Photovoltaikanlage

Solarstrom erzeugen und Geld sparen - Dein ultimativer Guide zur Photovoltaikanlage

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Die Photovoltaikanlage: Die Energie der Sonne nutzen

Weltweit ist der Energiehunger immens und steigert sich jährlich ungebremst, denn eine moderne Gesellschaft funktioniert nur mit ausreichender Energieversorgung. Hierbei nimmt heute neben der Versorgungssicherheit die Sorge um die Umwelt einen hohen Stellenwert ein. Schließlich tragen wir alle Verantwortung für unsere Umwelt und die Generationen nach uns. Werden für die Energieversorgung jedoch fossile Energien eingesetzt, müssen wir negative Folgen wie Treibhauseffekt, Waldsterben und Smog in Kauf nehmen. Dabei ist die Solarenergie eine der Zukunftsenergien, die das Leben auf unserem Planeten erst möglich macht. Seit gut 4,5 Milliarden Jahren versorgt die Sonne die Erde mit Licht und Wärme. Menschen, Tiere und Pflanzen verdanken ihr die Existenz. Das Entstehen von Wind und der Wasserkreislauf werden von der Sonneneinstrahlung ausgelöst und in Bewegung gehalten. Was also liegt da näher, als diese gewaltige Kraft zu nutzen? Zudem steht die Solarenergie kostenlos zur Verfügung. Solarstromanlagen verunreinigen weder Wasser noch Luft und arbeiten völlig geräuschlos über viele Jahrzehnte hinweg. Mit dem Ausstieg aus der fossil-nuklearen Stromversorgung wird in unserer nachhaltigen Energiezukunft der Solarstrom eine zentrale Rolle spielen. Mit einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) bietet sich dir schon heute eine attraktive Lösung des Problems, selbst umweltschonend und zuverlässig elektrische Energie zu erzeugen.

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Photovoltaik in Deutschland: Eine Bestandsaufnahme

Laut Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg betrug im Jahr 2019 die Stromerzeugung durch Photovoltaik 46,5 Terrawattstunden (TWh) und deckte damit 8,2 Prozent des Brutto-Stromverbrauchs ab. An sonnigen Tagen sichert Solarstrom mitunter bis zu 50 Prozent unseres aktuellen Strombedarfs. Verteilt auf 1,8 Millionen Photovoltaikanlagen waren in Deutschland Ende 2019 Photovoltaikmodule mit einer Nennleistung von etwa 49 Gigawatt installiert. Im Jahr 2019 wurden dadurch knapp 30 Millionen Tonnen CO2 eingespart.

Grundsätzlich gibt es 2 Anwendungsmöglichkeiten zur Stromerzeugung aus Sonnenenergie:

  • netzgekoppelte Photovoltaikanlagen, die an das öffentliche Stromnetz angeschlossen werden
  • Inselanlagen, die als autarke Anlagen Strom ausschließlich für den Eigenbedarf erzeugen
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Netzgekoppelte PV-Anlagen

Über viele Jahre galt die Photovoltaik als die teuerste Variante, Strom auf Basis erneuerbarer Energien zu erzeugen. Doch dank großer Kostensenkungen im Bereich der Module und Anlagenkomponenten sowie staatlicher Förderung sind seit 2006 die Kosten der solaren Stromerzeugung um mehr als 75 Prozent gesunken. Das Gros der in Deutschland eingesetzten PV-Anlagen sind netzgekoppelte Photovoltaik-Dachanlagen im privaten Bereich. Hinzu kommen noch solare Großkraftwerke. Hierbei handelt es sich um Freiflächenanlagen beziehungsweise Solarparks. Aber auch auf großen Hallendächern von Logistikunternehmen oder Möbelhäusern werden große Mengen an elektrischer Energie zur Einspeisung in das öffentliche Stromnetz produziert. Der solare Energieertrag solcher Solarkraftwerke bewegt sich oft im mehrstelligen Megawatt-Bereich.

Derzeit entsteht in Brandenburg Deutschlands größter Solarpark. Weesow-Willmersdorf soll mit 465.000 Solarmodulen bestückt werden. Die Inbetriebnahme ist für Ende 2020 vorgesehen. Die installierte Modulleistung ist mit 187 Megawatt Peak (MWp) angesetzt. Damit kann dann der Strombedarf von rund 50.000 Haushalten gedeckt werden. Gemessen am Gesamtmarkt liegt der Anteil von Freilandanlagen bei etwa 18 Prozent. Darunter fallen auch kleinere Freiflächenanlagen mit 750 Kilowatt Peak (kWp) Leistung.

 

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Inselanlagen und Kleinstanwendungen

Autarke Solaranlagen (Inselanlagen) mit Stromspeichern (Batterien) übernehmen die Stromversorgung von netzfernen Objekten wie Berghütten, Gewächs-, Ferien- und Gartenhäusern, Notrufsäulen und Parkscheinautomaten. Aber auch im privaten Bereich gibt es viele Anwendungsgebiete für Solarstrom: solarbetriebene Pumpen für den Gartenteich, Solarleuchten für den Garten als Deko oder Wegbeleuchtung, die Powerbank für das Handy, die Küchenwaage oder – der Klassiker – der solare Taschenrechner. Solarzellen sorgen in vielen Gegenständen des täglichen Lebens für kostenfreie Energie.

Warum kann sich eine Photovoltaikanlage lohnen?

In den Boomjahren 2009 bis 2013 wurden PV-Anlagen eigentlich ausschließlich als Geldanlage installiert. Denn die hohe staatliche Förderung (Einspeisevergütung) garantierte den Anlagenbetreibern eine ordentliche Rendite. Daher wurde der solar erzeugte Strom meist auch komplett in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Da die Einspeisevergütung ursprünglich aber als Anschubfinanzierung der Photovoltaik gedacht war und nicht als Anlagemodell, fuhr die Bundesregierung die Förderung Jahr für Jahr zurück – mit dem Effekt, dass es heute kaum noch möglich ist, über die Einspeisevergütung viel Geld einzunehmen.

Heute steht ganz klar die Eigenstromversorgung im Vordergrund. Immerhin kostet Solarstrom mit rund 10 bis 13 Cent pro Kilowattstunde nur noch halb so viel wie der Strom vom Energieversorger (in Abhängigkeit der Anlagengröße). Diese Gründe sprechen daher für eine Photovoltaikanlage:

  • mehr Unabhängigkeit vom Energieversorger und von steigenden Strompreisen
  • weniger Strombezug aus dem öffentlichen Netz
  • dauerhaft spürbar niedrigere Stromrechnung
  • selbst erzeugter, sauberer Strom
  • nachhaltige Stromproduktion und hoher Umweltnutzen

Nachhaltigkeit von Photovoltaikanlagen

Durch das nahezu unerschöpfliche Energieangebot der Sonne und die saubere „Energieernte“ ist die Photovoltaik eine der umweltschonendsten Arten, Strom zu erzeugen. Wenn du deinen Strom solar selbst erzeugst, trägst du also nachhaltig zur Energiewende bei.

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Dickes Plus bei der Luftreinhaltung

Die Solarstromanlage benötigt keine fossilen Brennstoffe. Bei der Stromproduktion entstehen, im Gegensatz zur Stromerzeugung mit Kohle oder Gas, null Emissionen. Wie eingangs geschildert, wurden allein im Jahr 2019 in Deutschland durch den Einsatz von Photovoltaik der Umwelt über 30 Millionen Tonnen CO2 erspart. Generell reduziert der Einsatz einer Photovoltaikanlage den Ausstoß von Luftschadstoffen spürbar. Dies führt dazu, dass Schädigungen der Umwelt wie Treibhauseffekt, Erwärmung und Versauerung der Meere sowie der Angriff der Ozonschicht verringert werden.

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Ist die Herstellung einer PV-Anlage energieintensiv?

Bereits nach 3 bis 6 Jahren ist die Energie, die zur Erstellung einer kompletten PV-Anlage erforderlich war, wieder hereingeholt. Ab dann wird rund 20 Jahre lang Energie gespart (ergibt sich aus der Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren einer PV-Anlage abzüglich der 3 bis 6 Jahre). Dieser Zeitraum wird energetische Amortisation genannt. Um diesen so genau wie möglich bestimmen zu können, muss die gesamte Wertschöpfungskette von der Solarzelle bis hin zur kleinsten Schraube der Photovoltaikanlage in die Betrachtung einbezogen werden. Des Weiteren ist von Bedeutung, wie viel Solarstrom die PV-Anlage produzieren kann. Dies wiederum ist abhängig vom Wirkungsgrad, dem Standort und der nutzbaren Globalstrahlung vor Ort. Das ist auch ein Grund, warum die energetische Amortisation im südlichen Europa wesentlich kürzer als in Nordeuropa ist.

Mit 1,5 bis 3,5 Jahren haben Dünnschichtzellen die kürzeste energetische Amortisation. Das begründet sich darin, dass hier der Fertigungsprozess nicht so aufwendig ist wie bei kristallinen Zellen. Zudem wird weniger Rohstoff benötigt. Bei polykristallinen Solarzellen bewegt sich die energetische Amortisation zwischen 2 und 4,5 Jahren. Bedingt durch die sehr aufwendige Waferfertigung ist die energetische Amortisation von monokristallinen Solarzellen mit 4 bis 6 Jahren die längste

Unabhängig davon, wie weit die errechneten Werte der Amortisationszeit auseinanderliegen: Grundsätzlich erzeugt eine Photovoltaikanlage während ihrer gesamten Lebensdauer ein Vielfaches der zur Herstellung und Installation benötigten Energie.

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Bei Wafern handelt es sich um aus Silizium-Rohblöcken (Ingots) gesägte, dünne Scheiben. Diese werden anschließend zu kristallinen Solarzellen verarbeitet.

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Photovoltaikanlagen sind (theoretisch) recyclebar

Wenn es um die Nachhaltigkeit von Solarstromanlagen geht, ist das Recycling ein wichtiger Punkt. Die Wiederverwertung einer kompletten Photovoltaikanlage (inklusive Untergestell) kann bis zu 95 Prozent der verwendeten Materialien betragen. Eine PV-Anlage besteht überwiegend aus Glas, Aluminium oder Stahl, Kunststoffen, verschiedenen Schwermetallen, natürlich Silizium und mitunter auch etwas Silber; alles wertvolle Rohstoffe, die wiederverwertet werden können. Das Recycling von Solarmodulen regelt sogar das Elektro- und Elektronikgerätegesetz (ElektroG). Dabei handelt es sich um die deutsche Umsetzung der WEEE2-Richtlinie (Waste of Electrical and Electronic Equipment) der EU für das Recycling aller elektrischen Altgeräte.

