Photovoltaik: Nachhaltig und günstig Strom erzeugen

  • von Alexander Rosenkranz
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Jeden Tag sendet die Sonne mehr Energie zur Erde, als die gesamte Bevölkerung in einem Jahr benötigt. Mit einer Photovoltaikanlage nutzen Sie dieses Angebot, um sich selbst mit Strom zu versorgen. Sie machen sich unabhängig von schwankenden Strompreisen, sparen Geld und schonen außerdem das Klima. Doch was ist Photovoltaik eigentlich? Wie funktioniert die Technik, wie viel kostet sie und für wen lohnt sich eine Photovoltaik Komplettanlage? Antworten auf diese Fragen finden Sie im folgenden Ratgeber.

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Kurz erklärt: Was ist eine Photovoltaikanlage?

Bei der Photovoltaik (auch PV) handelt es sich um eine Technik, die solare Strahlung in elektrische Energie umwandelt. Möglich ist das durch den photoelektrischen Effekt, der bereits gegen Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt wurde. Er besagt, dass sich Elektronen aus Metallen herauslösen, wenn diese mit Licht beschienen werden. Bei einer Photovoltaikanlage findet das in den sogenannten Solarzellen statt. Hersteller verunreinigen diese auf beiden Seiten mit unterschiedlichen Fremdatomen (sie sprechen vom Dotieren), sodass alle Elektronen zu einer Seite wandern. Dadurch entstehen Plus- und Minuspole, an denen sich Strom abgreifen lässt. Verbindet man nun mehrere Solarzellen zu Solarmodulen und mehrere Module zu einem Solargenerator, kann dieser ausreichend Strom erzeugen, um den Bedarf in Ihrem Haushalt zu decken. Das funktioniert zumindest dann, wenn ein Wechselrichter den Gleichstrom der Photovoltaik in Wechselstrom umwandelt.

Nicht verwechseln: Solarthermie und Photovoltaik

Neben der Photovoltaik gibt es in der Solartechnik auch die Solarthermie. Letztere nutzt das Sonnenlicht, um Wärme zu gewinnen. Diese überträgt sie mithilfe der Solarflüssigkeit auf die Heizungsanlage, um damit das Trinkwasser zu erwärmen oder die Raumheizung zu unterstützen. Es handelt sich dabei also um Solarwärmeanlagen, wohingegen es bei der Photovoltaik um Solarstromanlagen geht. Lesen Sie mehr dazu im Beitrag zum  Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie.

Aufbau und Funktionsweise der Photovoltaik  

Damit eine Solarstrom Komplettanlage die Geräte in Ihrem Haushalt mit Strom versorgen kann, sind verschiedene Bauteile nötig. Zu den wichtigsten gehören die  Solargeneratoren, die sich auf dem Dach, an der Fassade oder als Solarzaun auf der Grundstücksgrenze befinden.  Diese fangen Sonnenlicht ein und erzeugen Gleichstrom.  Wechselrichter  wandeln die elektrische Energie in Wechselstrom um und machen sie somit für weitere Anwendungen nutzbar. Wichtig sind außerdem Strom- oder  Batteriespeicher, die überschüssige Energie vom Tag bis in die Nacht vorhalten. Handelt es sich um eine netzgekoppelte Anlage (Anschluss an das Stromnetz), benötigen Sie im  Photovoltaik-Aufbau  außerdem  Zähler, die Ihre Erträge und Verbräuche erfassen. Viele Hausbesitzer kaufen zudem auch eine  Ladestation für Elektroautos.

© vencav / Fotolia

Solargenerator wandelt kostenfreies Sonnenlicht in Gleichstrom um

Der Solargenerator befindet sich auf dem Dach. Er ist zur Sonne ausgerichtet und besteht aus zahlreichen, miteinander verbundenen Solarmodulen. Diese setzen sich wiederum aus  Solarzellen  zusammen, in denen der photoelektrische Effekt stattfindet. Geht es um die  Funktionsweise einer Photovoltaikanlage, spielen die kleinen Zellen eine wichtige Rolle. Denn Sie entscheiden über den Wirkungsgrad und damit auch darüber, wie effizient die Technik solare Strahlung in elektrische Energie umwandelt.

