Photovoltaik

Photovoltaik: Wie funktioniert es?

Das Prinzip einer Photovoltaikanlage lässt sich anhand eines fließenden Gebirgsbachs einfach erklären: Es wird davon gesprochen, dass "Strom fließt", dies trifft in gewisser Weise auch bei Photovoltaikanlage zu, nur fließen dabei statt Wassermoleküle im Gebirgsbach Elektronen in den Solarmodulen.

Je höher der Gebirgsbach herabfließt und je weniger Steine und Felsen ihm "Widerstand" leisten, desto ungehinderter kann das Wasser fließen. Bei Photovoltaikanlagen sprechen wir vom Wirkungsgrad. Je besser es gelingt, die eingestrahlte Lichtleistung in elektrische Leistung umzuwandeln, desto besser ist der Wirkungsgrad der Anlage. Deswegen ist es sehr wichtig, bei der Auswahl einer Solaranlage auf Qualität und einen hohen Wirkungsgrad der verwendeten Solarmodule zu achten.

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Photovoltaik im Vergleich

Die Stromerzeugung mit Solaranlagen ist im Vergleich mit anderen Nutzungsarten erneuerbarer Energiequellen – wie z. B. den Wechsel zu einem Ökostromanbieter – zwar etwas aufwendiger, bietet dafür aber zahlreiche Vorteile:

• Solarmodule lassen sich ganz einfach auf Dächer installieren, sehen sehr ästhetisch aus und werten die eigene Immobilie auf.
• Im Gegensatz zu Windkraftanlagen haben Solarmodule keine wartungsintensiven und störanfälligen beweglichen Teile.
• Solarmodule verursachen keine Geräusche oder Vibrationen.
• Der höhere Wert der elektrischen Energie kann den größeren Aufwand der Photovoltaik gegenüber solarthermischen Anlagen, die ausschließlich Warmwasser produzieren, leicht ausgleichen.
• Eine Solaranlage amortisiert sich nach wenigen Jahren.
• Mit einer Solaranlage nehmen Sie aktiv an der Energiewende teil und setzen ein klares Zeichen für Klimaschutz.
• Sie machen sich unabhängig von den großen Energieversorgern, die ihre Energie teilweise noch mit fossilen Energieträgern erzeugen und deren Tarife beständig steigen.

Diese Unterschiede bedeuten aber nicht, dass Photovoltaik im Allgemeinen besser oder schlechter wäre als andere Arten der regenerativen Energiegewinnung. Gerade Solarstrom und Solarwärme können sich beispielsweise sehr gut ergänzen.

Wie die Solarthermie eignet sich auch die Photovoltaik besonders gut für den Einsatz in privaten Ein- oder Zweifamilienhäusern mit einer installierten Leistung (maximale Strommenge, die die Solarzellen unter standardisierten Testbedingungen auf der zur Verfügung stehenden Fläche produzieren können) von rund 10 kWp. Je nach Dachfläche kann die Dimensionierung auch höher oder niedriger ausfallen.

Ist es möglich, mit Photovoltaik Energie zu speichern?

Um die Versorgungssicherheit brauchen Sie sich als Eigenheimbesitzerin bzw. -besitzer bei einer Photovoltaikanlage keine Gedanken machen. Während der Kältewelle im Winter 2012 wirkten solche Anlagen sogar Netz unterstützend. Während Frankreich etwa 7 Prozent seines Strombedarfs importieren musste, blieb Deutschland Stromexporteur.

Im Haushalt sorgen Stromspeicher, welche die überschüssige Energie der Anlagen speichern, für ausreichend Reserve. Später, wenn die selbst erzeugte Energie zur Deckung des Verbrauchs nicht ausreicht, kann auf die Speicher der Anlagen zurückgegriffen werden. Darüber hinaus besitzen Systeme mit Stromspeicher den Vorteil, dass sie Netzausfälle überbrücken können.

Photovoltaik zur Stromerzeugung

Wie funktionieren Solaranlagen?

In Solarzellen aus einem Halbleitermaterial wird durch das Sonnenlicht Strom erzeugt. Dabei handelt es sich um Gleichstrom. Da der Solarstrom, der in einer einzelnen Solarzelle erzeugt wird, gering ist, werden diese Zellen zu Solarpaneelen zusammengefasst. Der Großteil des Stroms, der im Haushalt benötigt wird, ist jedoch kein Gleich-, sondern Wechselstrom. Daher wird der von der Solaranlage erzeugte Strom durch einen Wechselrichter geleitet, der den Gleichstrom in den benötigten Wechselstrom umwandelt.

Welche Dachform und Ausrichtung sind geeignet?

Die größte Stromausbeute ergibt sich bei einer Ausrichtung nach Süden unter einem 30-Grad-Winkel. Diese optimalen Bedingungen sind am ehesten auf einem Flachdach durch eine entsprechende Unterkonstruktion zu erreichen. Auch andere Dachformen wie Sattel-, Walm- oder Spitzdächer sind bei Ausrichtungen nach:

• Südost
• Südwest
• West
• Ost

sehr gut geeignet und unter Winkeln zwischen 10 und 50 Grad werden noch gute Wirkungsgrade von mindestens 80 Prozent erreicht. Natürlich muss vor der Montage geprüft werden, ob das Dach für die Aufnahme der Photovoltaikanlage stabil genug ist.