Laut WEEE2-Richtlinie sind alle Produzenten zur Rücknahme und Entsorgung ausgedienter Photovoltaikmodule verpflichtet. Für Privatpersonen und Installationsbetriebe ist das Entsorgen kostenlos.

Das Recycling der Glasabdeckungen und der Untergestelle aus Aluminium oder Stahl ist auch kein Problem. Bei den Modulen hingegen wird es problematisch: In ihnen steckt so gesehen das Wesentliche einer PV-Anlage – die Solarzellen. Diese enthalten Silizium, Blei, Zink, Zinn und teilweise Kupfer sowie Silber. Doch leider sind alle diese Materialien in Kunststofffolien verbaut und mit diesen fest verschmolzen, was ihre Trennung äußerst schwierig und aufwendig macht. So landen sie heute meist noch in der Müllverbrennungsanlage. Das Recycling steht also noch ganz am Anfang.

Photovoltaik: Sonnenenergie als Teil der erneuerbaren Energien

Die Sonne: Unser wichtigstes Kraftwerk in 150 Millionen Kilometern Entfernung

Der Kern der Sonne ist 15 Millionen Grad Celsius heiß. Diese gewaltige Energie entsteht aus der Kernfusion von Wasserstoff zu Helium. An der Oberfläche der Sonne herrschen immerhin noch rund 6.000 Grad Celsius. Jene Energie wird in das All als Licht und Wärmestrahlung abgegeben. In nur einer Stunde liefert die Sonne der Erde mehr Energie als die gesamte Weltbevölkerung in einem Jahr verbraucht. Allein in Deutschland treffen jährlich über 1.000 Kilowattstunden Solarenergie pro Quadratmeter auf. Das entspricht in etwa dem Energiegehalt von 100 Litern Heizöl.

Wenngleich bereits 1839 der photovoltaische Effekt beobachtet wurde, war es erst Albert Einstein, der diesen physikalisch erklären konnte, wofür er 1921 dann auch den Nobelpreis erhielt. Die amerikanische Firma Bell produzierte 1954 die ersten Solarmodule, die vor allem in der Raumfahrt und zur Stromversorgung von Satelliten verwendet wurden. Heute gehören Solarstrom- und Solarwärmeanlagen auf den Dächern oder im Freiland zum Landschaftsbild.

 

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Was genau sind erneuerbare Energien?

Zu den erneuerbaren Energien gehören alle Energieträger, die aus sich regenerierenden Rohstoffen oder Quellen gewonnen werden können. Sie sind also entweder unerschöpflich, stehen zumindest dauerhaft zur Verfügung oder wachsen ständig nach. Die Sonneneinstrahlung hat hierbei meist einen ursächlichen Einfluss – egal ob direkt oder indirekt. Die von uns am häufigsten genutzten erneuerbaren Energien sind:

  • Sonnenstrahlung
  • Windenergie
  • Wasserkraft
  • oberflächennahe Erdwärme
  • Tiefen-Geothermie
  • Gezeiten
  • nachwachsende Rohstoffe in Form von Biomasse

Hinzu kommt noch die passive Nutzung der Sonneneinstrahlung, die in der Solararchitektur eingesetzt wird. Im Unterschied zur aktiven Nutzung der Solarenergie, die den Energiebedarf decken soll, wird bei der passiven Nutzung durch Gestaltung und Ausrichtung der Gebäude durch solare Gewinne der Energiebedarf auf natürliche Weise gesenkt. Beispiele dafür sind die Erwärmung der Zimmer aufgrund von Sonnenlicht (Reduktion des Heizwärmebedarfs) und weniger künstliches Licht durch viel Tageslicht.

Sonnenenergie oder Solarenergie ist die klassische erneuerbare Energie. Sonnenenergie kann direkt und indirekt genutzt werden. „Direkt“ bedeutet die Umwandlung in Nutzenergie ohne wesentliche zeitliche Verzögerung wie es bei der Solarthermie oder Photovoltaik der Fall ist. Wind- und Wasserkraftwerke, Biomasse sowie die passive Nutzung der Sonnenenergie in Gebäuden zählen zur indirekten Nutzung.

Aufbau und Funktionsweise einer Photovoltaikanlage

Strom mit Sonnenenergie erzeugen, selbst nutzen und den Überschuss in das Netz einspeisen: Das kannst auch du, falls du über ein für die Photovoltaik geeignetes Dach oder eine entsprechende Fläche verfügst. Zwar sind die Zeiten vorbei, in denen man mit selbst erzeugtem Solarstrom eine ansehnliche Rendite erwirtschaften konnte. Dennoch lohnt sich, rein wirtschaftlich betrachtet, auch heute eine Photovoltaikanlage. Je mehr du von deinem produzierten Solarstrom selbst verbrauchst, umso schneller rechnet sich deine Anlage. Kombiniert mit einem Speichersystem lässt sich der Eigenverbrauch deutlich steigern.

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Was ist Photovoltaik?

Eigentlich funktioniert eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage recht einfach: Sonnenlicht fällt auf die Solarzellen. Diese machen daraus Gleichstrom, der im Wechselrichter zu Wechselstrom umgewandelt und anschließend in das Stromnetz des Hauses eingespeist wird. Herzstück jeder PV-Anlage beziehungsweise jedes PV-Moduls sind die Solarzellen. In der Regel bestehen diese aus Silizium. Das ist nichts anderes als Quarzsand, nach Sauerstoff das zweithäufigste vorkommende Element der Erde.

In einem Photovoltaikmodul (Solarpanel) sind die Solarzellen untergebracht. Sie erzeugen den Solarstrom. Für den sicheren Halt der Module auf dem Dach sorgen Unterkonstruktionen aus Aluminium oder Stahl. Über spezielle Kabel wird der solar erzeugte Gleichstrom (DC) zu einem Wechselrichter geführt, der diesen in haushaltsüblichen Wechselstrom (AC) umwandelt. Der Strom kann nun direkt im Haus verbraucht, in einem Speicher zur Nutzung zu einem späteren Zeitpunkt „zwischengelagert“ oder direkt ins öffentliche Netz eingespeist werden. Im Falle einer Netzeinspeisung ist zusätzlich ein Einspeisezähler erforderlich, um zu messen, wie viel Strom ins Netz abgegeben wurde. Schließlich soll korrekt vergütet werden.

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Oft wird verallgemeinernd von Solaranlage gesprochen. Dies ist jedoch nicht ganz korrekt, weil damit 2 unterschiedliche Techniken und Anwendungen gemeint sind.
Bei der Solarthermie wird die Sonnenstrahlung mithilfe von Sonnenkollektoren eingefangen und in Wärme zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung umgewandelt. Dies ist die einfachste Art, Sonnenenergie zu nutzen. Zudem ist sie technisch mit weitaus weniger Aufwand umzusetzen als die Photovoltaik. Diese wandelt über Solarzellen die Lichtstrahlen der Sonne in elektrische Energie um.

Beide Varianten werden bevorzugt auf den Dächern von Gebäuden unterschiedlicher Größe angebracht. Eine Sonderform stellen solarthermische Kraftwerke dar, die über Wärmekraftmaschinen die solare Wärmestrahlung in elektrische Energie umwandeln. In Deutschland reicht das Sonnenangebot dafür allerdings nicht aus.

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Die Solarzelle

Sobald auf eine Siliziumscheibe Licht fällt, kommt es zur Freisetzung von Elektronen. Damit man die Elektronen nutzen kann, verunreinigt man ganz gezielt die Zelle auf der Vorder- und Rückseite mit verschiedenen Fremdatomen, wie Bor und Phosphor. Das führt dazu, dass sich alle Elektronen auf eine Seite bewegen und die positiven Ladungsträger auf die andere. So entstehen wie in einer Batterie 2 Pole: Plus und Minus. Schließt man nun einen Verbraucher an, fließt Strom. Das funktioniert selbst bei bewölktem Himmel (diffusem Licht), aber natürlich ist die Stromausbeute bei vollem Sonnenschein am größten.

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Das Photovoltaikmodul

In einem Photovoltaikmodul sind in der Regel 60 hauchdünne und zerbrechliche 15 x 15 Zentimeter große Solarzellen zusammengefasst und miteinander verlötet. Zum Schutz vor Feuchtigkeit und Korrosion sind diese mittels einer Schicht aus Kunstharz luftdicht mit der Frontscheibe des Moduls verbunden. Dieses Sicherheitsglas ist sehr widerstandsfähig und antireflektierend. Es bietet ausreichend Schutz vor Schneelasten, Regen, Hagel, Wind und Stößen. Ein robuster Rahmen aus Aluminium hält das Ganze dauerhaft zusammen. Die Modulabmessungen betragen 1.650 x 992 Millimeter. Module mit 72 Solarzellen sind 1.960 x 992 Millimeter groß. Gab es früher viele verschiedene Modulgrößen, hat man sich heute auf Standardgrößen geeinigt, um die Montage zu erleichtern. Sonderformen sind aber natürlich weiterhin erhältlich.

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Werden mehrere Photovoltaikmodule zusammengeschaltet, spricht man von einem Photovoltaikgenerator.

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Die Parallel- und Reihenschaltung

Die Solarmodule mit den Solarzellen und der Wechselrichter gehören zu den wichtigsten Bestandteilen einer Photovoltaikanlage und müssen miteinander verbunden werden. Das ist über eine Reihenschaltung (Serienschaltung) oder Parallelschaltung möglich.

In der Regel werden Module parallel miteinander verbunden. Auf diese Weise beeinflussen sie sich nicht gegenseitig. Zudem wird verhindert, dass es bei der Verschattung eines Moduls zu einem Leistungsabfall der kompletten PV-Anlage kommt. Die volle Leistung der anderen Module gleicht die Verschattung aus. Allerdings ist die Installation einer Parallelschaltung um einiges aufwendiger als bei einer Reihenschaltung.

