Photovoltaik – Strom erzeugen aus Sonnenenergie

Solarenergie, Aufbau, Arten von Modulen, Größe der Anlage, Eigennutzung oder Einspeisung, Kosten, Ökostrom, Photovoltaik gefährlich, Vor- und Nachteile

Erneuerbare Energien gewinnen angesichts der Verknappung der Ressourcen auf der Erde und des Klimaschutzes immer mehr an Bedeutung. Eine Form der erneuerbaren Energien ist die Photovoltaik, die Stromerzeugung aus Sonnenenergie. Wer zu Hause eine Anlage installiert, kann Strom in ein öffentliches Netz einspeisen oder seinen eigenen Strom erzeugen und Stromkosten sparen.

Photovoltaikanlage und deren Funktionsweise

Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Zumeist wird die elektromagnetische Strahlung der Sonne genutzt und mit Hilfe von Solarzellen in elektrischen Strom umgewandelt. Dieser Strom kann im Haus verwendet oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

Mitunter wird auch der Begriff Solaranlage oder Solarenergie gebraucht. Das führt zu Verwechslungsgefahr mit Solarthermie. Der Unterschied zwischen Solar und Photovoltaik besteht darin, dass solarthermische Anlagen die Wärme der Sonne zum Heizen verwenden. Solarthermie dient nicht der Stromerzeugung, sondern der Wärmeerzeugung.

Solarzellen zur Stromerzeugung

Eine Solaranlage zur Photovoltaik setzt sich aus Solarmodulen mit einzelnen Solarzellen zusammen. Das Halbleitermaterial Silizium, aus dem die Solarzellen bestehen, zeichnet sich durch eine hohe Leitfähigkeit bei Energiezufuhr aus.

In jeder Solarzelle befinden sich zwei Siliziumschichten. Die obere Siliziumschicht ist negativ dotiert. In ihr herrscht ein Elektronenüberschuss. In der unteren Schicht besteht ein Elektronenmangel, da sie positiv dotiert ist. Die elektromagnetischen Strahlen der Sonne bestehen aus winzig kleinen Lichtphotonen. Die Elektronen des Siliziums lösen sich aus der oberen Siliziumschicht in der Solarzelle, wenn die Lichtphotonen auf die Siliziumatome treffen. Sie wandern in die andere Siliziumschicht, zum Elektronenmangel.

Zwischen den beiden Siliziumschichten entsteht ein elektrisches Feld, dessen Spannung in Volt gemessen wird. Auf den Siliziumschichten befinden sich Kontakte aus Metall, die eine Leitung bilden. Die Bewegung in der Solarzelle sorgt für einen Stromfluss in der Leitung. Die Solarzellen sind zu einem Modul gebündelt, das als Photovoltaik Panel bezeichnet wird. Der erzeugte Strom kann ins Haus transportiert oder in das öffentliche Netz gespeist werden.

Aufbau der Photovoltaikanlage

Die Solaranlage zur Stromerzeugung besteht aus verschiedenen Komponenten:

Solarmodule mit einzelnen Solarzellen zur Umwandlung von Sonnenlicht in Strom
Verkabelung, um den Strom ins Haus zu leiten
Montagesystem zur Befestigung auf Dach, Balkon oder Fassade
Wechselrichter Photovoltaik zur Umwandlung des Gleichstroms aus dem Modul in Wechselstrom für Haus oder Stromnetz
Zweirichtungszähler zur Messung des Strombezugs aus dem Netz und zur Einspeisung des Stroms in das Netz
Energiemanager als Software für den Photovoltaik Eigenverbrauch, um bei entsprechender Einstellung und ausreichender Stromproduktion elektrische Geräte im Haus einzuschalten

Häufig gehört ein Stromspeicher zur Ausstattung der Anlage, wenn der Strom im Haus genutzt wird. Besitzer einer solchen Anlage können einen Photovoltaikspeicher nachrüsten, um den Eigenverbrauch von Solarstrom zu erhöhen.

Das hat finanzielle und ökologische Vorteile. Erzeugter Strom, der nicht selbst direkt verbraucht wird, gelangt in den Stromspeicher. Produziert die Anlage einmal wenig Strom, da die Sonneneinstrahlung schwach ist, kann der Strom aus dem Speicher genutzt werden.