Tipp: Sind die Bedingungen für eine Photovoltaikanlage nicht optimal, können sogenannte  PV-Optimierer dazu beitragen, den Ertrag zu steigern.  

Welche Arten von Solarzellen gibt es und was unterscheidet diese?

Für die Module einer Solarstrom Komplettanlage sind verschiedene Arten von Solarzellen erhältlich. Üblicherweise lassen sich dabei monokristalline, polykristalline und amorphe Zellen voneinander unterscheiden. Die folgende Tabelle zeigt, was diese auszeichnet.

  MONOKRISTALLINE ZELLEN  

POLYKRISTALLINE ZELLEN  

AMORPHE ZELLEN
Eigenschaft  Diese Solarzellen bestehen aus einkristallinem Silizium, großen Kristallen, die Hersteller in kleine Scheiben schneiden. Die Produktion ist aufwendig und kostenintensiv, dafür ist der Wirkungsgrad sehr hoch.Für die Herstellung dieser Solarzellen kommt kein reines Silizium zum Einsatz, was sich an der Kristallstruktur erkennen lässt. Die Produktion ist günstiger und weniger energieintensiv. Der Wirkungsgrad ist jedoch geringer.  Amorphe Zellen bestehen aus Silizium, das mit anderen Materialien auf Trägerschichten aufgedampft wird. Die Herstellung ist günstig und es sind sogar flexible Module möglich. Nachteil ist jedoch der niedrige Wirkungsgrad.
Wirkungsgradca. 20 Prozent  ca. 15 Prozent  

ca. 5 bis 7 Prozent

Neben den drei bekannten Arten von Solarzellen gibt es weitere, die aktuell noch nicht vollständig erforscht sind. Ein Beispiel dafür sind  organische Solarzellen. Diese bestehen aus Kunststoffen, sind günstig sowie sparsam herstellbar und könnten konventionelle Zellen in Zukunft vom Markt verdrängen. Viele Hausbesitzer fragen sich daher, ob es sich lohnt, mit dem Kauf einer Photovoltaikanlage noch zu warten, bis Solarmodule mit höherem Wirkungsgrad auf dem Markt sind. Bereits heute gibt es erprobte Technologien, die einen wirtschaftlichen Betrieb ermöglichen. Warten ist daher nicht nötig.

Wechselrichter wandeln Gleichstrom in Wechselstrom um

Während Photovoltaikanlagen Gleichstrom erzeugen, verbrauchen Haushaltsgeräte in aller Regel Wechselstrom. Möchten Sie die elektrische Energie vom Dach nutzen oder in das öffentliche Netz einspeisen, benötigen Sie daher auch einen  Photovoltaik-Wechselrichter  im Haus.

© M. Schuppich / Fotolia

Mit Batteriespeicher und Photovoltaikanlage autark leben

Ein Nachteil der Photovoltaik ist das schwankende Energieangebot. So erzeugen Anlagen am Tage besonders viel Strom, während sie in der Nacht keine Energie mehr liefern. Eine zuverlässige Stromversorgung ist daher nur mit  Batteriespeichern  möglich. Die Bauteile nehmen Strom am Tag auf und halten diesen bis in die Nacht hinein vor. Auf diese Weise ist es möglich, die Geräte in Ihrem Haushalt auch nachts mit Solarenergie aus einer Photovoltaik Komplettanlage zu betreiben. Sie steigern Ihre Eigenverbrauchsrate (Anteil des Ertrags, der im Haus bleibt) von 20 auf rund 60 Prozent und machen sich unabhängig von öffentlichen Stromanbietern.