Nachteil der Reihenschaltung ist, dass das Modul mit der schwächsten Spannung die Leistung der anderen Module negativ beeinflusst. Fällt bereits ein geringer Schatten auf einen Bereich des Moduls, kann das dazu führen, dass spürbar weniger Strom produziert wird. Selbst Schäden durch Überhitzung der Solarzellen sind nicht auszuschließen.

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Ob du dich für eine Reihen- oder Parallelschaltung entscheidest, hängt unter anderem vom Einstrahlungsverlauf, von der Anlagengröße und dem Wechselrichter ab.

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Der Wechselrichter

Der Wechselrichter wandelt den von der Photovoltaikanlage erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Dies ist notwendig, weil unser Stromnetz und alle Verbraucher auf Wechselstrom ausgelegt sind. Jeder Wechselrichter ist mit einer Kommunikationsschnittstelle zur Photovoltaikanlage ausgestattet, um Spannung, Stromstärke und aktuelle Leistung zu überwachen. Störungen werden auf diese Weise schnell erkannt. Zudem können die Ertragsdaten an Energiemanagementsysteme übermittelt werden.

Damit ein möglichst hoher Solarertrag erzielt wird, ist es wichtig, die Solarmodule immer möglichst nah am Maximum-Power-Point (MPP) zu betreiben. Diese Funktion nennt man MPP-Tracking und wird normalerweise vom Wechselrichter übernommen. Der Wechselrichter sorgt hierbei durch regelmäßige und gezielte Veränderung des Innenwiderstands dafür, dass sich die Solarmodule permanent im MPP befinden. So liefern sie kontinuierlich das Leistungsoptimum.

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Hatten Wechselrichter früher einen Trafo (Transformator), kommen moderne Wechselrichter ohne diesen aus. Sie haben dadurch einen höheren Wirkungsgrad.

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Die Solarkabel

Neben den Solarmodulen und dem Wechselrichter sind auch die richtigen Solarkabel von Bedeutung. Kabelverluste und niedrigere Erträge können durch falsch dimensionierte Verbindungen entstehen.

Gleichstromkabel sind für den Transport des Gleichstroms von den verschalteten Modulen hin zum Wechselrichter zuständig. Diese Kabel sind meist recht lang, weil die Solarmodule auf dem Dach montiert sind und der Wechselrichter in der Nähe des Stromzählers. Bedingt durch die lange Kabelstrecke und den durchfließenden Strom sind bei falscher Kabelwahl größere Verluste nicht auszuschließen. Verwende daher immer die vom Hersteller vorgegebenen Kabel.

Wechselstromkabel sind sehr kurz, da Wechselrichter und Stromzähler oft direkt nebeneinander installiert werden. Eventuelle Verluste sind dementsprechend klein.

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Um Kabelverluste möglichst niedrig zu halten, empfiehlt es sich, Kabel mit einem geringen spezifischen Widerstand und möglichst großen Kabeldurchmesser zu verbauen. Kabel aus Kupfer mit einem passenden Querschnitt sind dafür gut geeignet.

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Die Zähler

Grundsätzlich benötigen Betreiber einer Photovoltaikanlage, die die Eigenverbrauchsregelung nutzen möchten, 3 Stromzähler:

  • Ertragszähler: Dieser misst den insgesamt von der Photovoltaikanlage erzeugten Strom.
  • Bezugszähler: Er hält fest, wie viel Strom aus dem öffentlichen Stromnetz für den Eigenverbrauch bezogen wird.
  • Einspeisezähler: Er erfasst, welche Strommenge in das Netz eingespeist wird.
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Zweirichtungszähler: Hierbei handelt es sich um die Kombination aus Einspeisezähler und Bezugszähler in einem Gerät. Ein Zählwerk misst die eingespeiste Strommenge, ein zweites Zählwerk die aus dem Netz bezogene Strommenge. Durch den Zweirichtungszähler wird quasi ein Zähler weniger benötigt und es entsteht mehr Platz im Zählerschrank.

 

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Alles aus einer Hand: Die Photovoltaik-Komplettanlage

In den letzten Jahren sind sogenannte Photovoltaik-Komplettanlagen auf den Markt gekommen. Diese werden für alle gängigen Dachtypen angeboten. Sie bieten dir sämtliche Komponenten und Montagematerialien, die für den Betrieb einer Photovoltaikanlage erforderlich sind. Generell sollte eine Photovoltaik-Komplettanlage folgende Komponenten beinhalten:

  • Montagegestell (Unterkonstruktion inklusive Dachhaken)
  • Photovoltaikmodule
  • Wechselrichter
  • Zähler
  • Solarkabel
  • Montagematerial

Je nach Angebot ist auch ein passender Solarstromspeicher mit dabei. Oft werden Photovoltaik-Komplettanlagen inklusive Montage vor Ort angeboten. Du musst dich daher um fast nichts kümmern, außer das passende Angebot zu finden.

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Prüfe die Zahlungs-, Liefer- und Versandbedingungen und vergleiche sie eventuell. Gleiches gilt für weiterführende Serviceleistungen und Garantien. Meist beträgt die Laufzeitgarantie 20 Jahre.

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Vorteile einer Photovoltaik-Komplettanlage:

  • geringer Zeitaufwand, da du nicht jede einzelne Komponente recherchieren musst
  • optimal aufeinander abgestimmte Einzelkomponenten
  • einfach kalkulierbare Kosten
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Achte darauf, dass die PV-Komplettanlage hinsichtlich Leistung und erforderlicher Dachfläche deinen Anforderungen gerecht wird und der Solarstromspeicher zu deinem Stromverbrauch passt und entsprechend dimensioniert wird. Idealerweise setzt du dich mit einem Fachmann (zum Beispiel ein Solateur) zusammen, damit auch wirklich alles passt.
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Was kostet so ein „Solarpaket“?

Die Kosten einer PV-Komplettanlage variieren je nach Hersteller und Größe. Daher solltest du die Preise verschiedener Anbieter prüfen und miteinander vergleichen. Der Kostenvergleich Komplettanlage und Einzelkomponenten bei separatem Kauf ist empfehlenswert. Je nach Leistungsgröße, Komponenten, Angebotsumfang (Speicher, Installation) bewegen sich die Kosten zwischen 5.500 Euro und 19.000 Euro. Sollte ein Fachmann die Installation übernehmen, musst du nochmals mit Kosten zwischen 600 und 900 Euro rechnen. Für den Netzanschluss sind zusätzlich 500 bis 1.000 Euro einzukalkulieren. Wenn du nicht auf sehr günstige Angebote zurückgreifst und dich für eine hochwertige, vorkonfektionierte Photovoltaik-Komplettanlage entscheidest, machst du sicher keinen Fehler.

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Installation der Photovoltaikanlage ist Sache des Fachmanns

Photovoltaikanlagen sind elektrische Anlagen. Zudem erzeugen die Solarmodule sofort Strom, sobald Sonnenlicht einstrahlt. Wenn du nicht selbst vom Fach bist, überlass die Montage daher einem Fachmann. Entsteht beispielsweise aufgrund fehlerhafter Installation ein Feuer, fordern Versicherungen in der Regel den Nachweis einer sachgerechten Montage und eines korrekten Anschlusses. Wenn du diesen nicht vorlegen kannst, zahlen die meisten Versicherungen nicht und du bleibst auf dem Schaden sitzen.

Batteriespeicher: Unabhängigkeit zu jeder Tages- und Jahreszeit

Mit einem Solarstromspeicher, auch bekannt als Batteriespeicher, kannst du den günstigen Solarstrom unabhängig von Tageszeit und Sonnenangebot nutzen und deinen Eigenverbrauch erhöhen. Überflüssiger Strom fließt dann nicht in das öffentliche Netz und muss auch nicht bei Bedarf für teures Geld gekauft werden, sondern wird kurzfristig im Solarstromspeicher zwischengelagert, bis du ihn benötigst. So erhältst du größtmögliche Unabhängigkeit vom Energieversorger. Ferner ärgern dich auch steigende Strompreise wesentlich weniger.

Allein in den vergangenen 10 Jahren ist der Preis für Haushaltsstrom um 40 Prozent gestiegen. Zum Jahresbeginn 2020 betrug der durchschnittliche Strompreis für Haushalte 31,37 Cent pro kWh. Wie bereits erwähnt, liegen die Stromgestehungskosten einer PV-Anlage zwischen 10 bis 13 Cent pro kWh. Dein selbst erzeugter Strom ist also wesentlich günstiger. Im Jahr 2005 gab es eine Einspeisevergütung in Höhe von bis zu 54,53 Cent pro kWh. Für kleinere PV-Anlagen (bis 10 kWp) auf Ein- und Zweifamilienhäusern gibt es im Juli 2020 nur noch 9,03 Cent pro kWh für 20 Jahre.

Es lohnt sich daher kaum noch, viel Strom einzuspeisen. Deswegen kommt dem Eigenverbrauch eine immer größere Bedeutung zu. Mit einem Solarstromspeicher lässt sich dieser auf über 60 Prozent erhöhen. Mit dem richtigen Energiemanagement sind sogar bis zu 80 Prozent möglich. Derzeit beträgt der Eigenverbrauchsanteil in deutschen Haushalten durchschnittlich 30 Prozent.

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Wie funktionieren Solarspeicher?

Im Solarstromspeicher wird Solarstrom zwischengelagert, der nicht sofort genutzt werden kann. Dazu werden Lithium-Ionen-Batterien aufgeladen, da sie besonders leistungsstark sein. Ist der Solarspeicher voll, wird der überschüssige Solarstrom in das öffentliche Netz eingespeist. Scheint die Sonne nicht, zum Beispiel abends, kann der Strom aus dem Speicher die Haushaltsgeräte mit Energie versorgen. Erst wenn der Solarspeicher „leer“ ist, wird Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen. Auf diese Weise nutzt du selbst erzeugten Solarstrom optimal beziehungsweise maximierst deinen Eigenverbrauch.

Der Aufbau eines Batteriespeichers für die Photovoltaikanlage

Neben einer Batterie besteht der Speicher aus:

  • Batteriemanagementsystem
  • Batterie-Wechselrichter
  • Energiemanagementsystem

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Batteriemanagementsystem

Es ist dafür zuständig, dass der Ladezustand in allen Batteriezellen gleich ist und überwacht diese. Sollte eine einzelne Zelle zur Überhitzung neigen, schaltet es den Batteriespeicher rechtzeitig ab.

