Kurzdefinition

Eine Photovoltaik-Anlage erzeugt elektrische Energie aus Licht. Hilfsmittel sind die sogenannten Solarzellen, die auch bei der klassischen Solaranlage zum Einsatz kommen.

Photovoltaik-Anlagen

Immer mehr Menschen schaffen sich Photovoltaik für ihre Immobilie an und erhoffen sich Einsparungen hinsichtlich der Stromkosten. Doch was ist Photovoltaik eigentlich? Wie funktioniert eine Photovoltaik-Anlage? Wie steht es um die politische Förderung von Photovoltaik-Anlagen und ab wann lohnt sich die Anschaffung? Der folgende Beitrag beantwortet diese und weitere wichtige Fragen rund um das Thema Photovoltaik-Anlagen und Solarstrom.

Definition Photovoltaik-Anlage

Was ist eine Photovoltaikanlage? Der Begriff Photovoltaik ist eine Kombination aus dem griechischen Wort "phos" oder "photos" , was so viel wie "Licht" bedeutet, und der Messeinheit für elektrische Spannung, "Volt". Die Leistung, die eine Photovoltaik-Anlage generieren kann, wird in Kilowattpeak (kWp) angegeben.

Der Name dieser Art der Stromerzeugung ist also Programm – schließlich erzeugt eine Photovoltaik-Anlage aus Licht elektrische Energie. Hilfsmittel sind die sogenannten Solarzellen, die auch bei der klassischen Solaranlage zum Einsatz kommen.

In den letzten Jahren hat die Nutzung von Photovoltaik in Deutschland stark zugenommen. Das technische Verfahren wird beispielsweise zur Stromerzeugung für Privathaushalte (als Photovoltaik-Anlage auf Dachflächen), auf Solarfahrzeugen oder in Taschenrechnern eingesetzt. 1

Photovoltaik-Anlage Funktion

Jede Photovoltaik-Anlage verfügt über Photovoltaik- oder Solarmodule, die das Sonnenlicht in Strom umwandeln. Die Solarzellen bestehen aus Silizium, einem Halbleitermaterial, das sich durch seine hohe Leitfähigkeit bei Energiezufuhr auszeichnet. Sobald die elektromagnetischen Strahlen der Sonne (Photonen) auf die Siliziumatome im Solarmodul treffen, wird ihre Energie auf die losen Elektronen übertragen. In der Folge werden diese von den Atomen abgestoßen. Auf diese Weise entsteht in der angeschlossenen Leitung ein Stromfluss, der dann weiter ins Haus gelangt.

Während dieses Prozesses wandelt ein Wechselrichter in der Photovoltaik-Anlage den Gleichstrom in netztauglichen Wechselstrom um. Um die Menge des ins Netz eingespeisten Stroms zu erfassen, verfügen die meisten Photovoltaik-Anlagen zudem über einen Einspeisezähler. 1

Unterschied zwischen Photovoltaik- und Solaranlagen

Häufig kommt es zu Verwechslungen zwischen Photovoltaik- und Solaranlagen beziehungsweise werden Photovoltaik-Anlagen oft als Solaranlagen bezeichnet. Das ist allerdings falsch, denn Solarthermieanlagen und Photovoltaik-Anlagen gelten beide als Solaranlagen. Da beide das Ziel haben, Sonnenlicht in Strom zu verwandeln, werden sie oft vertauscht. Der Unterschied besteht darin, dass Photovoltaik-Anlagen die Lichtenergie direkt in Strom übersetzen und Solarthermieanlagen das Licht in Wärme (für Heizung und Warmwasseraufbereitung) übersetzen. 1

Was für Photovoltaikanlagen gibt es?

Ohne Photovoltaik- beziehungsweise Solarmodule könnte das Sonnenlicht nicht direkt in Strom umgewandelt werden. Vor dem Kauf sollte man sich über die verschiedenen Typen von Solarmodulen kundig machen, denn diese unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich Material und Fertigung, sondern auch hinsichtlich Technik und Leistung. Außerdem gibt es preisliche Unterschiede. 2

Neben den Unterschieden in den Solarmodulen gibt es auch verschiedene Arten von Photovoltaik-Anlagen. Als wichtigste Unterscheidungsmerkmale gelten der Standort, die Installationsart, die Ausrichtung der Anlage und die Anbindung ans öffentliche Netz.

