Sonnenlicht wird auch in Form von elektromagnetischer Strahlung (Photonen) abgegeben. Wenn diese Sonnenstrahlen auf ein speziell bearbeitetes, oft auf Silizium basierendes Halbleitermaterial (Photozelle) auftreffen, können sie dort Elektronen in Bewegung setzen und damit Strom erzeugen.

Wie ist eine Photovoltaikanlage im Prinzip aufgebaut?

Bei einer Photovoltaikanlage bilden viele Solarzellen ein Photovoltaikmodul (1 m x 0,5 m). Mehrere Module bilden dann die Photovoltaikanlage. Die Solarmodule werden in einer Reihenschaltung von 6 bis 24 Modulen zu einem Strang verschaltet. Die PV Anlage erzeugt Gleichstrom, der über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt wird und entweder im Haus verbraucht, gespeichert oder als Überschuß ins Netz eingespeist werden kann.

Eine Photovoltaikanlage besteht im Wesentlichen aus Solarmodulen, einem oder mehreren Wechselrichtern und Stromzählern. Die Solarmodule erzeugen aus Sonnenstrahlung elektrischen Gleichstrom, den die Wechselrichter in netzkompatiblen Wechselstrom mit 400/230
Volt und 50 Hertz wandeln. Ab einer PV-Leistung von mehr als 4,6 kWp, müssen Wechselrichter seit Anfang 2012 dreiphasig ausgeführt sein, um das Stromnetz nicht mit zu großen Asymmetrien zu belasten. Das heißt, der Solarstrom wird im Gebäude auf allen drei Phasen gleichmäßig eingespeist. PV-Anlagen unter 4,6 kWp werden aus Kostengründen meist mit einphasigen Wechselrichtern betrieben, sodass der Solarstrom nur auf einer der drei Phasen zur Verfügung steht. 

Ein erster Stromzähler, häufig Ertragszähler genannt, misst den Strom, den die Photovoltaikanlage insgesamt produziert. Danach folgt ein Zweirichtungszähler. Dieser übernimmt zum einen die Funktion des normalen Haushaltsstromzählers und misst den Strom, der aus dem Netz bezogen wird. Zum anderen misst er den Strom, den die Photovoltaikanlage ins Netz einspeist.

Das Netz übernimmt bei einer Eigenverbrauchsanlage mit Überschußeinspeisung die Funktion des "Stromspeichers", d.h. der nicht selbstverbrauchte Solarstrom wird sofort übernommen und verteilt. Derartige Anlagen nennt man netzgekoppelt. Dieses Konzept ist technisch und wirtschaftlich ein Vorteil für den Solarstrom. Mit einer Photovoltaikanlage wird man Stromerzeuger, aber nicht autark. Bei uns in Deutschland sind autarke Systeme eher selten. Hier versorgt die Photovoltaik - meist im Verbund mit einer anderen Technik zur Stromerzeugung - ein Gebäude komplett mit Strom (z.B. Hütten in den Alpen), das weit entfernt vom Stromnetz steht und deshalb nicht wirtschaftlich ans Netz angeschlossen werden kann.

Zu Zeiten der Volleinspeisung mit einer hohen Einspeisevergütung war das Motto: Je größer desto besser. Das ist nicht mehr so. Die Anlagengröße wird so gewählt, dass ein möglichst hoher Eigenverbrauch des in der PV-Anlage produzierten Stromes möglich ist. Je höher der Eigenverbrauch, desto schneller amortisiert sich eine PV-Anlage.

Eine pauschale Aussage ist hier aber nicht möglich, da je nach Verbrauchsprofil die Anlage ausgelegt werden sollte. Deshalb ist hier für die Amortisation der Anlage eine gute Planung Vorraussetzung.

Bisher wurde versucht, Solarmodule möglichst nach Süden auszurichten, da so der größtmögliche Ertrag erzielt wurde, der früher allein ausschlaggebend für die Wirtschaftlichkeit war. Auch hier hat sich grundsätzlich mit der Betrachtung des Eigenverbrauchs etwas geändert: Es kommt nicht mehr allein auf die Höhe des Ertrags an, sondern auf den Zeitpunkt, wann der Strom produziert wird. Daher werden immer häufiger auch auf Satteldächer PV-Anlagen installiert, die eine Ost-West-Richtung aufweisen. Auf Flachdächern erfolgt diese Art der Ausrichtung sogar gezielt.

Ja nach Ausrichtung der Modulflächen werden verschiedene Neigungswinkel für die Installation der Solarmodule angesetzt.

Anfänglich wurden überwiegend polykristalline Silizium-Module installiert. Heute werden vermehrt monokristalline Module mit höherem Wirkungsgrad eingesetzt. Auch die Dünnschicht-Technologie gewinnt an Marktanteil. Welche Technik zum Einsatz kommt, hängt vom jeweiligen Dach ab.