Batterie-Wechselrichter

Er kümmert sich um die Be- und Entladung, die Steuerung der Ladezeitpunkte und die Ladeleistung. Es gibt auch Hybridwechselrichter. Diese vereinen die Funktion des PV-Wechselrichters und des Batterie-Wechselrichters in einem Gerät.

Energiemanagementsystem

Es sorgt dafür, dass der Eigenverbrauch stets oberste Priorität hat. Besteht ein Stromüberschuss, lädt es die Batterie auf. Sobald die Batterie voll ist, speist es den Solarstrom in das öffentliche Stromnetz ein. Um die Lebensdauer des Akkus zu verlängern, behält es immer einen mittleren Ladezustand bei. Je nach System wird sogar die Wettervorhersage berücksichtigt.

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Damit deine solare Energieversorgung reibungslos funktioniert, sollten das Energiemanagementsystem und die Endgeräte miteinander kommunizieren. Spezielle Softwareprogramme oder Schnittstellen sorgen dafür, dass das klappt.

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Welche Batteriespeicher gibt es für die Photovoltaik?

Photovoltaikanlagen würden früher bevorzugt mit einer Bleibatterie ausgestattet. Aufgrund ihrer enormen Ladekapazität und langen Lebensdauer haben sich heute Lithium-Batterien durchgesetzt.

Batteriespeicher aus Li-NMC (Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt) verfügen über eine äußerst hohe Energiedichte. Sie sind nicht nur kleiner, sondern auch deutlich leichter als andere Batteriespeicher. Vor allem für portable und mobile Anwendungen sind sie sehr gut geeignet. Der Erfolg der Elektromobilität beispielsweise wäre ohne sie kaum denkbar. Dieser Batterietyp hat jedoch einen Nachteil: Sobald der Separator (teilchendurchlässige Trennschicht) Fehler aufweist, kann es durch Mikrokurzschlüsse zur Überhitzung der Batterie kommen, die schlimmstenfalls anfängt, zu brennen.

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Größe und Kapazität eines Batteriespeichers

Welche Kapazität der Speicher haben sollte, hängt von deinem Strombedarf und von der Leistung deiner Photovoltaikanlage ab. Grundsätzlich sollte er so dimensioniert sein, dass du dein Haus vom Abend bis zum nächsten Morgen mit ausreichend Strom versorgen kannst.

Beispiel: Ein durchschnittlicher 4-Personen-Haushalt mit einem Jahresstromverbrauch von circa 4.500 Kilowattstunden benötigt eine Speichergröße von 4 bis 6 Kilowattstunden. Ist der Speicher zu klein, kann er nicht genug Strom speichern und du musst teuren Strom aus dem Netz zukaufen.

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Faustregel: Pro 1.000 Kilowattstunden Stromverbrauch brauchst du Solarmodule mit 1 Kilowatt Peak Leistung. Pro Kilowatt Peak Photovoltaik-Leistung sollten 0,5 bis 1 Kilowattstunden Speicherkapazität vorhanden sein. So kannst du die Hälfte deines Strombedarfs selbst decken.

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Wann lohnt sich ein Solarspeicher?

  • bei Neukauf einer Solarstromanlage
  • bei einem angestrebten hohen Eigenverbrauchsanteil
  • bei größtmöglicher Unabhängigkeit vom Energieversorger und von hohen Strompreisen
  • bei höchstmöglicher Nutzung erneuerbar erzeugten Stroms
  • bei Solarspeichern mit langer Lebenserwartung

Je nach Modell und Hersteller beträgt die Lebensdauer von Batteriespeichern zwischen 5 und 15 Jahren oder auch mehr. Als Ende der Lebensdauer eines Batteriespeichers zählt der Zeitpunkt, an dem die Speicherkapazität nur 80 Prozent beträgt.

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Tipps für den Kauf deiner Photovoltaikanlage

Prüfe, ob ausreichend Fläche für die Installation einer Photovoltaikanlage vorhanden ist, beispielsweise auf dem Satteldach, Flachdach, Garagendach, Vordach oder an der Fassade.

Stelle fest, ob das Dach überhaupt geeignet ist, die zusätzliche Last der Module zu tragen. Etwa 25 Kilogramm pro Quadratmeter benötigt die Photovoltaikanlage inklusive Modul und Untergestell.

Stimmen Lage, Neigung und Ausrichtung des Dachs?

Achte darauf, dass die Module möglichst verschattungsfrei montiert werden können.

Jetzt kannst du die Größe der Photovoltaikanlage festlegen, damit du einen optimalen Solarertrag und einen möglichst hohen Autarkiegrad erzielst.

Wenn es sich um einen Neubau handelt, plane einen Stromspeicher gleich mit ein.

Stelle deine Photovoltaikanlage zusammen. Achte dabei darauf, dass alle Komponenten zusammenpassen.

Prüfe, ob eventuell eine PV-Komplettanlage günstiger ist.

Vergleiche immer mehrere Angebote. Wir empfehlen mindestens 3.

Achte auf eine entsprechend gute Qualität aller Komponenten der Anlage und prüfe, ob die Gebrauchsanleitungen in Deutsch vorliegen.

Es ist wichtig, dass die Komponenten die erforderlichen Normen und Vorschriften erfüllen (beispielsweise TÜV-Zertifizierung).

Idealerweise holst du dir Unterstützung von einem Fachmann (Solarteur oder Installateur).

Überlege, ob du die Anlage kaufen oder mieten möchtest.

Recherchiere, ob es Fördermittel vom Bund, von der Kommune oder Stadt gibt.

Stelle beim Finanzamt einen Antrag auf eine weitere Steuernummer für den Betrieb der Anlage.

Schließe eine Sachversicherung für die Anlage ab.

Überlasse Installation und Wartung unbedingt einem Fachmann.

Bestehe darauf, dass dir nach erfolgter Montage und Installation eine vollständige Anlagendokumentation ausgehändigt wird.

Lass dir unbedingt auch einen Anlagen- und einen Speicherpass ausstellen.

Nach Inbetriebnahme der Photovoltaikanlage musst du diese bei der Bundesnetzagentur anmelden. Dies kannst du nur online im PV-Meldeportal der Bundesnetzagentur machen.

Was gibt es VOR der Montage der Photovoltaikanlage zu beachten?

Vorab solltest du unter anderem prüfen, ob überhaupt eine geeignete Fläche für deine Photovoltaikanlage zur Verfügung steht und ob das Dach die statischen Voraussetzungen mitbringt, um die Anlage zu tragen.

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Überprüfung deines Dachs

Hier solltest du darauf achten, ob eventuell Reparaturen notwendig sind, die du später dann nicht mehr ausführen lassen kannst, beispielsweise der Austausch kaputter Dachziegel. Überprüfe auch unbedingt die Dachkonstruktion. Dachbegehung und Reparaturen sollte immer ein Dachdecker oder Zimmerer übernehmen.

Die Dachstatik ist von ganz besonderer Bedeutung. Schließlich müssen Dach und Haus imstande sein, das Gewicht der Photovoltaikanlage zu tragen. Bei der Statikprüfung sollte der Fachmann auch die mögliche Wind- und Schneelast berücksichtigen. Für die Statikprüfung benötigst du die Baupläne des Gebäudes sowie die beim Bau erstellten Statikunterlagen. Falls du diese nicht mehr haben solltest, frage beim Bauamt oder dem Bauunternehmen nach.

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Der richtige Lichteinfall

Wenn die Statikprüfung positiv ausfällt und die Montage einer Photovoltaikanlage möglich ist, benötigst du noch eine ausreichend große Dachfläche, die einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage erlaubt.

Die passende Dachfläche allein reicht natürlich nicht aus. Ebenso wichtig sind die Dachneigung und die Ausrichtung des Gebäudes. Eine Photovoltaikanlage sollte daher möglichst in Richtung Süden ausgerichtet sein. Am effektivsten arbeitet sie bei einem Sonnenlichteinfall auf die Solarzelle im 90-Grad-Winkel. Da die Sonne im Tagesverlauf wandert, ist das natürlich nicht permanent möglich. In Deutschland werden die größten Solarerträge erzielt, wenn die PV-Anlage in einem Winkel von circa 30 Grad Richtung Süden ausgerichtet ist. Einstrahlungs- oder auch Reflektionsverluste sind dann am geringsten. Grundsätzlich erzielst du mit einem Aufstellwinkel zwischen 10 und 50 Grad die besten Ergebnisse. Beträgt die Dachneigung weniger als 25 Grad oder mehr als 60 Grad, verringert sich die Solarstromausbeute lediglich um etwa 10 Prozent.

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Bei Dächern mit West- und Ostausrichtung sind unter Berücksichtigung des Aufstellwinkels aber auch noch sehr gute Solarstromerträge zu erzielen.

 

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Wie effektiv ist Photovoltaik im Winter?

Optimal ist die Sonneneinstrahlung in den Monaten Mai bis September. Doch auch in den Wintermonaten Oktober bis April ergibt sich mit 350 und 400 Watt pro Quadratmeter ein lohnenswerter PV-Ertrag von rund 35 Prozent. Die Schneelast auf der Solaranlage im Winter kann vor allem für Flachdächer zum Problem werden:

  • Bei Spitzdächern rutscht der Schnee in der Regel ohne Probleme langsam von den Solarmodulen ab. Eine Gefahr für die Anlage oder Statik des Gebäudes besteht nicht.
  • Bei Flachdächern hingegen sieht es anders aus: Besteht die Gefahr, dass die Traglastreserve des Gebäudes überschritten wird, solltest du einen Experten kommen lassen, der den Schnee entfernt. Denn das Gewicht von nassem Schnee ist nicht zu unterschätzen.

Übrigens: Der Wirkungsgrad der Solarmodule wird durch niedrige Temperaturen sogar gesteigert, was mit der Beschaffenheit von Silizium zusammenhängt. Der Ertrag erhöht sich um circa 4 Prozent pro 10 Grad Celsius Temperaturabnahme. An kalten und sonnigen Tagen sind daher durchaus sehr hohe Erträge möglich. Abhängig davon, in welcher Region du lebst, kann es sinnvoll sein, die Wintermonate bei der Ausrichtung der Module zu berücksichtigen. Angesichts des Sonnenstandes in Deutschland ist die übliche Ausrichtung mit einem 30- bis 35-Grad-Winkel ganzjährig eine gute Lösung.

