Solarkollektoren, Solarzellen, Solaranlage, Photovoltaikanlage: Worin liegt der Unterschied?

In Zeiten von Klimawandel und steigenden Brennstoffpreisen sind erneuerbare Energien die Zukunft. Eine entscheidende Säule für die Energiewende bildet die Solarenergie. Ein großer Vorteil der umweltfreundlichen Sonnenenergie: Jeder, der die entsprechende Fläche bzw. Dachfläche zur Verfügung hat, kann sie nutzen. Der Staat fördert den Umstieg auf erneuerbare Energien sogar und schafft durch die finanzielle Förderung attraktive Anreize für die Installation einer solaren Anlage. Doch gerade für Laien ist es manchmal eine Herausforderung, sich im Begriffswirrwarr des Solar-Terminus zurechtzufinden. Wir geben Ihnen deshalb einen Überblick über alle wichtigen Vokabeln rund um Solarthermie, Photovoltaik und Co.

Mit einer Solaranlage wird die Energie der Sonne in andere Energieformen umgewandelt und somit genutzt. Dabei gibt es im Wesentlichen zwei unterschiedliche Arten von Solaranlagen:

• Photovoltaikanlage: Photovoltaik wandelt die Solarenergie in elektrische Energie, sprich in Strom, um. Der Umwandlungsprozess erfolgt in Solarzellen, die zu Solarmodulen zusammengeschaltet werden. Der Solarstrom kann entweder für den Eigenverbrauch genutzt oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
• Solarthermieanlagen: Damit wird die Strahlungsenergie der Sonne in thermische Energie umgewandelt. Dies geschieht mithilfe von Sonnenkollektoren. Die nutzbare Wärme kann entweder zur Warmwasserbereitung oder als heizungsunterstützendes Wärmesystem genutzt werden.

Mehr Informationen erhalten Sie in unserem separaten Beitrag: Solarthermie vs. Photovoltaik. Schauen Sie gerne vorbei!

Sie interessieren sich für die Anschaffung einer PV-Anlage oder spielen mit dem Gedanken, Ihre Dachfläche für den Bau einer PV-Anlage zu verpachten? Dann sollten Sie wissen, was sich hinter den folgenden Schlagwörtern verbirgt:

„Photovoltaik“ bezeichnet die direkte Umwandlung von Licht in Strom. Der Begriff leitet sich von dem griechischen Wort für Licht (= Photo) sowie der Einheit für elektrische Spannung (= Volt) ab. Eine Photovoltaikanlage nutzt diese Technologie, um klimafreundlichen, kostenlosen Solarstrom zu erzeugen. Der Grünstrom wird gegen eine Einspeisevergütung ins öffentliche Stromnetz eingespeist oder mithilfe eines Wechselrichters in netzkompatiblen Wechselstrom umgewandelt und dann für den Betrieb der strombetriebenen Verbraucher im Haushalt genutzt.

Die Funktionsweise von Photovoltaik basiert auf sogenannten Solarzellen, die als Stromquelle fungieren. Als wichtigstes Bauteil sind sie dafür zuständig, die Strahlungsenergie der Sonne in Grünstrom umzuwandeln. Grundlegend gibt es verschiedene Ausführungen – je nachdem, welches Halbleitermaterial (meist Silizium) und welche Art der Solarzelltechnologie (zum Beispiel Dünnschichtmodule) verwendet werden. Die Funktionsweise ist jedoch immer ähnlich: Den Mittelpunkt bildet ein Halbleiter, der das Licht absorbiert, die Elektronen anregt und somit Solarstrom produziert. Die meisten Hersteller verwenden monokristalline oder polykristalline Halbleiter aus Silizium, da sich die Siliziumzellen durch Effizienz und einen hohen Wirkungsgrad bewährt haben. Geforscht wird aber an neueren Formen, wie beispielsweise an sehr flachen Dünnschichtzellen oder an organischen Solarzellen mit organischen Halbleitern.

Eine einzelne monokristalline oder polykristalline Solarzelle ist kein bedeutender Stromproduzent. Deshalb werden die Zellen zu Solarmodulen zusammengefügt. Die genaue Größe der Module variiert je nach Hersteller. Meist besteht jedes Solarpanel aus rund 60 solaren Zellen, die in einem Aluminiumrahmen angeordnet und zusammengeschaltet werden. Der Aluminiumrahmen sorgt nicht nur für Stabilität, sondern zudem für eine sichere Installation auf dem Dach. Als zusätzlicher Schutz dient eine transparente, entspiegelte Glasscheibe als obere Schicht. In der Regel setzt sich jede Photovoltaikanlage aus mehreren Einheiten zusammen.