So kann man etwa zwischen Dach-, Fassaden- und Freiflächenanlagen unterscheiden. Photovoltaik-Anlagen, die am Dach oder an der Hauswand montiert werden, sind in der Regel dafür gedacht, ein Gebäude mit Solarstrom zu versorgen. Sollte die Anlage groß genug sein, können Haushalte in der Nähe mitversorgt werden. Speziale Dachanlagen sind beispielsweise Photovoltaik-Anlagen, die als Terrassenüberdachung dienen oder das Dach eines Carports bilden.

Als Freiflächenanlagen bezeichnet man Photovoltaik-Anlagen am Boden. Diese werden auf Stativen aufgestellt, ein Gebäude als Träger ist also unnötig. Meist werden Freiflächenanlagen in sogenannten Solarparks eingesetzt, um Ökostrom zu erzeugen und zu verkaufen. Darüber hinaus gibt es Agrar-PV-Anlagen und sogar schwimmende Anlagen.

Neben standortfesten gibt es auch mobile Photovoltaik-Anlagen, die zum Beispiel auf Wohnwagen oder Booten eingesetzt werden können. Zu dieser Kategorie kann man auch Balkon Photovoltaik-Anlagen zählen, die nur ein oder zwei Module haben und häufig nicht dauerhaft installiert werden. 3

Photovoltaikanlage Kosten

Bei der Überlegung, ob sich eine Photovoltaik-Anlage für den Eigengebrauch lohnt oder nicht, kommen Faktoren wie die Photovoltaik-Anlage Installation, die öffentliche Förderung von Photovoltaik-Anlagen und die Kosten für einen gegebenenfalls notwendigen Speicher für Photovoltaik-Anlagen zum Tragen. Natürlich stehen im Mittelpunkt aber zunächst die Anschaffungskosten für die Solarmodule und die Installationskosten.

Wie viel Strom eine Photovoltaik-Anlage liefert, hängt entscheidend von ihrer Größe ab, wobei die maximale Stromproduktion in Kilowattpeak gemessen wird. Hiervon – also von der Anzahl der Solarmodule – ist natürlich auch der Preis für die Anlage abhängig.

Ein Einfamilienhaus mit einer drei- bis vierköpfigen Familie verbraucht jährlich etwa 4.000 Kilowattstunden Strom. Pro Kilowattpeak produziert die PV-Anlage bis zu 950 Kilowattstunden Strom. Daraus folgt, dass fünf PV-Module installiert werden müssten, damit der Strombedarf der Familie gedeckt ist. Eine PV-Anlage für ein Einfamilienhaus kostet zwischen etwa 14.000 und 18.000 Euro. Der Preis variiert je nach Art der Anlage.

In der Rechnung zu berücksichtigen ist die Einspeisevergütung für den Anteil des Stroms, der ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Hinzu kommt gegebenenfalls eine Förderung für die Anschaffung eines Stromspeichers. Angesichts der Strompreiserhöhungen, die vermutlich bevorstehen, und einer Lebensdauer der Anlage von etwa 25 Jahren rechnet sich die Investition. 4

Übrigens: Ein Lithium-Akku als Stromspeicher für Photovoltaik-Anlagen kostet pro Kilowattstunde rund 1.800 Euro. Lithium-Akkus sind Blei-Akkus auf jeden Fall vorzuziehen. Die Gründe sind deren technischen Nachteile, wie die geringe Lebensdauer und Entladetiefe der Blei-Akkus. Zudem sind sie nur wenig günstiger als die Lithium-Batterien. 5

Wann lohnt sich eine Photovoltaik-Anlage?

Ob die Anschaffung einer Photovoltaik-Anlage lohnend ist, hängt auch von ihren persönlichen Zielen und Einstellungen ab. Wer der Umwelt etwas Gutes tun möchte, kann diese Frage definitiv mit ja beantworten. Die Anschaffung lohnt sich in der Regel aber unter rein ökonomischen Gesichtspunkten.

Der Grund dafür ist, dass die Anschaffungskosten von Photovoltaik-Anlagen gesunken sind. Ein weiterer Grund ist, dass ein großer Teil des Sonnenstroms vom Dach im jeweiligen Haushalt verbraucht wird. Die Photovoltaik-Anlage wird umso lohnender, je mehr Solarstrom man als Erzeuger selbst verbraucht. Das liegt daran, dass der Strom vom Dach für Privathaushalte sehr viel kostengünstiger ist als der konventionell erzeugte Strom aus dem Netz, der in den letzten Jahren durch Steuern und Abgaben stark angestiegen ist.

