Strom aus der Sonne – Fakten zur Photovol­taikanlage

Eine Photovoltaikanlage besteht aus Solarmodulen, die aus Solarzellen aufgebaut sind. In den Solarzellen werden Sonnenstrahlen eingefangen und in elektrische Energie umgewandelt – das ist der sogenannte photoelektrische Effekt. Der so erzeugte umweltfreundliche Solarstrom wird über einen Wechselrichter in netzkonformen Wechselstrom umgewandelt und kann in das Stromnetz eingespeist werden. Der Betreiber einer PV-Anlage erhält nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) pro Kilowattstunde Strom eine feste Einspeisevergütung, die bei einer Anlagengröße von bis zu 10 Kilowatt aber nur noch etwa 8 Cent pro Kilowattstunde beträgt. Der Strom, der mit einer Photovoltaikanlage hergestellt wird, sollte jedoch primär selbst im Haushalt verbraucht werden. Die Speicherung über einen Batteriespeicher erhöht das Potenzial der Eigennutzung erheblich. Mit einem Hauskraftwerk, das den Solarwechselrichter enthält, und einer PV-Anlage lassen sich sehr gute Eigenverbrauchsquoten sowie eine hohe Unabhängigkeit vom Energieversorger und von steigenden Strompreisen erreichen.

Die Installation einer Photovoltaikanlage ist grundsätzlich auf allen Dächern möglich. Es müssen lediglich genügend Sonnenstrahlen auf die Solarmodule treffen. In Deutschland ist die Sonneneinstrahlung in allen Regionen hoch genug, um eine PV-Anlage wirtschaftlich zu betreiben. Wichtige Faktoren bei der Auslegung und Installation sind die Größe, die Verschattung durch benachbarte Gebäude und Bäume, die Neigung der Dachflächen sowie die Ausrichtung des Daches. Im besten Fall sollten beide Dachseiten mit Solarmodulen ausgestattet werden. Sollte das Dach aufgrund mangelnder Sonneneinstrahlung eher keine Option sein, kommt eventuell die Terrassenüberdachung, die Garage oder die Hausfassade als Standort infrage.

Wichtig: Eine Photovoltaikanlage kann deutlich mehr Strom produzieren als im Haushalt verbraucht wird. Allerdings kann das System überschüssigen Strom gegen eine feste Vergütung ins öffentliche Stromnetz einspeisen. Bei einer Ausrichtung nach Süden erzielen PV-Anlagen die höchste Leistung, doch auch bei einer Ost-West-Ausrichtung ist der Betrieb einer Solaranlage in jedem Fall noch wirtschaftlich. Bei aktuellem Wirkungsgrad kann auch die Nordseite eines Daches noch genug Ertrag bringen, um eine PV-Anlage wirtschaftlich zu betreiben.

Übrigens: Die Energie aus der Photovoltaikanlage muss nicht nur als Haushaltsstrom verwendet werden, sondern lässt sich auch für die Wärmeversorgung nutzen, etwa durch Wärmepumpen oder andere elektrische Heizgeräte. Mit der Elektromobilität kommt ein dritter wichtiger Sektor hinzu, denn durch das Laden des Elektroautos mit eigenem Strom über die Wallbox fährt man besonders preisgünstig und umweltfreundlich.

Herzstück jeder PV-Anlage sind deren Solarzellen. Die Solarzelle wandelt Sonnenlicht in Strom um, sie tut dies im Verbund mit vielen Zellen im Solarmodul. Solarmodule sind also nicht zu verwechseln mit Sonnenkollektoren, die über eine Trägerflüssigkeit Wärme aus der Solarstrahlung erzeugen. Die Basis einer kristallinen Solarzelle ist der sogenannte Wafer, der aus Silizium besteht. Dieses chemische Element findet sich in großen Mengen an der Erdoberfläche, z. B. als Sand oder Mineral. Zu unterscheiden sind Solarzellen aus monokristallinem und polykristallinem Silizium.

Monokristalline Solarzellen sind dunkelblau bis schwarz und haben eine homogene Struktur. Polykristalline Zellen unterscheiden sich davon optisch durch ihre glitzernde Oberfläche und ihre nicht homogene Struktur – denn die Wafer werden aus einem aus vielen Kristallen zusammengesetzten Material gefertigt. Grundsätzlich besitzen die monokristallinen Zellen einen etwas höheren Wirkungsgrad, die Module sind daher leistungsfähiger – allerdings auch teurer. Alle kristallinen Solarmodule haben eine zu erwartende Lebensdauer von etwa 30 Jahren.