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Keine Verschattungen von Photovoltaikmodulen

Verschattungen entstehen zum Beispiel durch Schornsteine, Bäume oder beim Flachdach auch durch ungünstig hintereinander aufgeständerte Solarmodule. Problematisch an Verschattungen ist, dass sie immer zu teils erheblichen Energieverlusten führen. Das hängt damit zusammen, dass die Solarzellen des beschatteten Teils des Moduls wenig bis gar keinen Strom produzieren. Vor allem bei der Reihenschaltung führt das zu Energieverlusten, weil immer genau das Modul mit der wenigsten Sonneneinstrahlung die Menge des insgesamt fließenden Solarstroms bestimmt. Selbst Schäden an den Zellen durch Überhitzung können die Folge sein.

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Die Art der Montage

Eigentlich gibt es keine Dachform, auf der eine Solarstromanlage keinen Platz findet. Die Industrie hat für nahezu jede Gegebenheit die passende Lösung. Üblich sind jedoch die Aufdach-, Indach- und Flachdachmontage.

Ist das Dach geneigt, kannst du zwischen der Aufdach- und Indachmontage wählen. Bei der Aufdachmontage werden die PV-Module oberhalb der Dachhaut montiert. Die Module werden dazu mit Metallkonstruktionen verschraubt, die an Dachhaken befestigt sind. Der Vorteil hierbei ist, dass die Dachhaut nicht verändert wird und so weiterhin die Abdichtung des Dachs übernimmt.

Bei der Indachmontage ersetzen die Solarmodule die Dachziegel. Bei einem Neubau sparst du dann auch die entsprechende Anzahl an Dachziegeln. Die Module werden in der Ebene der Dachhaut montiert und übernehmen daher die abdichtende Funktion. Eine Unterkonstruktion wird nicht benötigt. Bei dieser Variante ist darauf zu achten, dass die Module gut hinterlüftet sind, damit sie nicht überhitzen. Die Indachmontage ist etwas teurer als eine Aufdachmontage.
Beim Flachdach werden Solarmodule komplett mit der Halterung beispielsweise auf einem Betonsockel befestigt. Die Installation ist hier sehr einfach. Zudem lassen sich die Module optimal ausrichten.

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Unterschätze nicht die Kräfte des Windes. Fachfirmen verankern aus diesem Grund die PV-Anlage im Schrägdach fest auf den Sparren. Beim Flachdach treten noch wesentlich größere Kräfte auf. Die Anlage muss daher ausreichend befestigt werden. Solarfirmen arbeiten deswegen im Zweifelsfall mit einem Statiker zusammen. Nicht korrekt gesicherte Flachdachanlagen können verrutschen oder sogar abheben.

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Solardachziegel

Solardachziegel sind eine weitere Variante, Solarstrom zu produzieren, aber eine sehr zeitaufwendige und kostenintensive. Sie werden genauso wie konventionelle Dachziegel verlegt, allerdings muss der Fachmann jeden einzelnen Solardachziegel elektrisch miteinander verbinden. Pro Quadratmeter Dachfläche werden etwa 15 Dachziegel benötigt. Fehler sind hier quasi vorprogrammiert. Zudem ist das Finden der Fehler mit einem enormen Zeitaufwand verbunden. Für Ein- und Mehrfamilienhäuser werden sie daher meist nicht eingesetzt. Sie sind aber eine gute Lösung, wenn denkmalgeschützte Gebäude mit einer Photovoltaikanlage ausgestattet werden sollen.

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Solarfolien

Auch mit ihnen kannst du Solarstrom erzeugen. Sie haben ein sehr geringes Gewicht, sind sehr kostengünstig zu produzieren und zu installieren sowie vielfältig einsetzbar. Da kein Glas verwendet wird, sind sie bruchsicher, biegsam und lassen sich auch hinsichtlich der Abmessungen individuell verwenden. Eine Photovoltaik-Folie erzielt heute Wirkungsgrade von 6 bis 10 Prozent. Konventionelle Solarmodule hingegen erreichen, je nach Typ, einen Wirkungsgrad von bis zu 20 Prozent. Ihr Einsatz bietet sich auf Dächern mit geringer Tragfähigkeit, abgerundeten oder gewellten Dächern und an Fassaden an. Sie sind einfach anzubringen. So ist es sogar möglich, direkt von der Rolle zu verlegen. Die Solarfolie wird direkt mit der jeweiligen Untergrundfläche verklebt.
Eine Photovoltaik-Folie besteht aus dünnem und flexiblem Kunststoff, auf dem Schichten aus amorphem Silizium (a-Si) im Nanometerbereich aufgebracht sind. Die leistungsfähigsten Folien sind 0,4 Millimeter dünn. Eine weitere Variante sind Kunststofffolien, die mithilfe einer hauchfeinen Halbleiterschicht aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGS) bedampft wurden.

PV-Folien können in verschiedenen Farben, auch farblos, hergestellt werden. Positiv ist zudem, dass bei der Produktion keine giftigen Materialien oder Schwermetalle verwendet werden.

Verglichen mit PV-Modulen sind PV-Folien gegenüber UV-Strahlung empfindlicher. Auch die Abnahme der Leistung erfolgt bei Solarfolien schneller.

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Fassaden-Montage

Die Montage einer Photovoltaikanlage an einer Fassade ist selbstverständlich auch möglich. Bedingt durch den vertikalen Winkel kann es je nach Gebäudeausrichtung allerdings zu einer Ertragsminderung von bis zu 50 Prozent kommen. Bei der Fassadenmontage werden Dünnschichtmodule verwendet, was die Gebäude optisch aufwertet.

Die Möglichkeiten, Solarstrom für das Eigenheim zu produzieren, sind vielfältig. Sicherlich kommt es auch auf deine finanziellen Mittel und deinen ästhetischen Anspruch an. Wofür du dich auch entscheidest: Mit Solarstrom triffst du stets eine Entscheidung für die Umwelt und eine nachhaltige Energieproduktion.

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Muss die Photovoltaikanlage genehmigt werden?

Aufdachanlagen sind in der Regel genehmigungsfrei. Vorgaben des Baurechts oder Baunormen müssen natürlich eingehalten werden. Denkmalgeschützte Gebäude bedürfen einer Genehmigung. Besondere Gestaltungssatzungen oder Bebauungsplanvorgaben der jeweiligen Gemeinde sind ebenfalls zu beachten.

Auch bei öffentlichen Gebäuden, Großanlagen auf Mehrfamilienhäusern oder großen Hallen kann es eine Genehmigungspflicht geben.

Zur Sicherheit solltest du daher immer bei deiner Gemeinde oder auch dem für dich zuständigen Bauamt nachfragen, zumal die Bestimmungen je nach Bundesland verschieden sind.

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Solarstrom für die Warmwasserbereitung: Möglich ja, aber sinnvoll?

Mit Power-to-Heat kann überschüssiger Solarstrom von der Photovoltaikanlage zur Wärmegewinnung in Privathaushalten eingesetzt werden. Und das kann (bald) durchaus wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll sein. In einen Warmwasserspeicher wird ein elektrischer Heizstab integriert. Ein Energiemanager übernimmt die Steuerung und gibt überschüssigen Strom an den Heizstab ab, der das Wasser aufheizt, wobei Haushaltsgeräte immer Vorrang haben. Steht kein Solarstrom zur Verfügung, ist die Heizungsanlage für die Warmwasserbereitung zuständig. Die Kosten für einen Heizstab betragen je nach Leistung 150 bis 250 Euro. Aus ökologischer Sicht ist das schon heute sinnvoll. Rechnen tut sich das Ganze aber erst, wenn die Einspeisevergütung weiter sinkt.

Der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage

Für eine Photovoltaikanlage musst du viel Zeit und Geld investieren. Verständlich, dass du dann auch vom maximal möglichen Stromertrag profitieren willst. Dank ständiger Optimierung und Weiterentwicklung der Zell- und Wechselrichtertechnologie wurde der Wirkungsgrad moderner Photovoltaikanlagen spürbar gesteigert.

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Was ist der Wirkungsgrad?

Der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage gibt an, wie viel Prozent der Sonnenenergie in elektrischen Strom umgewandelt wird. Besondere Bedeutung kommen daher der Art des Solarmoduls, der Verkabelung, dem Wechselrichter und der Einstrahlungsstärke zu. Selbst die Verschmutzung und die Verschattungen der Anlage müssen hierbei berücksichtigt werden.

Die Performance Ratio wird gern als Qualitätsfaktor herangezogen. Anhand dieser lässt sich in Prozent der theoretisch maximal mögliche Ertrag einer Photovoltaikanlage ermitteln. Die Performance Ratio gibt also Aufschluss über den aktuellen energetischen Zustand der PV-Anlage und der Qualität der einzelnen Komponenten. Die Performance Ratio berechnest du, indem du den Ertrag, den du am Zähler abgelesen hast, durch den maximal möglichen Ertrag der Photovoltaikanlage teilst. Im Durchschnitt wird ein Anlagenwirkungsgrad von 65 bis 75 Prozent erreicht.

Modulwirkungsgrad

Er gibt an, wie viel der Solarenergie, die auf die Photovoltaikmodule trifft, als Solarstrom abgegeben wird. Diese Prozentangabe ist je nach Art der eingesetzten Solarzellen und Modulgröße unterschiedlich. Es gibt monokristalline, polykristalline und Dünnschichtmodule.

Wirkungsgrad der am häufigsten verbauten Zelltechnologien

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Wechselrichterwirkungsgrad

Wechselrichter haben einen sehr hohen Wirkungsgrad von 98 Prozent (ohne Trafo) beziehungsweise 96 Prozent (mit Trafo). Grundsätzlich ist der Wechselrichterwirkungsgrad der Quotient aus eingehendem Gleichstrom aus der Solaranlage und ausgehendem Wechselstrom in das Stromnetz. Allerdings ändert sich die aktuelle Eingangsleistung im Tagesverlauf, weil sie unter anderem vom Wetter beziehungsweise der Sonneneinstrahlung abhängig ist.