Abrechnung über Stromzähler für Verbrauch und Ertrag

Speisen Sie einen Teil des Solarstroms in das öffentliche Netz ein, erhalten Sie dafür eine Vergütung. Möglich ist das jedoch nur mit einem sogenannten Einspeisezähler, der den konventionellen  Stromzähler  ergänzt. Alternativ dazu können Sie auch einen  Zweirichtungszähler  installieren, der alle Energieströme zuverlässig misst.

PKW-Ladestation ermöglicht das Fahren mit Solarstrom

Installieren Sie außerdem eine  Ladestation für Elektroautos, fahren Sie in Zukunft klimafreundlicher. Denn Sie tanken nachhaltig erzeugten Solarstrom, der Ihnen zudem kostenfrei zur Verfügung steht.

Photovoltaik Komplettanlage lässt keine Wünsche offen

Wer Solarstrom im eigenen Haus nutzen möchte, kann sich die Komponenten individuell zusammenstellen. Eine Alternative ist der Kauf einer Photovoltaik Komplettanlage. Diese besteht aus einem Set, welches alle benötigten Bauteile enthält. Anbieter haben die Komponenten optimal aufeinander abgestimmt und Kunden können die Kosten der Photovoltaik von Beginn an sicher planen. Um die Installation einer solchen Solarstrom Komplettanlage sollten sich dennoch Fachhandwerker kümmern. Das ist auch dann wichtig, wenn Sie eine  Versicherung für die Photovoltaik  abschließen wollen.

Voraussetzungen für die Installation einer Photovoltaikanlage

Damit eine Photovoltaikanlage viel Strom erntet, sind einige Voraussetzungen zu erfüllen. Besonders wichtig ist es, die Solarmodule optimal zur Sonne hin auszurichten. Schatten dürfen die einzelnen Zellen nicht verdecken und ein übermäßiges Aufheizen der Solargeneratoren ist zu vermeiden. Wenn Sie eine Photovoltaikanlage planen, sollten Sie folgende Tipps unbedingt beachten.

PHOTOVOLTAIK VORAUSSETZUNGEN  HINWEISE
Ausrichtung nach Süden  Das meiste Licht fangen Solaranlagen ein, wenn ihre Module genau nach Süden zeigen. Abweichungen nach Ost und West sind möglich, jedoch mit Ertragseinbußen von 10 bis 20 Prozent verbunden.
30 bis 35 Grad Neigung  Während steil angestellte Module im Winter viel Strom ernten, sind Erträge im Sommer bei flacheren Neigungswinkeln höher. In der Praxis hat sich ein Wert von 30 bis 35 Prozent etabliert. Bei optimaler Süd-Ausrichtung wirken sich Abweichungen jedoch nur gering aus.
Schatten vermeiden  Große Gebäude, Bäume oder Berge können dazu führen, dass das ganze Jahr über viel Schatten auf dem Dach liegt. Da dieser den Ertrag mindert, sollten Sie ein schattenfreies Dach für die Photovoltaikanlage wählen.
Niedrige Temperaturen  Da die Leistung von Solarzellen mit zunehmender Temperatur sinkt, ist auf eine Kühlung der Module zu achten. Bei Aufdachanlagen erfolgt diese durch den Luftstrom zwischen Dach- und Modulfläche. Kommen Indachanlagen oder  Photovoltaik-Dachziegel  zum Einsatz, ist die Kühlung beispielsweise mit einer Wärmepumpe möglich.

Wie steht es nun, wenn das Dach nicht genau nach Süden ausgerichtet ist. Lohnt sich die Installation einer Photovoltaikanlage dann überhaupt? Eine Antwort auf diese Frage gibt es im Rahmen der individuellen Planung. Diese ist immer zu empfehlen, um eine hohe Wirtschaftlichkeit der Anlage sicherzustellen. Einbußen durch Ausrichtung oder Neigung lassen sich dabei mit besseren Solarzellen oder größeren Solarmodulen ausgleichen.