Die Elektronik für die Verbindung der solaren Zellen in einem Solarmodul kann auf zwei unterschiedliche Arten erfolgen:

1. Als Reihenschaltung, bei der der produzierte Strom der Reihe nach durch alle Zellen fließt.
2. Als Parallelschaltung von mehreren in Reihe geschalteten Gruppen

Das Wort Solarpanel stammt aus dem Englischen. Im deutschen Sprachgebrauch ist der Begriff ein wenig schwammig. Manchmal wird Panel als Synonym für das Solarmodul einer PV-Anlage benutzt und manchmal bezieht er sich auf die Solarkollektoren einer solarthermischen Anlage.

Im Gegensatz zur Photovoltaik ist eine Solarthermieanlage in der Regel nur für den Eigenverbrauch gedacht. Es gibt weder eine Einspeisevergütung noch die Möglichkeit, die Dachfläche für den Bau zu verpachten. Der Vorteil ist neben dem Klimaschutzgedanken, dass Sie sich wirtschaftlich gesehen ein Stück weit unabhängig von den Brennstoffpreisen machen. Möchten Sie eine thermische Solaranlage auf Ihrem Dach installieren, ist es ratsam, sich mit den folgenden Begrifflichkeiten auszukennen:

Der Begriff lässt sich mit Sonnenwärme übersetzen. Die solarthermische Anlage produziert keinen Strom, sondern Wärme aus dem Sonnenlicht. Die erzeugte Energie kann zum Erwärmen des Wassers oder zum Heizen genutzt werden. Gewonnen wird die Energie aus der Sonneneinstrahlung mithilfe von Sonnenkollektoren, die auf dem Dach montiert werden und dort das Licht „einfangen“. Daneben bilden eine Pumpe und ein Solarspeicher die wichtigsten Komponenten. Die Pumpe transportiert die erwärmte Flüssigkeit aus den Kollektoren durch das entsprechenden Rohrsystem bis zum Solarspeicher. Der Pufferspeicher speichert die Wärme, bis sie zur Erwärmung des Brauchwassers oder zur Unterstützung der Heizung verwendet wird.

Die Funktionsweise der Solarthermieanlage basiert auf solarthermischen Kollektoren, die auf dem Dach montiert werden. Vereinfacht gesagt, handelt es sich dabei um mehrere Rohre in einem wärmeisolierten, schützenden Gehäuse. In den Leitungen befindet sich eine Trägerflüssigkeit, die durch das Sonnenlicht erwärmt wird. Damit die Rohrleitungen die thermische Energie behalten und möglichst nicht an der Oberfläche an die Umgebung abstrahlen, werden sie mit einer modernen, schwarzen Beschichtung versehen. Diese beschichtete Oberfläche wird im Fachterminus „Absorber“ genannt und minimiert die Verluste. Die Kollektoren sammeln die Energie und leiten sie mithilfe einer Pumpe und eines speziellen Rohrkreislaufs in einen Speicher. So kann sie selbst dann genutzt werden, wenn keine Sonne scheint.

Es gibt zwei verschiedene Arten, die sich sowohl beim Aufbau als auch bei der Leistung unterscheiden:

• Flachkollektoren: Bei dieser bautechnisch einfachsten Art der Sonnenkollektoren ist der Name Programm: Die Rohre befinden sich zwischen zwei beschichteten Platten als obere und untere Schicht – so genannte Flachabsorber. Es wird also nicht jedes Element einzeln mit einem Absorber ummantelt, sondern alle Röhren gemeinsam in einem. Dieses Verfahren ist die preiswerteste Variante und hat sich als Standardlösung durchgesetzt. Allerdings hat sie eine geringere Leistung als die aufwändigere, röhrenartige Alternative.
• Röhrenkollektoren: Bei den leistungsstärkeren Röhrenkollektoren (auch Vakuum-Röhrenkollektoren genannt) ist jede einzelne Rohrleitung mit einem Absorber beschichtet. Der Aufbau erinnert an den einer Thermoskanne, denn ein inneres Glasrohr wird von einem zweiten Körper ummantelt. Das sorgt dafür, dass sie einen deutlich höheren Wirkungsgrad haben und höhere Temperaturen liefern. Da sie mehr Wärme als die herkömmlichen Flachkollektoren produzieren, ist für das gleiche Ergebnis also wesentlich weniger Dachfläche erforderlich. Ein Nachteil ist hingegen der Preis: Die Kosten für die Vakuum-Röhrenkollektoren liegen immens über denen der dünnen Modelle.