Einfluss der Verkabelung auf den Wirkungsgrad

Kabelverluste können aufgrund des elektrischen Widerstandes im Leitermaterial entstehen. Da Kupfer von allen Metallen die besten Leiteigenschaften hat, wird es für Kabel in der Haus-Elektroinstallation verwendet. Je höher der Widerstand, desto mehr Energieverluste treten in Form von Wärme auf. Daher haben folgende Faktoren Einfluss auf die Kabelverluste:

  • das gewählte Leitermaterial
  • der Kabelquerschnitt
  • die Länge der Kabel

Wird die Verkabelung von einem Fachmann korrekt durchgeführt, sind die Verluste eher gering – 0,24 Prozent der Anlagenleistung bei 10 Metern.

Zu viel Sonne ist schlecht für den Wirkungsgrad

Auch wenn es paradox klingt: Eine zu starke Sonneneinstrahlung hat einen negativen Einfluss auf den Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage. Das ist darauf zurückzuführen, dass zu stark aufgeheizte Solarzellen nicht mehr ideal arbeiten. Eine zu starke Einstrahlung beeinflusst daher den Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage negativ. An sehr sonnigen Tagen kann sich die Leistung um etwa 5 Prozent vermindern.

Um wie viel Prozent sich die Leistung pro Grad Celsius verringert, gibt der Temperaturkoeffizient an. Wie hoch er ist, kannst du im Datenblatt des Herstellers nachlesen. Durchschnittlich beträgt er -0,45 Prozent pro Grad Celsius (kristalline Module) und -0,2 Prozent (Dünnschichtmodule). Lässt der Installateur ausreichend Abstand zwischen Solarmodulen und Dachfläche, wird eine zu starke Aufheizung der Solarzellen vermieden beziehungsweise ist eine ausreichende Hinterlüftung gewährleistet. Weil wir inzwischen immer öfter sehr heiße Sommer haben, gewinnt der bislang eher unbedeutende Temperaturkoeffizient mehr an Bedeutung.

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Mini-Photovoltaikanlagen als Alternative für Mieter

Mit der im Februar 2017 in Kraft getretenen DIN VDE V 0100-551 („Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Andere Betriebsmittel – Abschnitt 551“) ist der Einsatz kleiner PV-Anlagen auch in Deutschland erlaubt. Die kleinen Solarstromanlagen haben viele Namen wie Plug-and-Play-PV, Mini-PV, Micro-PV, Balkon-PV, Balkonkraftwerk oder Guerilla-PV. Diese Art von PV-Anlagen lässt sich zum Beispiel auf dem Dach, am Balkongeländer, im Garten, auf der Terrasse oder an der Hausfassade montieren. Sie kann direkt an eine spezielle Steckdose des Haus- oder Wohnungsstromkreises angeschlossen werden.

Wenn du mehr als nur eine Mini-PV-Anlage betreiben möchtest, schließe niemals die einzelnen Module mittels Mehrfach-Verteilersteckdose an eine Haushaltssteckdose an. Dadurch könnte die Stromleitung überlastet werden und schlimmstenfalls ein Brand entstehen. Hol dir unbedingt bei einer Montage an der Fassade oder am Dach die Erlaubnis deines Vermieters ein.

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Laut VDE wird eine normgerechte Anwendung nur mittels spezieller Energiesteckdose sichergestellt. Haushaltsübliche Schutzkontaktsteckdosen sind nicht zugelassen. Zudem muss eine Elektrofachkraft den Anschluss von steckerfertigen PV-Anlagen vornehmen.

Wie funktioniert eine Mini-PV-Anlage?

Eine Mini-PV-Anlage funktioniert grundsätzlich genauso wie eine große Photovoltaikanlage. Lediglich die Anzahl und die Größe der Solarmodule sowie der Anschluss an das Haushaltsstromnetz sind anders. Kaufen kannst du die kleinen PV-Anlagen beispielsweise im Baumarkt, aber auch online. Die kleinen Solarkraftwerke sind mit einem Mikro-Wechselrichter ausgestattet. Der erzeugte Solarstrom wird in das Stromnetz der Wohnung beziehungsweise des Hauses eingespeist. Gedacht sind solche Anlagen, um im kleinen Stil sauber Strom zu erzeugen, damit die Stromkosten zu reduzieren und einen Beitrag zum Umweltschutz zu leisten. Das Energieangebot reicht aus, um Elektrogeräte im Haushalt, wie Kaffeemaschine, Kühlschrank oder Computer, zu betreiben.

Grunddaten einer Mini-Photovoltaikanlage

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Wie hoch ist der Ertrag einer Photovoltaikanlage auf dem Balkon?

Damit ein 4-Personen-Haushalt etwa 15 Prozent seines Jahresverbrauchs solar decken kann, sind 3 Module mit je 150 Watt bei guter Südausrichtung erforderlich.

Wenn du deine Stromrechnung um jährlich 90 Euro senken möchtest, muss deine Balkon-PV-Anlage im Jahr 300 Kilowattstunden Strom für je 7 Cent produzieren. Die Ersparnis ergibt sich aus dem entsprechend weniger verbrauchten Strom aus dem öffentlichen Netz zum Preis von 31 Cent pro Kilowattstunde. Die mögliche Ersparnis hängt natürlich stark von deinen Verbrauchsgewohnheiten und den Aufstellbedingungen der Mini-PV-Anlage ab. Grundsätzlich rechnen sich diese kleinen PV-Anlagen nach 5 bis 10 Jahren.

Mini-Solaranlagen sind ideal, um auf kleinen Flächen kostenfreie Sonnenenergie zu nutzen. So haben auch Mieter die Chance, einen Beitrag zum Umweltschutz zu leisten.

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Genehmigungspflicht und Einspeisevergütung einer Mini-PV-Anlage

Laut VDE müssen steckerfertige PV-Anlagen für den Balkon bei der Bundesnetzagentur angemeldet werden. Du kannst dich hierzu auch bei deinem Netzbetreiber informieren.

Außerdem kannst du von der Einspeisevergütung profitieren. Die Menge des vergüteten Stroms wird allerdings gering ausfallen. Es stellt sich somit die Frage, ob es für dich überhaupt sinnvoll ist.

Vorteile einer Mini-Photovoltaikanlage

  • für Häuser und Wohnungen geeignet
  • einfache Installation
  • Stromkostenersparnis
  • optional mit Batterie erhältlich
  • Möglichkeit für Mieter, einen Beitrag zum Umweltschutz zu leisten
  • geringes Gewicht, dadurch einfacher Transport, beispielsweise bei einem Umzug

Lohnt sich eine Solarstromanlage für Einfamilienhäuser?

Auch aktuell rechnet sich die Anschaffung einer Photovoltaikanlage im Einfamilienhaus. Vor allem dann, wenn du den größten Teil deines Solarstroms selbst verbrauchst und somit entsprechend weniger teuren Strom aus dem Netz beziehst. Zudem musst du für eine PV-Anlage bis 10 kWp keine Abgabe für den Eigenverbrauch bezahlen. Betreiber größerer PV-Anlagen hingegen sind verpflichtet, für den selbst produzierten und selbst genutzten Solarstrom eine EEG-Umlage zu entrichten. Überschüssigen Strom kannst du ins Netz einspeisen, den du dann vom Energieversorger bezahlt bekommst. Für die Umwelt lohnt sich die Anschaffung allemal, da wichtige Energieressourcen geschont werden und bei der Stromproduktion keine Emissionen entstehen.

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Dimensionierung der PV-Anlage für dein Einfamilienhaus

Um deine Solarstromanlage optimal nutzen zu können, legst du bereits während der Planungsphase die Leistungsgröße fest und berechnest, welche Dachfläche für die dazu erforderlichen Photovoltaikmodule zur Verfügung stehen muss. Dazu benötigst du folgende Daten:

  • Zur Verfügung stehende Dachfläche
    Dazu misst du das Dach aus und ziehst die Summe der nicht belegbaren Flächen wie Dachluken, Erker, Kamine, beschattete Bereiche usw. von der Gesamtfläche ab.
  • Festlegung der erforderlichen Strommenge
    Als kleine Hilfestellung: Eine vierköpfige Familie hat einen durchschnittlichen Stromverbrauch von rund 4.000 Kilowattstunden Strom im Jahr. Wie hoch dein individueller Verbrauch ist, kannst du den Stromrechnungen der vergangenen Jahre entnehmen. In etwa diese Leistung sollte dann deine Photovoltaikanlage auch bringen.
  • Welche Leistung bringen die einzelnen Solarmodule?
    Die elektrische Leistung von Solarmodulen wird in Watt (W) gemessen. In Kilowatt Peak (kWp) gibt man die von den Solarmodulen abgegebene elektrische Leistung an.
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Manchmal ist es sinnvoll, nicht das ganze Dach mit Modulen zu belegen, um möglichst viel Strom zu produzieren. Gerade bei Einfamilienhäusern ist es oft wirtschaftlicher, wenn die Anlage genau die Menge Strom produziert, die du auch tatsächlich benötigst.

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Was bedeutet Kilowatt Peak eigentlich?

Damit man die Leistung von Photovoltaikmodulen verschiedener Hersteller neutral bewerten und miteinander vergleichen kann, wurden weltweit einheitliche Betriebsbedingungen (Standard-Testbedingungen) festgelegt. Diese setzen sich zusammen aus einer Sonnenlichteinstrahlung von 1.000 Watt pro Quadratmeter bei senkrechtem Lichteinfall/Einfallswinkel von 48 Grad auf das Modul, einer Modultemperatur von 25 Grad Celsius sowie einem definierten Solarlichtspektrum. Idealbedingungen herrschen in der Praxis natürlich nicht vor. Leistungsminderungen entstehen beispielsweise durch Verschattungen, Abweichungen vom optimalen Winkel oder einer Ausrichtung des Gebäudes nach Westen. Jahrestemperaturunterschiede spielen ebenso eine Rolle.

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Abhängig von der regionalen Sonneneinstrahlung erzeugt eine 1-kWp-Photovoltaikanlage etwa 800 bis maximal 1.000 Kilowattstunden Solarstrom im Jahr.

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Größe der Photovoltaikanlage berechnen

Hast du alle erforderlichen Daten, kannst du genau berechnen, wie groß deine Anlage sein soll beziehungsweise wie viele Solarmodule du benötigst.

