Die Photovoltaikanlage ist im Wesentlichen – neben Verkabelung, Befestigungsklammern und -schrauben und ggf. einer Haltevorrichtung – aus zwei Hauptkomponenten aufgebaut:
- dem Photovoltaikgenerator und
- dem Wechselrichter.
Diese beiden Komponenten verhalten sich zueinander wie Muskeln und Hirn: Der Photovoltaikgenerator ist zuständig für die Kraft, der Wechselrichter für Verwaltung und Kommunikation.
Der Photovoltaikgenerator
Der Photovoltaikgenerator setzt sich zusammen aus den Photovoltaikmodulen und ihrer Verschaltung. Die Module bestehen aus den in ein Gehäuse flächig zusammengefassten Solarzellen, den eigentlichen Kraftwerken der Anlage: Sie erzeugen den elektrischen Strom.
Wie ein Billardqueue die Kugel stoßen Lichtquanten die Elektronen im Halbleitermaterial von ihrem Platz, diese wandern zum nächsterreichbaren “Loch”, das sie aufnimmt, und dies in hoher Zahl: Es entsteht in Masse die gerichtete Bewegung von Energieladungsträgern – es entsteht elektrischer Strom.
Hierbei handelt es sich um Gleichstrom.
Je nach Verschaltung liefern die Module den erzeugten Strom seriell oder parallel an den Wechselrichter weiter.
- Seriell bedeutet:
Die Module sind in Reihe geschaltet, ihre Spannung addiert sich (wie bei hintereinander gelegten Batterien in der Taschenlampe). - Parallel bedeutet:
Die Module liefern dem Wechselrichter einzeln bzw. in einzelnen Strängen über parallel geschaltete Eingänge ihren Strom zu, ihre Stärke addiert sich.
Über Vor- und Nachteile der jeweiligen Verschaltungsweisen vgl. Verschaltung. Sie sind abhängig vom Verwendungszweck und weiteren Gegebenheiten (z.B. Verschattungslage) der Photovoltaikeinheit.
Strom
Der Strom, der in den Solarzellen des Photovoltaikgenerators erzeugt wird, ist also Gleichstrom. Bei einer Mehrzahl von verschalteten Modulen handelt es sich je nach Verwendungszweck und Verschaltung um Strom von höherer Stärke oder um Strom von höherer Spannung (zum Unterschied vgl. die Seite Strom).
Bei Bedarf – dieser Bedarf besteht in der Regel immer, es sei denn, es handelt sich um eine Photovoltaikanlage zur Aufladung von Autobatterien oder zum Betrieb spezieller Industriemaschinen, die nur unter Gleichstrom laufen, o.ä. – wird der Gleichstrom im Wechselrichter umgewandelt in Wechselstrom.
Der Wechselrichter
Der Wechselrichter übt eine ganze Reihe von Funktionen aus, darunter vorrangig die namensgebende: Er richtet den elektrischen Strom von Gleichstrom zu Wechselstrom um.
Hinzu kommen einige Protokoll- und Überwachungsfunktionen (vgl. die Seite Wechselrichter), eine Selbstabschaltfunktion für den Fall der Überlastung und eine Einschaltautomatik, die in den Morgenstunden greift, wenn die Solareinstrahlung groß genug ist, dass der Photovoltaikgenerator ausreichenden Strom bzw. Strom einer zuvor definierten Mindestspannung anliefert.
Dabei gehorcht der Wechselrichter zwei vordefinierten Voraussetzungen:
- Für das Umrichten des Gleichstroms verbraucht der Wechselrichter selbst ein gewisses Maß an Energie (das sehr klein ist – aktuelle Wechselrichter weisen einen Wirkungsgrad von 98% auf). Dieses Mindestmaß muss überschritten werden, damit er sich einschaltet.
- Das öffentliche Netz fordert Strom einer gewissen Mindestspannung an. Diese vordefinierte Spannung muss ebenfalls erreicht werden, bevor der Wechselrichter tätig wird.
Einspeisung
Falls der Wechselrichter nicht zugleich die Funktionen des Netzeinspeisegerätes (NEG) übernimmt, wird dieses zur Einspeisung des Stroms in das öffentliche Netz noch zwischengeschaltet. Es speist den erzeugten Wechselstrom in das öffentliche Netz ein und protokolliert Zeiten und Menge der Einspeisung.
Gegebenenfalls wird ein zweiter Zähler installiert, der auch den Eigenverbrauch des selbsterzeugten Solarstroms protokolliert.
Die beiden Zählerprotokolle sind die Grundlage für die Einspeisevergütung. Sie wird in der Regel monatlich abgerechnet und dem Betreiber der Photovoltaikanlage zur Mitte des Folgemonats überwiesen.
