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Als Photovoltaikanlage bezeichnet man eine Stromanlage, die mittels Solarzellen einen Teil der Sonnenstrahlung (photos = griechisch für Licht) in elektrische Energie umwandelt (voltaik leitet sich vom dem Vorreiter der Elektrotechnik Alessandro Volta ab). Den Verbund mehrerer Solarzellen nennt man ein Solar-Modul. Der erzeugte Strom ist Gleichstrom, welche über einen Wechselrichter in den netzüblichen Wechselstrom umgewandelt werden.
Die Solarmodule befinden sich auf einer Unterkonstruktion, welche die Module idealerweise so ausrichtet, dass ein möglichst hoher Energieertrag über das Jahr gewährleistet wird (30 ° für den höchsten bzw. 55 ° für den durchschnittlich konstantesten Energieertrag). Wenn die Unterkonstruktion der Sonne nachgeführt wird, ist eine noch höhere Energieausbeute möglich.
Unter netzgekoppelten Anlagen versteht man solche Anlagen, die mit dem örtlichen Stromnetz verbunden sind, so dass bei Überschuss Strom ins Netz eingespeist wird und bei Bedarf Strom aus diesem bezogen werden kann. Diese Betriebsart nennt man auch Netzparallelbetrieb. Anlagen ab 100 kW Peakleistung müssen nach §6 EEG in der Lage sein, im Falle von Netzüberlastungen ihre Leistung durch den Netzbetreiber ferngesteuert zu reduzieren.
Insellösungen oder netzferne Anlagen besitzen einen Zwischenspeicher, in der Regel aus Bleiakkumulatoren. Das Umwandeln in Gleichstrom übernimmt in diesem Fall der Inselwechselrichter. Da Inselanlagen nicht mit dem Stromnetz des örtlichen Versorgers verbunden sind, müssen alle Komponenten aufeinander abgestimmt sein, um einen hohen Nutzungsgrad zu gewährleisten.
Die Aufdachanlage ist die gängigste Form von privaten Photovoltaik-Anlagen. Bei dieser trägt das Dach des Gebäudes die Unterkonstruktion für die PV-Anlage. Zugleich kann die Dachneigung eine optimierte Ausrichtung der Anlage ermöglichen, die sonst durch zusätzliche konstruktive Mittel erreicht werden müsste. Auch betrachtet der Gesetzgeber die Dachflächen als bereits vorhandene „natürliche“ Empfangsflächen ohne zusätzlichen Flächenbedarf.
Bei der gebäudeintegrierten Anlage ersetzt die Photovoltaikanlage Teile der Fassadenverkleidung und bzw. oder der Dacheindeckung. Ohnehin benötigte Dach- bzw. Fassadenelemente werden so durch eine Photovoltaikanlage ersetzt werden. Aus ästhetischer Sicht spricht für diese Form, dass sie sich optisch besser in das Gebäude integrieren als auf dem Dach zusätzlich aufgebrachte Konstruktionen. Gebäudeintegrierte Anlagen sind jedoch meist weniger gut hinterlüftet, was einen verringerten Wirkungsgrad nach sich zieht. Fassadenelemente sind auch nur selten ertragsoptimal zur Sonne ausgerichtet, dafür lassen sich Flächen nutzen, die sonst nicht zur Energieerzeugung bereitstehen.