Beispiel:

Wir gehen davon aus, dass du in Baden-Württemberg lebst, also einer eher sonnenverwöhnten Region Deutschlands. Das Dach deines Einfamilienhauses ist nach Süden ausgerichtet und hat die optimale Neigung von 30 Grad. Pro kWp angegebener Leistung deiner Photovoltaikanlage werden etwa 1.000 Kilowattstunden Strom produziert.

In diesem Beispiel benötigst du für 1 kWp je nach Art der Solarmodule rund 8 Quadratmeter Dachfläche. Deine Familie hat einen jährlichen Eigenverbrauch von durchschnittlich 4.000 Kilowattstunden. Du benötigst somit 4 Module, die zusammen etwa eine Fläche von 36 bis 40 Quadratmetern beanspruchen.

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Abschätzen der maximalen Anlagengröße

Falls du überschlägig die maximal erforderliche Leistungsgröße (in Kilowatt Peak) deiner Solarstromanlage berechnen möchtest, teilst du einfach die nutzbare Dachfläche in Quadratmeter durch 10. Um den durchschnittlichen jährlichen Stromertrag der Anlage zu erhalten, multiplizierst du anschließend die Anlagenleistung in Kilowatt Peak mit der für deinen Standort angegebenen Sonneneinstrahlung.

Beispielrechnung:
• Dachfläche: 60 m2
• Anlagenleistung: 60 / 10 = 6 kWp
• Sonneneinstrahlung: 1.100 W/m2/Jahr
• Stromertrag: 6 x 1.100 = 6.600 kWh/Jahr

 

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Argumente für die Photovoltaik auf einem Einfamilienhaus

Kaufst du nun eine 5 kW-PV-Anlage und einen Speicher mit 5 kW Speicherkapazität, kostet dies zwischen 16.000 und 20.000 Euro und du kannst etwa 70 Prozent des Strombedarfs selbst decken. Wie schon erwähnt, beträgt der durchschnittliche Strompreis 2020 um die 31 Cent pro Kilowattstunde – Solarstrom hingegen nur 10 bis 13 Cent pro Kilowattstunde.

Produziert deine Anlage mehr Strom als du gerade benötigst, speist du ihn in das Netz deines Stromversorgers ein, der dir dafür momentan etwas über 9 Cent pro Kilowattstunde zahlt.

Unter Berücksichtigung von Fördergeldern kann man sagen, dass sich deine Photovoltaikanlage für das Einfamilienhaus nach ungefähr 10 bis 15 Jahren amortisiert. Ausgehend von einer durchschnittlichen Anlagen-Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren hast du wenigstens 10 Jahre lang einen kleinen Zuverdienst. Gleichzeitig leistest du aktiv einen Beitrag zum Schutz unserer Umwelt.

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Der Preis, den du für Strom aus dem Netz zahlst, ist höher als die Einspeisevergütung und dein Solarstrom. Deshalb ist es weitaus wirtschaftlicher, wenn du so viel eigens produzierten Solarstrom wie möglich verwendest beziehungsweise speicherst.

Photovoltaikanlagen: Netzeinspeisung oder Eigenverbrauch?

Was ist die Einspeisevergütung?

Den selbst erzeugten Solarstrom kannst du in das öffentliche Stromnetz einspeisen. Laut Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) ist der Stromnetzanbieter verpflichtet, diesen Solarstrom gegen eine festgelegte Vergütung (Einspeisevergütung) zu kaufen. Der im Monat der Inbetriebnahme der Anlage aktuelle Vergütungssatz wird dir über einen Zeitraum von 20 Jahren gemäß EEG garantiert. Weitere Absenkungen der Vergütungssätze betreffen dich nicht. Daher kannst du ganz genau berechnen, welche Erlöse deine Photovoltaikanlage bringen wird.

Die Einspeisevergütung für PV-Strom ist bei Kleinanlagen in den letzten 15 Jahren um circa 80 Prozent und bei Anlagen mittlerer Größe um 90 Prozent gesunken. Es wurde schon eher erwähnt: Für kleinere PV-Anlagen (bis 10 kWp) auf Ein- und Zweifamilienhäusern gibt es im Juli 2020 nur noch 9,03 Cent pro kWh für 20 Jahre. Grundsätzlich reicht das aus, damit du kostendeckend Solarstrom erzeugen kannst. Große Gewinne fährst du aber nicht ein. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE geht davon aus, dass neue Photovoltaikanlagen durch die Stromeinspeisung in das Netz sowie durch den Eigenverbrauch gute Renditen erwirtschaften. Das Institut führt dies auf die stark gesunkenen Preise für Solarmodule zurück. Gleiches trifft auf Anlagen zu, die keinen oder einen niedrigen Eigenverbrauch aufweisen.

Falls du Strom in das öffentliche Netz einspeisen möchtest, sind folgende Punkte für dich wichtig.

 

Technische Komponenten, die du für die Einspeisung benötigst

Netzeinspeisegerät (NEG): Dieses dient zur Überwachung des Netzanschlusses, erkennt Fehlströme und speichert Betriebsdaten.

Einspeisezähler: Er misst die ins öffentliche Netz eingespeiste Strommenge.

Einspeisemanagement: Es hilft, die Leistung der Anlage jederzeit zu verringern, um eine Überlastung des öffentlichen Stromnetzes zu verhindern.

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Anmeldung beim Netzanbieter

Den Netzanschluss musst du bereits vor der Montage der Photovoltaikanlage bei deinem Stromanbieter beantragen. Dieser Antrag ist gleichzeitig deine Anmeldung zur Einspeisung. Bis zu 8 Wochen kann es dauern, bis der Antrag bearbeitet ist. Diese Zeit kannst du nutzen, um eine Netzverträglichkeitsprüfung abzuschließen. Darüber hinaus musst du deine Anlage bei der Bundesnetzagentur (BNetzA) anmelden, was du einfach online über das Marktstammdatenregister (MaStR) erledigen kannst.

Nach Inbetriebnahme deiner Anlage wird ein Inbetriebnahmeprotokoll erstellt. Dieses wird zusammen mit der Anmeldebescheinigung der Bundesnetzagentur an den Netzbetreiber weitergeleitet. Erst wenn du alle erforderlichen Unterlagen eingereicht hast, zahlt dir der Netzbetreiber die Einspeisevergütung.

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Was bedeutet Eigenverbrauch?

Eigenverbrauch bedeutet nichts anderes, als dass du den selbst erzeugten Solarstrom auch selbst verbrauchst. Der Strom wird quasi direkt vom Dach zu den Verbrauchern im Haus geleitet. Mit einem Solarstromspeicher kannst du den Eigenverbrauch noch erhöhen, weil du überschüssig erzeugten Strom zur späteren Nutzung zwischenspeicherst und nicht ins Netz einspeist.

Zur Erinnerung: Aktuell kannst du Solarstrom für etwa 10 bis 13 Cent je Kilowattstunde erzeugen. Strom von den Stadtwerken kostet dich pro Kilowattstunde etwa 31 Cent. Mit jeder selbst erzeugten Kilowattstunde sparst du also circa 20 Cent. Und je größer der Unterschied zwischen Strombezugskosten und Stromgestehungskosten ist, desto mehr lohnt sich der Eigenverbrauch.

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Eigenverbrauch versus Autarkie

Auch wenn Eigenverbrauch und Autarkie gern sinngleich benutzt werden, handelt es sich bei diesen Werten nicht um das Gleiche. Sie beschreiben sogar grundsätzlich verschiedene Gegebenheiten. Es ist daher durchaus möglich, dass der Autarkiegrad unverändert bleibt, obwohl sich die Eigenverbrauchsquote spürbar erhöht hat. Dies hängt damit zusammen, dass beiden Werten verschiedene Betrachtungsansätze zugrunde liegen.

So beschreibt die Eigenverbrauchsquote, welche Strommenge du von deinem Solarstrom selbst genutzt hast, um deine Elektrogeräte im Haus mit Energie zu versorgen. Der Autarkiegrad hingegen beschreibt, welchen Anteil der selbst genutzte Strom am gesamten Stromverbrauch hat; also inklusive des Stroms, den du aus dem Netz bezogen hast.

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Berechnungsgrundlage Eigenverbrauchsquote - der produzierte Solarstrom

Berechnungsgrundlage Autarkiegrad - der verbrauchte Strom

Wie kannst du den Eigenverbrauch von Solarstrom erhöhen?

Um den Eigenverbrauch zu erhöhen, gibt es mehrere einfache Möglichkeiten.

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Stromspeicher

Im Stromspeicher kannst du überschüssige Energie für eine kurze Zeit bevorraten und bei Bedarf abrufen.

Zeitschaltuhren

Auf diese Weise kannst du die Einschaltzeiten von Elektrogeräten wie Waschmaschine oder Trockner so festlegen, dass sie sich beispielsweise mittags einschalten, wenn viel Sonnenenergie zur Verfügung steht.

Energiemanagementsysteme

Mit einem Energiemanagementsystem ist es dir möglich, die zeitliche Nutzung aller Stromverbraucher im Haus je nach Wetterlage, Tageszeit oder individuellem Stromverbrauch festzulegen und zu steuern. Die vorhandenen Verbraucher sind mittels Zwischenstecker mit dem Energiemanagementsystem verbunden, um mit diesem kommunizieren zu können.

Ladestation für das Elektroauto

Für Besitzer eines Elektroautos bietet sich zusätzlich die Möglichkeit, die Ladestation (Wallbox) mit Strom der Photovoltaikanlage aufzuladen. Auch das trägt sinnvoll dazu bei, den Eigenverbrauch zu erhöhen. Und du kannst nicht nur mit kostenloser Energie, sondern auch zu 100 Prozent emissionsfrei fahren. Bereits 4 kWp PV-Leistung sind ausreichend, damit du jährlich rund 20.000 Kilometer sauber fahren kannst. Durch die Kombination von Wallbox und Photovoltaikanlage kosten dich 100 Kilometer Fahrleistung nur circa 2,50 Euro.