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Kosten und staatliche Förderung für Solarstromanlagen

Wie viel eine Photovoltaikanlage kosten kann, hängt vor allem von der Anlagengröße und der Ausstattung der Technik ab. Die Preise für Solarmodule, Wechselrichter und Co. fallen Jahr für Jahr und liegen inklusive  Montage der Photovoltaik  aktuell bei rund 1.500 bis 1.800 Euro pro Kilowatt Peak (kWp). Hinzu kommen Ausgaben für den Stromspeicher, die sich auf etwa 500 bis 1.000 Euro pro Kilowattstunde Speicherkapazität belaufen. Möchten Sie eine Photovoltaikanlage für ein Einfamilienhaus kaufen (Stromverbrauch ca. 4.000 kWh pro Jahr), fallen folgende Kosten an:

  • Photovoltaikanlage inklusive Montage (4 kWp): 6.000 bis 8.000 Euro
  • Batteriespeicher inklusive Montage (4 kWh): 3.000 bis 4.000 Euro
  • Elektroauto-Ladestation für einen PKW (optional): 500 bis 1.500 Euro
  • Kosten der Photovoltaik Komplettanlage inklusive Steuern: 6.000 bis 13.500 Euro

Wichtig zu wissen ist, dass auch im Betrieb der Anlagen Ausgaben anfallen. Diese entstehen zum einen durch die  Photovoltaik-Wartung  und -Versicherung, zum anderen durch die  Photovoltaik-Steuern. Letztere fallen bei Anlagen mit mehr als zehn Kilowatt peak an, da Sie dann Einsparungen und Erlöse als Gewinne versteuern müssen.

Tipp: Eine platz- und kostensparende Alternative zu großen Anlagen sind sogenannte Balkonkraftwerke.    

Wichtig zu wissen: Seit Januar 2023 sind viele Verbraucher von der Umsatz- und Einkommenssteuer befreit. Dafür sorgen Änderungen im Jahressteuergesetz 2022, von denen vor allem Besitzer kleiner Anlagen profitieren. Sie können bereits bei der Anschaffung viel Geld sparen und von nun an auch ohne finanzielle Nachteile auf die deutlich einfachere Kleinunternehmerregelung setzen.

Fördermittel senken die Photovoltaikanlagen-Kosten

Die Photovoltaik liefert regenerativen Strom. Sie trägt zur Einsparung schädlicher  Treibhausgase  bei und hilft, die im Klimaschutzgesetz verankerten Ziele zu erreichen. All das sind Gründe, aus denen Sie vielerorts attraktive Fördermittel für die Technik bekommen. Neben einer 20-jährigen Einspeisevergütung über das EEG sind dabei auch zinsgünstige Darlehen und hohe Zuschüsse erhältlich, wie die folgende Übersicht zeigt.

PHOTOVOLTAIK-FÖRDERUNG  BESCHREIBUNG
Einspeisevergütung  Für jede Kilowattstunde Strom, die Sie in das öffentliche Netz einspeisen, bekommen Sie die Einspeisevergütung. So sieht es das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vor. Die Vergütung wird 20 Jahre lang ausgezahlt, wobei ihre Höhe vom Monat der Inbetriebnahme abhängt.  
KfW-Programm 270  Über das Programm 270 „Erneuerbare Energien – Standard“ der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) erhalten Sie einen zinsgünstigen Kredit, wenn Sie eine Photovoltaikanlage kaufen. Müssen Sie im Zuge der Installation auch das Dach sanieren, können Sie die dabei anfallenden Kosten gleich mitfinanzieren.
Regionale Förderangebote  In zahlreichen Bundesländern, Städten und Gemeinden erhalten Sie attraktive Zuschüsse für Photovoltaik Komplettanlagen mit Stromspeicher. Die Angebote sind teilweise befristet und nicht immer verfügbar. Aus diesem Grund empfehlen wir, beim Land, bei der Gemeinde oder bei einem Fachhandwerker aus der Region nachzufragen, bevor Sie eine Photovoltaikanlage mit Stromspeicher kaufen.
Förderung im Rahmen des BEGAuch über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) fördert der Staat Komplettanlagen für Photovoltaik. Erhältlich sind Darlehen mit Tilgungszuschüssen, die es im Rahmen einer ganzheitlichen Sanierung zum Effizienzhaus oder bei dem Bau neuer Effizienzhäuser gibt. Dämmen Sie das Dach und installieren in diesem Zuge eine Indachanlage oder Solardachziegel, bekommen Sie für diese sogar hohe Zuschüsse ausgezahlt.  

