Die Leistung von Solarenergie

Wie steht es um die Leistung von Solarenergie und wie kannst du sie nutzen?

Um die Klimaziele zu erreichen, muss man die Nutzung fossiler Energieträger weiter einschränken. Wir zeigen, wie du Solarenergie verwenden und welche Leistung du erwarten kannst.

Inhalt des Blogartikels

• Was ist eigentlich Solarenergie?
• Was sind Solaranlagen?
• Wovon hängt die Leistung ab?
• Wie viel Leistung bringt Solarenergie?
• So berechnest du die maximale Photovoltaik-Leistung für dein Haus
• Tipps, um die Leistung von Solarenergie zu erhöhen
• Lohnt sich die Nutzung von Solarenergie?

Was ist eigentlich Solarenergie?

Solarenergie ist Energie, die die Sonne in Form von Licht und Wärme abstrahlt. Das Licht und die Wärme sind wichtige Grundvoraussetzungen für das Leben hier auf der Erde. Aber wir können diese auf absehbare Zeit unerschöpfliche Energiequelle noch intensiver nutzen und somit in Zukunft nahezu komplett auf die Verwendung klimaschädlicher fossiler Energieträger verzichten – zum Beispiel mithilfe von Solaranlagen.

Was sind Solaranlagen?

Solaranlagen wandeln die Solarenergie (Licht oder Wärme) in eine für uns nutz- und speicherbare Energieform um. Wir unterscheiden 2 unterschiedliche Funktionsprinzipien – Photovoltaik und Solarthermie:

Photovoltaik (Solarstrom)

Photovoltaikanlagen wandeln die Solarenergie in elektrischen Strom um. Den durch die PV-Anlagen erzeugten Strom kannst du entweder sofort in deinem Haus verbrauchen oder in das öffentliche Stromnetz einspeisen. Eine dritte Möglichkeit ist die Speicherung und spätere Nutzung des erzeugten Stroms. In Haushalten oder bei gewerblichen Anlagen werden dazu mehrere zusammengeschaltete Akkumulatoren verwendet. Es gibt jedoch bereits Versuche, mit Solarstrom durch Elektrolyse Wasserstoff zu erzeugen und diesen zur späteren Verwendung, zum Beispiel in Brennstoffzellen, zu speichern.

Solarthermie (Solarwärme)

Bei der Solarthermie wird die Sonnenwärme für Heizzwecke und zur Erzeugung von warmem Wasser verwendet. Auch hier ist eine Speicherung möglich. Das durch die Sonnenwärme erhitzte Wasser wird in großen und sehr stark wärmeisolierten Behältern aufbewahrt, bis es benötigt wird. Diese Behälter werden Pufferspeicher genannt und kommen auch in klassischen Heizungsanlagen zum Einsatz.

Wovon hängt die Leistung ab?

In erster Linie bestimmen die Intensität und zeitliche Dauer der Sonneneinstrahlung die Leistung einer Solaranlage. Das ist jedoch sowohl von der Jahreszeit als auch vom Standort der Anlage abhängig. Du weißt selbst, dass die Sonne im Sommer wesentlich intensiver strahlt und mehr Wärme liefert als im Winter. Außerdem scheint sie im Sommer länger. Und dass in Äquatornähe ein heißeres Klima herrscht als im hohen Norden, ist auch jedermann bekannt.

Natürlich spielt ebenso das Wetter eine Rolle. Im Gegensatz zu wolkenlosen Tagen kann bei bedecktem Himmel nicht so viel Sonnenstrahlung bis zur Erde durchdringen. Entsprechend weniger Leistung liefert dann eine Solaranlage.

Wie viel Leistung bringt Solarenergie?

Im vorigen Abschnitt haben wir gezeigt, dass es dazu keine allgemeingültige Aussage geben kann. Über das Jahr wechseln sich sonnige und bedeckte Tage sowie die Jahreszeiten mit unterschiedlichen Strahlungsintensitäten der Sonne ab. Es kann also immer nur ein durchschnittlicher Wert für einen regionalen Standort ermittelt werden.

Im Folgenden beschränken wir uns auf Photovoltaikanlagen, also auf die Erzeugung von Solarstrom, in Deutschland mit den hier vorherrschenden klimatischen Bedingungen.

Die Leistung einer Photovoltaikanlage wird in Kilowatt Peak (kWp) angegeben. Es handelt sich dabei um einen Wert, der unter Normbedingungen im Labor erreicht wird. In der Praxis kann die tatsächliche Photovoltaik-Leistung abweichen.

Die Menge an Solarstrom, die eine PV-Anlage im Jahr erzeugt, wird in Kilowattstunden (kWh) gemessen. Diese jährlich erzeugte Strommenge wird auch Ertrag genannt. In Deutschland fällt im Allgemeinen im Süden der Photovoltaik-Ertrag etwas höher aus als im Norden. Aber du kannst im Schnitt mit einem jährlichen Ertrag von 800 bis 1000 kWh pro Kilowatt Peak installierter Leistung der PV-Anlage rechnen.

Den Photovoltaik-Wirkungsgrad nicht vergessen

Wie viel Strom eine Solaranlage erzeugen kann, hängt auch vom Wirkungsgrad der verbauten Module ab. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel der auftreffenden Sonnenstrahlung tatsächlich in elektrischen Strom umgewandelt werden kann. Sogenannte monokristalline Module besitzen mit bis zu 22 Prozent einen etwas höheren Wirkungsgrad als polykristalline Module mit einem Wirkungsgrad von bis zu 20 Prozent. Eine Photovoltaikanlage aus höherwertigen Modulen kann daher unter ungünstigen Bedingungen den gleichen Ertrag liefern wie eine PV-Anlage mit geringerem Wirkungsgrad unter Idealbedingungen.