Was kostet eine Photovoltaikanlage?

Die Kosten für eine solche Anlage setzen sich aus dem Preis für die Solarmodule, die Unterkonstruktion, den Wechselrichter und die Verkabelung und den Arbeitskosten zusammen. Dabei ist eine größere Anlage billiger zu errichten als eine kleine Anlage. Bei Privathaushalten werden in der Regel Anlagen mit einer Leistung von fünf bis zehn und mehr Kilowatt-Peak (kWp, Spitzenwert) installiert.

Hierzu ist eine Dachfläche von 40 bis 70 Quadratmetern erforderlich. Diese Anlagen kosten in etwa zwischen 8.500 und 13.000 Euro, allerdings amortisieren sich diese Investitionskosten durch die lange Nutzungsdauer von mehr als 20 Jahren sehr rasch.

Erfahren Sie mehr über Photovoltaik-Kosten.

Wann lohnt sich eine Solaranlage?

Photovoltaik zur Stromerzeugung zahlt sich umso deutlicher für Sie aus, je mehr des erzeugten Stroms selber verbraucht wird. Dabei kann Ihnen die Installation eines zusätzlichen Energiespeichers helfen. Überschüssiger Solarstrom, den Sie nicht verbrauchen und nicht speichern können, kann in das öffentliche Netz eingeleitet werden und wird mit der Einspeisevergütung bezahlt. Die Höhe dieser Einspeisevergütung ist vom Zeitpunkt der Anlagenerrichtung abhängig, die Einspeisevergütung fällt niedriger aus, je später die Anlage in Betrieb genommen wird.

Der eingesparte Strompreis bei Eigenverbrauch (Selbstverbrauch) liegt in der Regel höher, es lohnt sich also am meisten für Sie, wenn Sie Ihren selbsterzeugten Strom auch selbst nutzen.

Welche Fördermöglichkeiten gibt?

Für Photovoltaikanlagen gibt es zinsvergünstigte Kredite von der Kreditanstalt für Wiederaufbau. Die Höhe ist von der Art und Größe der Anlage abhängig und davon, ob es sich um einen Neubau oder die Sanierung eines Altbaus handelt. Fachfirmen, die es in jedem größeren Ort gibt, beraten nicht nur zu Dimensionierung und Aufbau, sondern auch zu Fördermöglichkeiten von solchen Anlagen.

Checkliste: Was benötige ich für die Stromerzeugung per Solaranlage?

Wer Photovoltaik zur Stromerzeugung nutzen will, braucht:

• Solarpaneele / Solarmodule
• Unterkonstruktion für das Dach
• Wechselrichter
• ggf. Speicherbatterie
• Stromzähler
• entsprechende Verkabelung

Mit Solarthermie heizen und Warmwasser erzeugen

Wie funktionieren Solarthermie-Anlagen?

Im Unterschied zu einer Strom produzierenden Photovoltaikanlage wird eine Solarthermie-Anlage genutzt, um die Heizung zu unterstützen und Warmwasser zu erzeugen. Dazu besitzt sie meistens röhrenförmige oder flache Sonnenkollektoren, die durch Sonnenstrahlung aufgeheizt werden.

Die so entstehende Wärme wird von einer Flüssigkeit aufgenommen, diese fließt zu einem Wärmetauscher und gibt dort die Wärme an die Heizungs- beziehungsweise Warmwasseranlage des Hauses ab. Anschließend fließt die Flüssigkeit zurück zu den Sonnenkollektoren.

Welche Dächer eignen sich hierfür?

Für Anlagen, die zur Heizungsunterstützung dienen sollen, sind Dächer mit einer Dachneigung von 50 bis 70 Grad optimal. Die Hauptleistung dieser Anlagen soll im Frühjahr und Herbst anfallen. Sonnenkollektoren können, im Gegensatz zu Solarmodulen, sehr gut diffuse Strahlung nutzen. Soll die Anlage nur der Warmwasserbereitung dienen, ist eine Ausrichtung nach Süden am günstigsten.

Was kostet eine Solarthermie-Anlage?

Soll die Anlage zur Warmwasserbereitung dienen, werden pro Person in etwa 1,5 Quadratmeter Kollektorfläche benötigt. Neben den Solarkollektoren ist ein Warmwasserspeicher mit einer Größe von ungefähr 80 Litern pro Person erforderlich. Für einen Vierpersonen-Haushalt ergibt sich daraus ein ungefährer Preis von 4.000 Euro.

Wird die Anlage zur Heizungsunterstützung eingesetzt, sind ungefähr 16 Quadratmeter Kollektorfläche für den Vierpersonen-Haushalt erforderlich. Es wird ein größerer Speicher benötigt und die Installation der Anlage ist aufwendiger. Der Preis steigt daher auf rund 9.000 Euro.

Checkliste: Was benötige ich für eine Solarthermie-Anlage?

Wenn Sie mithilfe einer Solarthermie-Anlage Ihre Heizung entlasten wollen und Warmwasser aufbereiten möchten, dann benötigen Sie dazu folgende Dinge:

• Sonnenkollektoren
• Trägerkonstruktion
• Flüssigkeitspumpe
• Wärmetauscher
• entsprechende Leitungen