Ausführliche Informationen zu Förderangeboten und zur Beantragung der Mittel geben wir im Beitrag zur  Förderung von Photovoltaik.

Solarpflicht für Neubau und Sanierung ist wahrscheinlich

In einigen Bundesländern gibt es sie bereits, andere ziehen vermutlich bald nach. Die Rede ist von der Solarpflicht für Photovoltaikanlagen. Sie fordert Verbraucher dazu auf, eine Solarstromanlage einzubauen, wenn sie ein neues Haus errichten oder ein bestehendes wesentlich sanieren. Neben zahlreichen Ausnahmen gibt es auch die Möglichkeit, Ersatzmaßnahmen zu treffen. Wie diese aussehen und wo die Vorgaben bereits gelten, erklären wir im Beitrag zur Solarpflicht.

Einspeisen oder selbst verbrauchen: Was lohnt sich mehr?

Wer im Januar 2010 eine neue Photovoltaikanlage in Betrieb nahm, bekommt noch immer eine Einspeisevergütung von fast 40 Cent pro Kilowattstunde. Eine neue Solarstromanlage kostete damals allerdings auch rund 3.000 Euro pro Kilowatt peak. Inzwischen sind die Preise deutlich gesunken und auch die Einspeisevergütung ist mit 8,2 bis 8,6 Cent pro Kilowattstunde (Stand: Juni 2023) wesentlich geringer. Da stellt sich die Frage, ob sich Einspeisen eigentlich noch rentiert?

© tl6781 / Fotolia

Die Antwort hängt von individuellen Gegebenheiten ab

Bei Stromkosten von mehr als 40 Cent pro Kilowattstunde ist es attraktiv, möglichst viel der selbst erzeugten Energie auch im eigenen Haus zu verbrauchen. Denn so sparen Sie mehr Geld, als die Einspeisevergütung einbringen würde. Voraussetzung für den Einsatz der Photovoltaik sind dabei niedrige Kosten und hohe Erträge. Fallen die Anschaffungskosten durch ungünstige Voraussetzungen sehr hoch aus, können die erhofften Einsparungen allerdings auch ausbleiben und der Eigenverbrauch rentiert sich nicht.

Hinweis: Um den Ausbau von Photovoltaik in Städten voranzutreiben, werden auch Anlagen auf vermieteten Wohngebäuden gefördert. Anlagenbetreiber, die sogenannten  Mieterstrom  gebäudenah produzieren und an Bewohner des Hauses sowie Bewohner angrenzender Gebäude verkaufen, erhalten neben der Einspeisevergütung einen Mieterstromzuschlag.

Detaillierte Planung und Simulation vor dem Anlagenkauf

Um böse Überraschungen zu vermeiden, empfehlen wir in jedem Fall eine individuelle Beratung, bevor Sie eine Photovoltaikanlage kaufen. Experten informieren dabei über die zu erzielenden Einsparungen. Sie klären über die Kosten auf und berechnen, ob und wie sich die Technik wirtschaftlich sinnvoll betreiben lässt.