Im Gegensatz zu den waferbasierten Zellen wird bei Dünnschichtmodulen der Halbleiter auf ein Trägermaterial aufgetragen. Diese Schicht ist extrem dünn. Optisch zeichnen sich Dünnschichtmodule durch eine dunkle Färbung und ein ganzflächig homogenes Erscheinungsbild aus. Die Module haben grundsätzlich einen geringeren Wirkungsgrad als kristalline Module.

Eine Photovoltaikanlage stellt große Menge an Energie bereit, wirklich effektiv nutzen lässt sie sich jedoch am besten mit einem Solarstrom-Speichersystem. Denn: Jede Kilowattstunde, die direkt und über den Speicher genutzt wird, muss nicht konventionell erzeugt werden und senkt die Bezugskosten für Energie aus dem Netz.

Anlagenbetreiber von älteren PV-Anlagen, die eine hohe Vergütung erhalten, müssen sich erst zum Ende der Vergütung nach 20 Jahren Gedanken wegen der Speicherung machen. Bei jüngeren Bestandsanlagen kann ein Speicher nachgerüstet werden, um den Eigenverbrauch zu erhöhen. Im Falle von Neuanlagen sollte das Speichersystem von Anfang an mitbedacht werden. Ein Hauskraftwerk von E3/DC enthält gleich den Solarwechselrichter und das Energiemanagement, um den Solarstrom intelligent und effizient in allen Sektoren zu nutzen und ein Höchstmaß an Unabhängigkeit zu erreichen.

Die Wirksamkeit des Speichersystems für Solarstrom hängt eng mit der installierten Leistung der Photovoltaikanlage zusammen.

Eine moderne Photovoltaikanlage verbindet Klimaschutz mit Zukunftssicherung. Somit tragen Sie mit einer PV-Anlage aktiv zur Energiewende bei. Und was noch hinzukommt: Die Kosten für die Module auf dem Dach sind in den vergangenen 15 Jahren drastisch gesunken. Daher kann und sollte die PV-Anlage möglichst groß ausgelegt werden. Eine hohe Leistung ist nämlich die Voraussetzung dafür, dass die Sektorenkopplung von Haushalt, Wärme und Mobilität über Photovoltaik und Stromspeicher gelingt. Bei begrenzter Fläche lohnt es sich, auf besonders leistungsfähige Solarmodule zu setzen. Bei der Auslegung ist natürlich auch die ganzjährig gemittelte Solarstrahlung am jeweiligen Standort zu berücksichtigen, die schon innerhalb Deutschlands sehr unterschiedlich ausfällt.

Auch sonst sprechen im Hinblick auf die Rentabilität einige Faktoren für die Installation einer Photovoltaikanlage. So sind die Finanzierungskosten aufgrund der hohen Investitionssicherheit sehr niedrig und die Betriebs- und Wartungskosten fallen im Vergleich zu Ölheizungen kaum ins Gewicht.

Darüber hinaus gilt es zu wissen, dass die Bundesregierung für die Jahre 2022 und 2023 eine steuerliche Entlastung für bestimmte PV-Anlagen beschlossen hat. Die Einkommensteuer wird ab dem 1. Januar 2022 vollständig entfallen und ab dem 1. Januar 2023 muss auch keine Umsatzsteuer mehr entrichtet werden. Dieser Beschluss gilt unter anderem für kleinere Anlagen mit einer installierten Gesamtbruttoleistung von bis zu 30 Kilowatt sowie bei einem Betrieb von mehreren Anlagen bis 100 Kilowatt.

So wie die Sonne Licht und Wärme in unser Leben bringt, lässt sich ihre Strahlung auch energetisch auf zweierlei Weise nutzen: Über die Photovoltaik zur Stromerzeugung und über die Solarthermie zur direkten Gewinnung von Wärme. Beide Systeme können parallel eingesetzt werden, wenn das Dach genug Fläche für eine ausreichend große PV-Anlage und für Sonnenkollektoren bietet.

Erzeugt eine solarthermische Anlage mehr Wärme als benötigt, kann der Überschuss nicht in ein öffentliches Netz eingespeist werden. Daher richtet sich die Fläche der Solarkollektoren nach der Größe und Art des Wärmespeichers. Dessen Größe hängt wiederum von der Nutzung ab. Bei reiner Warmwasseraufbereitung ist der Bedarf deutlich kleiner als bei einer solarthermischen Unterstützung der Heizungsanlage. Eine Photovoltaikanlage kann dagegen voll auf hohe Eigenversorgung ausgelegt werden, weil sich Überschüsse im Sommerhalbjahr über die Einspeisevergütung verwerten lassen und den Anteil der Erneuerbaren im Strommix erhöhen.