwendung auf Dachflächen, bei Parkscheinautomaten, in Taschenrechnern, an Schallschutzwänden und auf Freiflächen.
Aufbau und Technik von Photovoltaik-Anlagen
Die wesentlichen Komponenten einer Photovoltaik-Anlage sind Module, Laderegler und Wechselrichter.
Da Sonnenenergie nur zeitlich begrenzt (Tag/Nacht) und in wechselnder Intensität (Sommer/Winter) zur Verfügung steht, besteht eine wesentliche Aufgabe bei der Planung von derartigen Anlagen darin, die elektrische Energie für den Bedarf außerhalb der Sonneneinstrahlung zu speichern:
Bei der sogenannten Inselanlage dient ein Batteriesystem als Speicher. Ein Laderegler sorgt für schonende Ladung der Batterien, verhindert also Überladung und Tiefentladung. Bei Bedarf kann der Gleichstrom aus dem Batteriesystem über einen Wechselrichter in Wechselstrom mit 230V und 50Hz gewandelt werden.
Inselanlagen bieten sich überall dort an, wo kein Strom aus dem öffentlichen Verbundnetz zur Verfügung steht. Typische Anwendungen sind die Elektrifizierung von Gartenhäusern oder Berghütten, aber auch die Stromversorgung ganzer Dörfer z.B. in entlegenen Gebieten Afrikas.
Bei einer Netzgekoppelten Anlage wird das öffentliche Verbundnetz als Elektrizitätsspeicher benutzt. Sie erzeugt Wechselstrom von 230 Volt und 50 Hz, der in das Netz eingespeist und von am Netz angeschlossenen Verbrauchern genutzt wird. Man kann sich das wie einen großen See mit vielen Zu- und Abflüssen vorstellen. Netzgekoppelte PV-Anlagen werden seit dem Erneuerbare Energie Gesetz (EEG) aus dem Jahre 2001 mit einem auf 20 Jahre garantierten Stromabnahme-Preis gefördert. Das zuständige Energie-Versorgungs-Unternehmen (EVU) vergütet die Stromeinspeisung.