Bei einer klassischen Photovoltaik-Anlage können rund 30 Prozent des Stromverbrauchs direkt selbst verbraucht werden. Wer zusätzlich einen Batteriespeicher einbaut, kann sogar etwa 70 Prozent erreichen.

Ein weiterer Vorteil: Mit dem Strom vom Dach Ihres Hauses wird man unabhängiger von den diversen Stromanbietern. Der Strom aus der Photovoltaik-Anlage, der nicht im eigenen Haushalt verbraucht wird, gelangt ins öffentliche Stromnetz. Dafür erhalten Besitzer von Photovoltaik-Anlagen eine entsprechende Einspeisevergütung, die die Wirtschaftlichkeit der Anlage zusätzlich steigert.

Voraussetzung für eine gut laufende Photovoltaik-Anlage ist, dass die Dachfläche ausreichend groß, stabil und verschattungsfrei ist. Optimal ist darüber hinaus eine Ausrichtung nach Süden und eine Dachneigung von 30 Grad. Hinweis: Sowohl Ausrichtung als auch Neigung sind entscheidend für die Sonneneinstrahlung und damit die Menge an erzeugtem Strom. Neigungen von mehr als 60 und weniger als 25 Grad können die Leistung der Photovoltaik-Anlage um bis zu zehn Prozent verringern. 6

Eine Photovoltaik-Anlage liefert unmittelbar nach ihrer Inbetriebnahme erstmals Strom für den eigenen Haushalt. Die Installation einer Photovoltaik-Anlage rechnet sich vor allem für Haushalte, die einen hohen Eigenbedarf haben. 7

Liefert eine Photovoltaikanlage auch bei bedecktem Himmel Strom?

Da Solarthermie- und Photovoltaik-Anlagen kein direktes Sonnenlicht benötigen, um Solarstrom zu erzeugen, arbeiten sie auch bei bedecktem Himmel. Bei einer schlechten Wetterlage kann sich jedoch der Wirkungsgrad der Solarmodule verringern.

Vorteile und Zukunft von Photovoltaikanlagen

Im Bereich Photovoltaik- und Solarthermie-Energie gilt Deutschland als Vorbild in Europa. Das im Jahr 2000 in Kraft getretene Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) sowie die Einspeisevergütung haben den Ausbau von Photovoltaik in Deutschland stark vorangetrieben. Zwar sinkt die Höhe der Einspeisevergütungen seit dem Jahr 2010, die Anschaffung einer Photovoltaik-Anlage ist für Anlagenbetreiber trotzdem nach wie vor lukrativ.

Die Besonderheiten von Photovoltaik sind in den ökologischen Vorteilen dieser Technik zur Stromerzeugung zu sehen. So entstehen beim Betrieb der entsprechenden Anlagen keinerlei Abgase, keine radioaktive Strahlung und kein Lärm. Lediglich die Produktion, der Transport und die Installation der Photovoltaikmodule sowie ihre Entsorgung verursachen diverse Umweltbelastungen. Heutzutage setzen viele Hersteller aber bereits Ökostrom ein, um die Produktion der Photovoltaik-Anlagen umweltfreundlicher zu gestalten. 1

Eine interessante Möglichkeit im Rahmen der Energiewende bieten zum Beispiel Kombinationen aus Brennstoffzellenheizungen und Photovoltaik-Anlagen. In der Brennstoffzellen-Technologie erzeugen Wasserstoff-Brennstoffzellen und Direktmethanol-Brennstoffzellen Wärme und Strom nämlich aus Wasserstoff oder Methanol, das überwiegend aus Erdgas gewonnen wird. Darüber hinaus ist es aber durchaus möglich, Wasserstoff auf andere Art und Weise zu gewinnen, beispielsweise mittels Elektrolyse. Stammt der Strom für dieses Verfahren aus einer Photovoltaik-Anlage läuft auch die Brennstoffzellenheizung mit regenerativer Energie. 8

Fazit

Der Einsatz von Photovoltaik-Anlagen auf dem eigenen Dach ist nicht nur umweltfreundlich, sondern angesichts gestiegener Strompreise auch wirtschaftlich vorteilhaft. Zugute kommen Anlagebetreibern die gesetzlich vorgesehene Einspeisevergütung sowie Förderungen für die Anschaffung der Photovoltaik-Anlage und der Stromspeicher. Eine Photovoltaik-Anlage lohnt sich für Privathaushalte insbesondere dann, wenn der größte Teil des produzierten Stroms selbst verbraucht wird.