Photovoltaik: Vor- und Nachteile der Technik im Überblick

Mit einer Photovoltaik Komplettanlage decken Sie zumindest einen Teil Ihres Strombedarfs selbst. Sie stoßen weniger CO2 aus, tragen einen Teil zur Energiewende bei und machen sich unabhängiger von steigenden Strompreisen. Sie bekommen Strom allerdings nur dann, wenn die Sonne kräftig scheint. Sie haben oft einen zusätzlichen steuerlichen Aufwand und müssen zum Teil mit höheren Anschaffungskosten in vielen Bereichen rechnen. Das Angebot wächst aktuell jedoch und kleinere Flächen können sich bereits lohnen. Zudem haben einige Betreiber Angst vor der  Photovoltaik-Brandgefahr, die sich mit der regelmäßigen Wartung verhindern lässt. Welche Vor- und Nachteile die Photovoltaik außerdem hat, zeigt folgende Tabelle auf einen Blick. Grundsätzlich gilt aber:  Geht es um eine Entscheidung für oder gegen die Technik, ist daher immer eine individuelle Beratung und Planung zu empfehlen.

VORTEILE  NACHTEILE
(teil-)autarke Stromversorgung  höhere Anschaffungskosten der Technik
geringerer CO₂-Ausstoß  Energieangebot tritt schwankend auf
Unabhängigkeit von Stromanbietern  teilweise lange Amortisationszeiten
Beitrag zu Energiewende und Klimaschutz    
finanzielle Einsparungen und gute Rendite  

Weitere Informationen zum Thema Photovoltaik

Das Thema Photovoltaik ist sehr umfangreich und lässt sich kaum auf einer Seite komplett abbilden. Daher finden Sie in der folgenden Tabelle alle themenverwandte Artikel zu diesem Thema. Zudem haben wir im Beitrag Vorteile der Photovoltaik viele Informationen zusammengestellt, die Ihnen vor der Kaufentscheidung behilflich sein können.

THEMENKURZBESCHREIBUNG
Arten der Montage einer PhotovoltaikanlageFür alle, die den Kauf schon in Betracht ziehen und sich schon mit dem Einbau beschäftigen, empfiehlt sich dieser Beitrag.  
Photovoltaik-WartungFür Anlagenbesitzer ist es wichtig, dass die Stromerzeugung sauber und langfristig funktioniert. Dafür ist die Wartung unabdingbar.  
StromcloudDie sogenannte Stromcloud ist die Lösung für alle, die im Sommer Überschussstrom produzieren und ihn nicht einspeisen möchten.
Mini-SolaranlagenBalkon- oder Mini-Solaranlagen lassen sich mobil, im Garten oder in der Wohnung nutzen. Wir erklären, wie das funktioniert und ob es sich lohnt.  
Solarmodule entsorgenWas passiert nach der Nutzungsdauer, wenn Module kaputt oder nicht mehr wirtschaftlich sind? Im Beitrag erklären wir, wann und wie Solarmodule zu entsorgen sind.  
SolarpflichtBei Neubauten und wesentlichen Sanierungen ist die Installation der Photovoltaik vielerorts Pflicht. Wir erklären, was dabei zu beachten ist.
Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG)Über die BEG-Förderung erhalten Sie Darlehen oder Zuschüsse für energetische Sanierungsvorhaben. Erstere gibt es für ganzheitliche Sanierungen zum Effizienzhaus. Von Zuschüssen für die Photovoltaik profitieren Sie bei der Dachdämmung, wenn Solardachziegel oder Indach-PV-Anlagen zum einsatz kommen.
KfW-Förderung für den Neubau (BEG Neubau)Analog zur BEG-Förderung im Bestand unterstützt der Staat mit der BEG-Förderung für klimafreundliche Neubauten Bauherren. Sie erhalten Darlehen mit sehr guten Konditionen, wenn Sie ein neues, CO2-sparendes Effizienzhaus 40 bauen.    

Fazit von Alexander Rosenkranz

Die Photovoltaik wandelt Sonnenlicht in elektrische Energie um. Der Strom deckt den eigenen Bedarf und lässt sich gegen eine Vergütung in das öffentliche Netz einspeisen. Sinnvoll ist die Technik dabei immer dann, wenn die Kosten niedrig und die Erträge hoch sind. Ob das bei Ihnen der Fall ist, zeigt die individuelle Beratung durch einen Energieberater oder Fachhandwerker.

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