Technologie Photovoltaik
Die tragende Säule der Energiewende
In diesem Überblick geht es um alles Wissenswerte rund um die Photovoltaik – von der historischen Entwicklung, über die technologischen Details und die Einsatz- und Finanzierungsmöglichkeiten, bis hin zu worauf es bei der Wartung ankommt.
Wussten Sie, dass Photovoltaik ...
… sauberen Strom ohne Lärm, Gerüche oder Feinstaub erzeugt und die Energiewende voranbringt?
… eine der stärksten Zukunftsbranchen ist und den Wirtschafts- und Technologiestandort Österreich stärkt?
… Arbeitsplätze schafft, den Mittelstand stärkt und das Handwerk fördert?
… regionale Wertschöpfung schafft – von der Errichtung bis zur Produktion?
… Strom dort erzeugt, wo er gebraucht wird und lange Transportwege spart?
… vielseitig einsetzbar ist, Innovationen ermöglicht und für alle nutzbar ist?
… fast auf allen Flächen eingesetzt werden kann und weltweit verfügbar ist?
… unabhängiger von fossilen Krisen macht und so den Frieden stärkt?
… sauberen Strom ohne Lärm, Gerüche oder Feinstaub erzeugt und die Energiewende voranbringt?
… eine der stärksten Zukunftsbranchen ist und den Wirtschafts- und Technologiestandort Österreich stärkt?
… Arbeitsplätze schafft, den Mittelstand stärkt und das Handwerk fördert?
… unabhängiger von fossilen Krisen macht und so den Frieden stärkt?
… regionale Wertschöpfung schafft – von der Errichtung bis zur Produktion?
… Strom dort erzeugt, wo er gebraucht wird und lange Transportwege spart?
… fast auf allen Flächen eingesetzt werden kann und weltweit verfügbar ist?
… vielseitig einsetzbar ist, Innovationen ermöglicht und für alle nutzbar ist?
… durch die Installation eines Batteriespeichers noch besser genutzt werden kann?
Technologie Photovoltaik
Wann hat sich die Photovoltaik in Österreich entwickelt und wie funktioniert diese Technologie eigentlich? Finden Sie hier einen kurzen Überblick zu den relevanten technologischen und historischen Fakten und lernen Sie PV-Anlagen von Grund auf kennen.
![shutterstock_1392347576 [Konvertiert]](https://pvbaustria.at/wp-content/uploads/elementor/thumbs/shutterstock_1392347576-Konvertiert-pq3pjdshwtjsiabrtsydkrweyzhuwnjz9htiz62y1c.jpg "shutterstock_1392347576 [Konvertiert]")
Geschichte und Entwicklung
Photovoltaik hat sich in den vergangenen fast zweihundert Jahren von einer teuren Raumfahrttechnologie zu einer zentralen Säule der globalen Energieversorgung entwickelt. Vom ersten Nachweis des photoelektrischen Effekts im 19. Jahrhundert bis zu den ersten Solarzellen in den 1950er-Jahren war es ein weiter Weg – lange blieb die Technologie auf Spezialanwendungen beschränkt. Erst durch technologische Fortschritte und sinkende Kosten wurde Photovoltaikstrom breit nutzbar. Heute zählt Photovoltaik weltweit zu den günstigsten Formen der Stromerzeugung und spielt eine Schlüsselrolle in der Energiewende.
Im deutschsprachigen Raum erhielt die Entwicklung in den 80er-Jahren entscheidenden Antrieb, nachdem die wirtschaftliche Sinnhaftigkeit überzeugend dargelegt wurde. Die Bundesrepublik Deutschland nahm mit dem sogenannten 1.000-Dächer-Programm, dem Stromeinspeisungsgesetz von 1991, das Energieversorger zur Abnahme von Strom aus kleinen erneuerbaren Anlagen verpflichtete, sowie dem 100.000-Dächer-Programm eine Vorreiterrolle ein. Im Jahr 2000 trat schließlich das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) als regulatorischer Rahmen in Kraft.
Österreich galt innerhalb der europäischen Industrienationen lange als Nachzügler in puncto Photovoltaik, bis 2008 ein deutlicher Ausbau einsetzte, wobei sich der jährliche Zubau bis 2013 kontinuierlich verdoppelte. Im Jahr 2013 wurden Anlagen mit einer Leistung von 263 MWp installiert. In den darauffolgenden Jahren ging der jährliche Ausbau zunächst auf etwa die Hälfte zurück, bevor er ab 2019 wieder spürbar anzog. Bis Ende 2025 waren in Österreich Photovoltaikanlagen mit einer Gesamtleistung von 9.782 MW installiert. Details und grafische Darstellung zur weiteren Entwicklung finden Sie in unseren Daten & Fakten.