Verschiedene Arten von Modulen

Für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäusern können zwei verschiedene Arten von Modulen verwendet werden:

Monokristalline Siliziummodule haben einen hohen Wirkungsgrad und sind leistungsfähig, aber teuer in der Herstellung. Sie eignen sich für kleinere, nach Süden ausgerichtete Dachflächen.
Polykristalline Siliziummodule haben einen geringeren Wirkungsgrad und eignen sich für größere Dachflächen oder kleinere Anlagen.

Die Herstellung von polykristallinen und monokristallinen Modulen ist aufwendig. Diese Module haben ein vergleichsweise hohes Gewicht. Deutlich leichter sind Dünnschichtmodule, doch haben sie einen geringeren Wirkungsgrad. Sie gelten als Nischenprodukte und verfügen über Halbleiter aus Kupfer und Indium. Sie haben einen höheren Platzbedarf, doch sind sie aufgrund des geringen Gewichts für Dächer geeignet, deren Statik für Siliziummodule nicht ausreicht.

Photovoltaik zu Hause: Wer darf sie nutzen?

Jede Privatperson und jedes Unternehmen darf eine Photovoltaikanlage anschaffen. Eigentümer von Ein- und Zweifamilienhäusern können selbst entscheiden, ob sie eine Anlage installieren möchten. Mieter benötigen die Zustimmung des Vermieters, Besitzer von Eigentumswohnungen müssen sich mit anderen Wohnungseigentümern abstimmen.

Wer Plug and Play Photovoltaik anmelden und auf dem Balkon nutzen möchte, benötigt ebenfalls die Zustimmung des Vermieters. Für große Anlagen, die an oder auf dem Gebäude installiert werden, sind rechtliche und technische Vorgaben einzuhalten.

Eine fachgerechte Montage ist wichtig, damit die Garantie des Herstellers nicht verloren geht. Der Anschluss an die Hauselektronik und an das Stromnetz muss von einer Elektroinstallationsfirma erfolgen.

Die Anlage wird durch die Installationsfirma beim Netzbetreiber angemeldet. Das ist auch erforderlich, wenn man die Photovoltaik ohne Einspeisung an das Hausnetz anschließen möchte. Eine Anmeldung muss zusätzlich beim Marktstammdatenregister für Photovoltaikerfolgen. Ein vorhandener Batteriespeicher muss ebenfalls angemeldet werden.

Auch ältere Anlagen sind meldepflichtig. Gemeldet werden müssen:

Inbetriebnahme
technische Änderungen

Wechsel des Betreibers
Stilllegung.

Die richtige Größe der Anlage

Wer zu Hause eine Anlage installieren möchte, muss die geeignete Größe beachten. Der Photovoltaik Rechner kann bei der Wahl der Größe und Nennleistung helfen.

Die Angabe der Nennleistung erfolgt in Kilowattpeak (kWp). Sie dient zum Vergleich der Module und gibt die maximale Leistung der Module unter Laborbedingungen an. Die Leistung liegt unter natürlichen Bedingungen fast immer unter der Nennleistung. Für Einfamilienhäuser werden 4 bis 10 kWp empfohlen.

Der Stromertrag der Anlage ist von verschiedenen Faktoren abhängig:

Bestrahlungsstärke, die von Standort, Ausrichtung, Dachneigung, Tages- und Jahreszeit, Wolken sowie Luftverschmutzung abhängt
Temperatur, denn bei milden Bedingungen wird mehr Strom als bei Hitze erzeugt
Windgeschwindigkeit, die sich auf die Modultemperatur auswirkt.

Kleinere Anlagen sind pro Kilowatt Leistung teurer als größere Anlagen. Der Wirtschaftlichkeit Photovoltaik Rechner hilft bei der Ermittlung der geeigneten Größe. Bei der gesamten Anlage kann es durch eine mangelnde Qualität des Wechselrichters oder durch die Verwendung eines Speichers zu Verlusten kommen.

Welche Erträge sind zu erwarten?