In Deutschland liegt der durchschnittliche Stromverbrauch eines 4-köpfigen Haushalts bei etwa 4000 kWh pro Jahr. Eine Anlage für Photovoltaik mit einer installierten Leistung ab 4 kWp kann demnach den Stromverbrauch der Familie vollständig decken:

• Eine installierte Leistung von 1 kWp entspricht einem jährlichen Ertrag von circa 1.000 kWh.
• Daraus folgt: Eine installierte Leistung von 4 kWp entspricht einem jährlichen Ertrag von circa 4.000 kWh.

Über einen Stromspeicher oder eine Einspeisung nachdenken

Bedenke allerdings, dass aufgrund der unterschiedlichen Sonneneinstrahlung die monatlichen Erträge sehr unterschiedlich ausfallen. Die Anlage muss also über Speichermöglichkeiten verfügen. So kann sie auch dann Strom liefern, wenn die aktuelle Leistung der PV-Module aufgrund von zu wenig Sonneneinstrahlung den momentanen Bedarf nicht decken kann.

Du hast ebenso die Möglichkeit, den in ertragreichen Monaten nicht benötigten Strom gegen eine Vergütung in das öffentliche Netz einzuspeisen. Den so erwirtschafteten Gewinn kannst du dann in ertragsärmeren Monaten für den Zukauf von Strom aus dem öffentlichen Netz nutzen. Somit deckst du mit Photovoltaik trotz monatlicher Ertragsschwankungen über das Jahr gesehen deinen Strombedarf vollständig.

So berechnest du die maximale Photovoltaik-Leistung für dein Haus

Für 1 kWp brauchst du je nach Solarmodul-Art im Schnitt etwa 8 qm Fläche. Da wir für die Deckung des jährlichen Stromverbrauchs der 4-köpfigen Familie eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 4 kWp benötigen, müssen wir für die Module eine Fläche von rund 32 qm vorsehen.

Wie bereits erwähnt, gilt diese Überschlagsrechnung für Deutschland und für optimale Verhältnisse am Standort der zukünftigen Anlage. Das bedeutet: Die zu nutzende Dachfläche muss nach Süden ausgerichtet sein und idealerweise eine Schräge von etwa 30 Grad aufweisen. Dieser Dachwinkel garantiert, dass die Sonnenstrahlen senkrecht auf die PV-Module auftreffen und du damit den maximal möglichen Ertrag erreichst.

Außerdem musst du dafür sorgen, dass die komplette Fläche nicht verschattet wird. In der Nähe stehende Bäume und Dachaufbauten dürfen zu keiner Tages- und Jahreszeit einen Schatten auf die Solarmodule werfen. Das würde die Menge des erzeugten Stroms erheblich schmälern.

Auf dem umgekehrten Weg kannst du ausrechnen, wie viel Ertrag maximal mit der dir zur Verfügung stehenden Dachfläche möglich wäre:

• Ausgangspunkt: 32 qm entsprechen 4 kWp oder 4.000 kWh Jahresertrag.
• 24 qm zur Verfügung stehende Dachfläche: Das sind 3/4 von den 32 qm und entsprechen folglich 3/4 von 4 kWp (≙ 3 kWp) oder 3/4 von 4.000 kWh (≙ 3.000 kWh).

Mit einer zur Verfügung stehenden Dachfläche von 24 qm kannst du also pro Jahr circa 3.000 kWh Strom mit einer Photovoltaikanlage erzeugen.

Tipps, um die Leistung von Solarenergie zu erhöhen

Die Leistung deiner Solaranlage kannst du erhöhen, wenn du hochwertige Module mit dem aktuell höchsten Wirkungsgrad einsetzt. Auch die Beseitigung von eventuellen Verschattungen auf der Fläche der Solarmodule erhöht die Leistung. Fallen zum Beispiel Schatten von Bäumen auf das Dach, kann das Beseitigen störender Äste oder notfalls das Fällen des Baumes helfen.

Hast du noch Platz auf deinem Dach, kannst du die Leistung der PV-Anlage und damit den Ertrag durch die Installation zusätzlicher Module erhöhen. Gibt das Dach des Wohnhauses eine Erweiterung der Modulfläche nicht her, hast du vielleicht genügend Platz für weitere Module auf dem Boden deines Grundstücks oder auf dem Dach eines Nebengebäudes.

Für auf dem Boden oder einem Flachdach errichtete Module gibt es noch eine weitere Möglichkeit der Leistungssteigerung: automatische Montagekonsolen. Sie richten die Module zu jeder Tageszeit optimal auf die Sonne aus und maximieren damit den möglichen Photovoltaik-Ertrag.

Lohnt sich die Nutzung von Solarenergie?

Die Nutzung von Solarenergie lohnt sich in jedem Fall. Ein Indiz dafür ist der Zuwachs an Solaranlagen. In Deutschland waren zum Ende des Jahres 2020 etwa 2 Millionen Photovoltaikanlagen installiert.

Dass sich die Nutzung erneuerbarer Energien lohnt, gilt selbst dann, wenn die Leistung der installierten Module nicht ausreicht, um den jährlichen Strombedarf deines Haushaltes vollständig zu decken. Jede Kilowattstunde, die du nicht vom öffentlichen Stromversorger kaufen musst, spart dir bares Geld. Und die Strompreise werden in Zukunft sicher nicht sinken. Damit wird der Spareffekt mit der Zeit immer größer und die Amortisation der Investition in Photovoltaik erfolgt schneller.