Mit dem zunehmenden Ausbau der Photovoltaik gewinnen auch Batteriespeicher an Bedeutung. Sie ermöglichen es, überschüssigen PV-Strom zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen. Mehr über die verschiedenen Speichertechnologien und die richtige Auslegung und Betriebsweise erfahren Sie hier:
Potenziale der Photovoltaik
Die Studie „Photovoltaik-Potentiale im Gebäudesektor in Österreich bis 2040 und Abschätzung der Photovoltaik-Potentiale auf weiteren Infrastrukturen“ (2024) gibt Einblick in die verschiedenen Potenziale der PV in Österreich.
Grundsätzlich beinhaltet jeder Zugang zu einer geeigneten Fläche – ob Grundstück, Dach oder Balkon – das Potenzial, selbst Photovoltaik-Strom zu erzeugen. Abgesehen von den weithin bekannten PV-Anlagen auf Dächern oder Freiflächen, existieren eine Vielzahl innovativer Ansätze zur Erzeugung von PV-Strom. Dazu gehören schwimmende PV-Anlagen, Überbauungen bereits versiegelter Flächen, kompakte Balkonmodule sowie bauwerks- oder geräteintegrierte Lösungen, etwa in Zäunen, Fahrzeugen oder tragbaren Powerbanks. Die Einsatzmöglichkeiten von Photovoltaik sind vielfältig und sind noch lange nicht erschöpft.
Jährlich erreicht die Erde etwa das 10.000-fache der Energiemenge in solarer Strahlungsenergie, die die Menschheit in einem Jahr benötigt (Primärenergiebedarf). Das Potenzial der Sonnenenergie ist daher enorm und ihre Einsatzmöglichkeiten sind nahezu unbegrenzt:
- Theoretisches PV-Potenzial: Die gesamte physikalisch verfügbare Sonnenenergie ohne Einschränkungen. Dabei wird lediglich der maximal erreichbare physikalische Wirkungsgrad von PV-Systemen berücksichtigt.
- Technisches PV-Potenzial: Jener Anteil, der mit heutiger Technik und nutzbaren Flächen erschlossen werden kann. Für die Berechnung werden tatsächliche Modulwirkungsgrade verwendet. Kann sich durch gesetzliche Rahmenbedingungen, technologische Fortschritte oder die Erschließung neuer Flächen etc. verändern.
- Wirtschaftliches PV-Potenzial: Technisches Potenzial, das wirtschaftlich rentabel ist. Hängt von schwankenden Kosten, Preise konkurrierender Technologien, neuen technologischen Anforderungen etc. ab.
- Realisierbares PV-Potenzial: Tatsächlich – innerhalb eines bestimmten Zeitraums – umsetzbarer Anteil, ausgehend vom wirtschaftlichen Potenzial. Hängt von Faktoren wie gesellschaftlicher Akzeptanz und Nachfrage ab.
Technologische Grundlagen
Photovoltaische Zellen
Photovoltaikzellen wandeln Strahlungsenergie direkt in elektrische Energie um. Grundlage dafür ist der sogenannte photovoltaische Effekt. Trifft Sonnenlicht auf die Solarzelle, setzt die Strahlungsenergie Elektronen im Halbleitermaterial (meistens Silizium) in Bewegung. Durch den speziellen Aufbau der Solarzelle werden die positiven und negativen Ladungen voneinander getrennt. Werden die Kontakte der Solarzelle miteinander verbunden, fließen die Elektronen und elektrischer Strom entsteht. Vereinfacht gesagt besteht eine klassische Silizium-Zelle aus zwei unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten, an deren Übergang ein elektrisches Feld entsteht, das die (durch das Sonnenlicht freigesetzten) Ladungen trennt und damit den gerichteten Stromfluss ermöglicht. Viele miteinander verbundene Zellen bilden ein Photovoltaik-Modul. Die Solarzellen sind das Herzstück der PV-Anlage und werden je nach verwendetem Material und technologischem Aufbau in unterschiedliche Arten eingeteilt.
Siliziumzellen
Die am weitesten verbreiteten Solarzellen sind aus Silizium. Hier werden monokristallinen von polykristallinen Zellen unterschieden. Monokristalline Zellen werden aus einem einzelnen Siliziumkristall hergestellt und erreichen hohe Wirkungsgrade und sind sehr effizient. Polykristalline Zellen bestehen aus mehreren Siliziumkristallen und sind leichter herzustellen, erreichen jedoch einen geringeren Wirkungsgrad.