Ist Photovoltaik lohnenswert? Um diese Frage zu beantworten, kommt es auf die zu erwartenden Erträge an. Für Besitzer von Eigenheimen sind die Photovoltaik Förderung und die Photovoltaik Einspeisevergütung interessant.

Nicht zu vergessen sind jedoch die Kosten für die Anschaffung und Installation sowie für den Betrieb der Anlage. Diese Kosten müssen mit den zu erwartenden Erträgen ins Verhältnis gesetzt werden.

In Deutschland erzeugt eine Anlage pro kWp jährlich 750 bis 1.050 Kilowattstunden Strom. Die Verluste sind davon bereits abgezogen. Liegt die Nennleistung bei 4 kWp, können jährlich 3.000 bis 4.200 Kilowattstunden Strom erzeugt werden. Das entspricht etwa dem Verbrauch eines Zwei- bis Drei-Personen-Haushalts ohne Wärmepumpe und Elektroauto.

Da Eigenverbrauch und solare Stromerzeugung nicht immer zusammenfallen, ist die Einspeisung eines Teils des erzeugten Stroms in das öffentliche Netz sinnvoll. Eine Alternative dazu ist die Nutzung eines Stromspeichers.

Strom selbst nutzen oder einspeisen?

Die Photovoltaik Einspeisevergütung pro Kilowattstunde Strom hängt vom Monat der Inbetriebnahme der Anlage und vom Anlagentyp ab. Sie ist geringer als die Kosten für eine Kilowattstunde Strom aus dem öffentlichen Netz. Sinnvoller kann es daher sein, den erzeugten Strom selbst zu nutzen.

Abhängig von der Größe der Anlage kostet eine Kilowattstunde bei der Eigennutzung 11 bis 13 Cent. Strom aus dem öffentlichen Netz kostet hingegen pro Kilowattstunde 25 bis 29 Cent.

Mit dem Photovoltaik Rechner kann ermittelt werden, wie groß die Anlage sein muss, um den Bedarf an Strom weitgehend zu decken. Wie viel Strom für die Eigennutzung erzeugt werden muss, hängt von

Größe der Anlage
Stromverbrauch im Haushalt
zeitlicher Verteilung ab.

Um den Eigenverbrauch zu erhöhen, kann der Betrieb von Geräten wie Waschmaschine oder Spülmaschine in die Produktionszeiten der Anlage verlagert werden. Nicht immer ist das möglich.

Ein Batteriespeicher kann den Eigenverbrauch erhöhen und macht unabhängig von Strom aus dem öffentlichen Netz. Der Eigenverbrauch kann damit um 50 bis 70 Prozent erhöht werden. Eine Alternative ist ein Energiemanagementsystem, das die Energieströme automatisch steuert.

Wann ist eine Anlage sinnvoll?

Umweltbewusste Besitzer von Eigenheimen treffen mit Photovoltaik eine clevere Entscheidung. Die Anlage amortisiert sich umso schneller, je mehr Solarstrom direkt im eigenen Haushalt verbraucht wird.

Die Photovoltaikanlage erhöht den Grad der Autarkie. Sie macht unabhängiger von den öffentlichen Stromanbietern. Künftig ist nicht absehbar, wie stark die Stromanbieter ihre Preise erhöhen. Wird mehr Strom erzeugt, als im Haushalt verbraucht wird, kann dieser Strom ins Netz eingespeist werden. Dafür wird eine Einspeisevergütung gezahlt.

Um auch vor Stromausfällen gewappnet zu sein, kann eine Anlage mit einem Stromspeicher mit Notstromfunktion aufgerüstet werden.

Bevor eine Anlage installiert wird, sollten die Gegebenheiten vor Ort geprüft werden:

Dachfläche mit stabiler Abdeckung, die möglichst verschattungsfrei ist
Dach möglichst nach Süden ausgerichtet, doch kann die Anlage auch auf einem Dach mit West- oder Ostausrichtung installiert werden
Dachneigung möglichst 30 Grad

Bei einer Dachneigung von weniger als 25 oder mehr als 60 Grad wird die Stromausbeute um bis zu 10 Prozent verringert. Laut den technischen Vorgaben aus dem Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) sollen nicht mehr als 70 Prozent der Nennleistung der Module ins Netz eingespeist werden. Die Nennleistung bleibt bei nach Osten oder Westen ausgerichteten Dächern unter 70 Prozent. So geht kein Ertrag verloren.

Was ist bei der Installation einer Anlage zu beachten?

Die Regelungen für die Installation von Photovoltaikanlagen unterscheiden sich, je nach Bundesland. Für kleinere Anlagen, die auf oder an Gebäuden installiert werden, ist meistens keine Baugenehmigung erforderlich. Örtliche Bebauungspläne oder Regelungen zum Denkmalschutz können jedoch eine Baugenehmigung vorschreiben. Die Stadt- oder Gemeindeverwaltung kann über die geltenden Vorschriften informieren.

Vor der Installation von Photovoltaik sollte nicht nur der aktuell verbrauchte Strom berücksichtigt werden. Sinnvoll sind Überlegungen für die künftige Anwendung des Photovoltaikstroms, beispielsweise für das Laden eines Elektroautos oder den Betrieb einer Wärmepumpe. Um Kosten zu sparen und die geeignete Anlage zu finden, sollten Angebote mehrerer Fachbetriebe eingeholt und verglichen werden.

Wie hoch ist die Photovoltaik Förderung?

Eine Photovoltaik Förderung kann von der KfW gewährt werden. Wie hoch die Förderung ausfällt, hängt davon ab, ob

ein Haus neu gebaut wird (Wohngebäudekredit, Programm 261 und 262)
ein Haus energieeffizient saniert wird (Zuschuss, Programm 461)
die Installation als Einzelmaßnahme erfolgt. (Kredit, Programm 270)

Die Förderung über die KfW wird über die Hausbank beantragt. Der Antrag muss vor der Beauftragung eines Fachbetriebs gestellt werden. Eine Förderung für bereits begonnene Maßnahmen ist nicht mehr möglich.

Eine Förderung kann auch über das Bundesland oder die Kommune erfolgen. Nicht alle Bundesländer gewähren eine Förderung. Je nach Bundesland gelten unterschiedliche Voraussetzungen. Während einige Bundesländer die komplette Anlage bezuschussen, gewähren andere Bundesländer nur Zuschüsse für einen Batteriespeicher.

Was ist bei den Kosten beim Betrieb einer Anlage zu beachten?

Schon vor der Anschaffung von Photovoltaik sollten die Betriebskosten berücksichtigt werden. Wichtig ist eine Photovoltaik Versicherung, die Schäden durch Feuer, Blitzschlag, Sturm, Hagel und Leitungswasser abdeckt. Ein Vergleich informiert über die Leistungen und Prämien bei den verschiedenen Anbietern. Auch die Photovoltaik Reinigung muss berücksichtigt werden. Für die Reinigung werden spezielle Geräte und Reinigungsmittel angeboten. Allerdings kann auch eine Fachfirma mit der Reinigung beauftragt werden. Eine Fachfirma sollte mindestens alle fünf Jahre die Sicherheit und Funktion der Anlage überprüfen. Besser ist die Wartung einmal jährlich.

Ein kompliziertes Thema ist die Photovoltaik Steuer. Wird Strom ins öffentliche Netz eingespeist und dafür eine Vergütung gewährt, kann das als Gewinn gelten. Dieser Gewinn ist steuerpflichtig. Eine Befreiung von der Steuerpflicht ist bei Anlagen mit einer Leistung von weniger als 10 Kilowatt möglich. Besitzer einer Photovoltaikanlage können für die Photovoltaikanlage Steuer die Vereinfachungsregel wählen. Lohnt sich Photovoltaik, wenn der Strom selbst genutzt wird? Handelt es sich um eine Photovoltaik Inselanlage, ist keine Steuer zu zahlen.

Wie ökologisch ist Photovoltaik?

Die Einspeisevergütung Photovoltaik für die Einspeisung von Strom ins öffentliche Netz und die Photovoltaik Förderung deuten bereits darauf hin, dass es sich um sauberen Strom aus erneuerbaren Energien handelt. Eine Solaranlage zur Stromerzeugung hat eine wichtige Bedeutung für Umwelt und Klima. Die Anlage ist umweltfreundlich, da sie keinen Lärm, keine Abgase und keinen radioaktiven Abfall erzeugt. Umweltbelastungen treten jedoch durch

Produktion der Anlagen
Transport
Installation
spätere Entsorgung ein.