Andere Zelltechnologien
Neben Siliziumzellen gibt es andere Zelltechnologien. Dazu gehören Dünnschichtzellen, organische Zellen, Farbstoff- oder Mehrfachsolarzellen. Neben Unterschieden im Wirkungsgrad, bei der Herstellung und den Kosten, bieten sie teilweise andere Einsatzmöglichkeiten und kommen bei speziellen Anwendungen zum Einsatz.
Dünnschichtzellen sind beispielsweise wesentlich dünner als Siliziumzellen, das sie direkt auf das Trägermaterial (z. B. Glas oder Metall) aufgebracht werden und können so u. a. auch für flexible Anwendungen eingesetzt werden.
Organische Zellen basieren auf Kohlenstoffverbindungen, Farbstoffzellen nutzen Farbstoffe zur Umwandlung von Sonnenlicht in Energie und Mehrfachsolarzellen kombinieren verschiedene Technologien und erhalten so ihren Wirkungsgrad aufgrund der Vielseitigkeit. So hat jede Technologie ihre speziellen Einsatzgebiete.
Laufende Weiterentwicklung
Auch der Zellaufbau entwickelt sich stetig weiter. Durch Technologien wie PERC oder Heterojunction (HJT/HIT) wird das Sonnenlicht noch effizienter genutzt und die Leistung der Zellen kann weiter gesteigert werden. PERC-Zellen nutzen durch zusätzliche Schichten auf der Rückseite das ungenutzte Sonnenlicht, indem es zurückreflektiert wird. Heterojunction-Zellen kombinieren die hohe Effizient kristalliner Zellen mit dem guten Schwachlichtverhalten von Dünnschichttechnologien und können so ihre Effizienz steigern.
Leistung der Photovoltaischen Zelle
Wie viel Strom eine Zelle erzeugt, hängt unter anderem von der Sonneneinstrahlung und der Temperatur ab. Mit zunehmender Einstrahlung steigt grundsätzlich auch die erzeugte Leistung. Hohe Zelltemperaturen können die Leistung hingegen verringern – diese “Einbußen” werden jedoch üblicherweise durch die hohe Sonneneinstrahlung an Tagen mit hoher Temperatur ausgeglichen.
Damit die Leistung verschiedener PV-Module vergleichbar ist, wird sie unter standardisierten Testbedingungen (STC) ermittelt. Dabei wird unter anderem mit einer Bestrahlungsstärke von 1.000 W/m² und einer Zelltemperatur von 25 °C gemessen. Die daraus ermittelte Spitzenleistung eines Moduls wird in Wattpeak (Wp) angegeben. Unter realen Bedingungen kann die tatsächliche Leistung davon abweichen.
Für jede Solarzelle gibt es einen optimalen Betriebspunkt, an dem sie ihre maximale elektrische Leistung abgibt – den sogenannten Maximum Power Point (MPP). In einer PV-Anlage sorgt der Wechselrichter mit dem sogenannten MPP-Tracking dafür, dass die Module möglichst nahe an diesem optimalen Betriebspunkt arbeiten.
Wie eine Photovoltaik-Anlage funktioniert
Eine PV-Anlage besteht aus verschiedenen Komponenten, die für die Stromproduktion zusammenspielen, wie in Grafik 1 beschrieben.
Die PV-Module (A), bestehend aus Solarzellen, wandeln Sonnenlicht in Gleichstrom um. Der Wechselrichter (C) macht daraus Wechselstrom für Haushalt und Stromnetz. Zusätzlich steuert und überwacht er den Betrieb der PV-Anlage und sorgt dafür, dass die erforderlichen Netzparameter eingehalten werden. Der erzeugte Strom kann direkt von von Haushaltsgeräten, E-Autos oder anderen Stromverbrauchern (E) genutzt werden. Überschüssiger Sonnenstrom kann optional in einem Batteriespeicher (B/D) für später gespeichert oder in das Stromnetz (G) eingespeist werden. Der Stromzähler (F) misst dabei die erzeugte sowie die aus dem Stromnetz bezogene Energie. Ergänzt wird die Anlage durch Leitungen, Sicherungseinrichtungen und das Montagesystem.
Neben PV-Anlagen, die ans Stromnetz angeschlossen sind, gibt es auch Inselanlagen. Diese sind nicht mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden und versorgen sich unabhängig davon mit Strom.
Grafik 1 zeigt, wo sich die einzelnen Komponenten innerhalb einer PV-Anlage befinden und wie sie zusammenspielen. Darauf aufbauend illustriert Grafik 2, welche unterschiedlichen Leistungsbegriffe den einzelnen Bereichen der Anlage zugeordnet werden. So wird sichtbar, ob sich eine Leistungsangabe beispielsweise auf die PV-Module, den Wechselrichter oder den Netzanschluss bezieht. Beide Darstellungen erleichtern die Einordnung der verschiedenen Begriffe.