Viele Hersteller haben das bereits erkannt und nutzen zur Herstellung der Module Ökostrom, der ebenfalls aus Sonnenenergie gewonnen wurde.

Ökologisch ist eine Anlage auch, da bei der Erzeugung des Stroms keine Ressourcen verschwendet werden. Sonnenlicht gehört zu den erneuerbaren Energieträgern und kann direkt genutzt werden. Da der erzeugte Strom in einem Speicher aufbewahrt werden kann, ist auch dann Strom vorhanden, wenn die Sonne nicht scheint oder Nacht ist.

Wie es mit dem Verbrauch der Ressourcen bei der Herstellung der Module aussieht, hängt vom verwendeten Material und der Technologie ab.

Lohnt sich Photovoltaik in Bezug auf die Umwelt? Die umweltbezogene Bewertung hängt auch davon ab, wo die Anlage eingesetzt wird. Eine Anlage auf einem Großdach nutzt eine bereits bestehende Infrastruktur. Eine Photovoltaik Inselanlage oder große Freiflächenanlagen erfordern mehr Aufwand für weitere Systemkomponenten. Sie haben daher eine etwas ungünstigere Umweltbilanz.

Ist Photovoltaik gefährlich?

Photovoltaik ist ungefährlich, wenn die Anlage korrekt geplant und installiert wurde. Eine Brandgefahr besteht, doch ist sie nur außerordentlich gering. Spannungen und Ströme können abhängig von der Anlage hoch sein. Schäden durch Hagelschlag, Blitzeinschlag oder Tierverbiss sind häufig von außen unsichtbar. Sie können allerdings eine größere Gefahr darstellen.

Bei der regelmäßigen Wartung, die im Idealfall einmal jährlich im Frühjahr stattfinden sollte, werden solche Schäden festgestellt.

Ist Photovoltaik sinnvoll?

Lohnt sich Photovoltaik? Diese Frage kann durchaus mit Ja beantwortet werden. Es handelt sich um eine saubere, umweltfreundliche Energie. Sonnenlicht gehört zu den erneuerbaren Energieträgern. Mit Photovoltaik werden die Ressourcen geschont, da zur Erzeugung von Strom aus Sonnenlicht keine fossilen Brennstoffe oder Holz erforderlich sind.

Für Eigenheimbesitzer lohnt sich Photovoltaik, da sie Strom in das öffentliche Netz einspeisen und eine Förderung erhalten können. Noch lohnenswerter ist die Anlage, wenn sie mit einem Stromspeicher ausgestattet und der Strom für den eigenen Haushalt genutzt wird. Die mit dem Betrieb der Anlage verbundenen Kosten können durch den Eigenverbrauch des Stroms im Idealfall gedeckt werden.

Vor- und Nachteile von Photovoltaik

Um besser zu verstehen, warum eine Photovoltaik lohnenswert ist, müssen die Vor- und Nachteile näher beleuchtet werden.

Das sind die Vorteile:

Private Nutzer erzeugen klimafreundlichen Strom und gestalten die Energiewende aktiv mit
Unabhängigkeit und mehr Autarkie gegenüber Stromanbietern und steigenden Strompreisen
Einsparung von Stromkosten durch hohen Eigenverbrauch
Wartungsarme Anlagen, da keine Verbrenner oder bewegten Teile vorhanden sind
Kein Ausstoß schädlicher Abgase

Die Nachteile der Photovoltaik sind nur gering:

An trüben Wintertagen und nachts liefert Photovoltaik fast keinen Strom
Zusätzliches Gewicht auf dem Dach durch die Anlage, das sich bei Wind und Schneelast noch erhöht
Nicht alle Dächer eignen sich aufgrund ihrer Neigung, Konstruktion und Ausrichtung für Photovoltaik.

Um mehr zu erfahren, nehmen Sie gerne Kontakt zu uns auf. Lesen Sie über unsere Version zur alternativen Stromgewinnung oder erhalten Sie hier spezifische Informationen zu PV in Hamburg.