100 Prozent Autarkie mit PV-Inselanlagen

Wenn du einen Autarkiegrad von 100 Prozent erreichen möchtest, geht das nur, wenn du den gesamten Strombedarf mit deinem selbst produzierten Solarstrom decken kannst und dazu keinen Strom aus dem Netz beziehen musst. Inselanlagen sind hierfür ein gutes Beispiel. Photovoltaik-Inselanlagen werden immer dann eingesetzt, wenn der Anschluss an das öffentliche Stromnetz zu teuer, zu aufwendig oder von vornherein nicht möglich ist. Einsatzbereiche sind beispielsweise Berghütten, Wochenend- und Ferienhäuser, Gartenhäuschen, aber auch Wohnmobile oder Boote. Die Produktion des Stroms erfolgt bei Photovoltaik-Inselanlagen genauso über Solarmodule. Er wird entweder direkt verbraucht oder aber in Batterien zwischengespeichert. Hierfür gibt es besonders leistungsfähige und zyklenfeste Akkumulatoren. Für die Ladung und Entladung der Akkumulatoren ist ein Laderegler erforderlich, der zudem eine Überladung der Batterie verhindert. Große Solar-Inselanlagen sind teurer als klassische Photovoltaikanlagen, was an den Akkumulatoren liegt, die immerhin rund ein Drittel der Gesamtkosten ausmachen. Die Kosten für solche Komplettanlagen belaufen sich je nach Leistungsfähigkeit auf 8.000 bis 11.000 Euro. Kleine Solar-Inselanlagen (Leistung 50 Watt), um beispielsweise eine Beleuchtung zu betreiben oder circa 2 Stunden Fernsehen zu schauen, gibt es schon ab etwa 100 Euro.

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Kosten einer Photovoltaik-Dachanlage

Wer heute eine Photovoltaikanlage kauft, muss weitaus weniger tief in die Tasche greifen als noch vor 10 Jahren. Die Preise für Photovoltaikanlagen sind seitdem um über 50 Prozent gesunken. Und es ist davon auszugehen, dass die Modulpreise weiter fallen werden. Die Betriebskosten einer Photovoltaikanlage sind mit circa 1 Prozent der Investitionskosten sehr niedrig. Das gilt gleichermaßen für die Finanzierung, da auch 2020 das Zinsniveau sehr gering ist.

Photovoltaikanlagen kosten derzeit je nach Leistungsgröße zwischen 5.000 und 19.000 Euro. Der Anteil an den Gesamtkosten beträgt bei den Solarmodulen um die 50 Prozent, beim Wechselrichter etwa 15 bis 20 Prozent. Ein 5-Kilowatt-Wechselrichter kostet derzeit um die 1.000 Euro. Circa 10 bis 15 Prozent der Gesamtkosten entfallen auf Kabel, Klemmen, Dachhaken und die Unterkonstruktion. Für Gerüst, Montage und Installation kannst du von einem Anteil von 15 bis 20 Prozent ausgehen.

Durchschnittliche Photovoltaik-Preise nach Anlagengröße

  • 3 kWp circa 5.400 Euro (Preisspanne 4.600 bis 6.300 Euro)
  • 4 kWp circa 6.300 Euro (Preisspanne: 5.000 bis 7.900 Euro)
  • 5 kWp circa 7.600 Euro (Preisspanne: 5.300 bis 9.500 Euro)
  • 6 kWp circa 9.000 Euro (Preisspanne: 6.500 bis 12.100 Euro)
  • 7 kWp circa 10.400 Euro (Preisspanne: 7.600 bis 12.800 Euro)
  • 8 kWp circa 11.000 Euro (Preisspanne: 9.000 bis 15.000 Euro)
  • 9 kWp circa 12.900 Euro (Preisspanne: 9.200 bis 17.500 Euro)
  • 10 kWp circa 13.300 Euro (Preisspanne: 10.300 bis 18.500 Euro)

Soll ein Solarspeicher eingebaut werden, musst du deine Kostenkalkulation je nach Speichergröße um 5.000 bis 10.000 Euro erhöhen.

Weitere Kosten entstehen für den Netzanschluss. Bei einer Anlage bis 10 Kilowatt wird dazu der Bezugszähler durch einen Zweirichtungszähler ausgetauscht. Die Gebühr beträgt um die 40 Euro im Jahr. Bei einer Anlage mit mehr als 10 Kilowatt muss zusätzlich ein geeichter Ertragszähler eingebaut werden, den du für 20 Euro im Jahr mieten kannst. Sollte allerdings der Zählerschrank voll belegt sein, musst du entsprechend Platz schaffen und das kann teuer werden.

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Photovoltaikanlage ist nicht gleich Photovoltaikanlage. Sehr günstige Angebote rechnen sich meistens nicht. Lege daher großen Wert auf Qualität und prüfe alle Angebote genau. Bei Bedarf kann dich hierzu auch ein Fachmann beraten.

Die Betriebskosten einer Photovoltaikanlage

Grundsätzlich sind die Betriebskosten sehr gering. Doch mit der Zeit fallen mitunter kleinere Wartungsarbeiten oder Reparaturen an.

Die Betriebskosten im Überblick:

  • Wartung
  • Reparaturen
  • Rücklagen für neuen Wechselrichter oder Ersatzteile
  • eventuell Reinigungsarbeiten
  • Versicherungsbeiträge
  • Zählergebühr von 15 bis 40 Euro
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Wartung

Nach einigen Jahren Betrieb solltest du alle 2 bis 3 Jahre deine Anlage warten lassen. Dies kostet dich für dein Einfamilienhaus jeweils zwischen 150 und 250 Euro, je nach Umfang der Wartungsarbeiten.

Reinigung

Größere und hartnäckige Verunreinigungen können die Leistung der Solarmodule beeinträchtigen. Leichter Schmutz wie Staub spült der Regen ab. Hartnäckigen Schmutz wie Vogelkot oder Laub solltest du jedoch entfernen lassen. Die Kosten einer professionellen Reinigung betragen für ein Einfamilienhaus circa 1 bis 3 Euro pro Quadratmeter.

Versicherung

Eine Photovoltaikanlage kann durch Sturm, Hagel oder auch Blitzschlag beschädigt werden. Aber auch bereits während der Montage können Schäden entstehen. Sich für diese Fälle zu versichern, ist ratsam, denn die Kosten können beträchtlich sein. Grundsätzlich gibt es 2 Möglichkeiten, sich zu versichern: indem du deine bestehende Wohngebäudeversicherung entsprechend erweiterst oder einen separaten Vertrag abschließt. Stiftung Warentest weist darauf hin, dass beide Varianten durchaus Lücken aufweisen können. Prüfe daher vor Abschluss immer ganz genau, was die Versicherung abdeckt. Denke auch an eine Privathaftpflichtversicherung.

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Finanz-Tipp : Kosten, die dir durch den Anlagenbetrieb entstehen, kannst du beim Finanzamt als Werbungskosten geltend machen. Dies sind beispielsweise die laufenden Betriebskosten, die Wartungs- und Reparaturkosten, Finanzierungs- und Versicherungskosten, aber auch die Kosten für die Zählermiete. Die Anschaffungskosten zählen auch dazu. Diese kannst du über einen Zeitraum von 20 Jahren abschreiben.

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PV-Anlage kaufen, mieten oder finanzieren?

Je nach Anlagengröße musst du eine beträchtliche Summe ausgeben. Verfügst du über genug Kapital, ist der Kauf der Photovoltaikanlage die beste Entscheidung – ganz besonders, wenn du Förderungen in Anspruch nimmst. Allerdings musst du dich bereits im Vorfeld sehr intensiv mit dem Thema auseinandersetzen. Die Unterstützung durch einen Fachmann kann dich hierbei spürbar entlasten.

Wenn du den Preis für die Photovoltaikanlage nicht auf einmal bezahlen kannst oder möchtest, bieten sich dir 2 Alternativen: das Mieten und die Finanzierung. Auf diese Weise hältst du die Anfangsinvestitionskosten klein.

Bei der Anlagenmiete zahlst du lediglich einen monatlichen Betrag, der in der Höhe je nach Anbieter variiert. Je nach Vertrag beinhaltet der Mietpreis die komplette PV-Anlage inklusive Montage, Installation und Wartung. Du musst dich um nichts kümmern. Eigentlich eine feine Sache. Allerdings haben die Mietverträge Laufzeiten von 15 bis 20 Jahren. Danach gehört aber die Anlage mitunter nicht etwa dir, sondern wird abgebaut oder du kannst sie für einen Restwert kaufen. Aufgrund der hohen Mietpreise musst du einen sehr hohen Eigenverbrauch haben, damit sich das Ganze für dich rechnet.

Beispiel: Die Photovoltaikanlage kostet 5.000 Euro. Du mietest die Anlage für 50 Euro im Monat, so hast du dann nach 20 Jahren etwa 12.000 Euro investiert. Die Anlage gehört allerdings nicht dir.

Bei dem aktuell niedrigen Zinsniveau und den günstigen Kreditangeboten der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) ist es günstiger, die Solaranlage zu finanzieren.

Übrigens: Egal ob du deine PV-Anlage kaufst, finanzierst oder mietest: Du hast immer Anspruch auf die Einspeisevergütung gemäß EEG.

Steuerliche Betrachtung einer Photovoltaikanlage

Wenn du den Strom deiner PV-Anlage ins Netz einspeist und somit quasi verkaufst, bist du im steuerrechtlichen Sinn unternehmerisch tätig, also auch steuerpflichtig. Auf den erzielten Gewinn zahlst du Einkommensteuer. Abhängig von der Höhe des Umsatzes musst du auch Umsatzsteuer abführen. Nach der Kleinunternehmerregel bist du bis zu einem Betrag von 22.000 Euro im Vorjahr (bis 2019: 17.500 Euro) beziehungsweise bis zu 50.000 Euro im laufenden Jahr davon befreit.

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Seit 2020 sind Betreiber kleiner Anlagen bis 10 Kilowatt Peak Leistung von der Gewerbesteuer befreit (§ 3 Punkt 32 GewStG). Eine Gewerbeanmeldung entfällt somit auch.
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Anmeldung der Photovoltaikanlage beim Finanzamt

Dazu musst du einen Fragebogen zur steuerlichen Erfassung ausfüllen und an das Finanzamt senden. Den Fragebogen kannst du auf der Internetseite deines Finanzamtes herunterladen. Das Finanzamt prüft deine Angaben, teilt dir eine Steuernummer zu und legt die Höhe der Einkommensteuervorauszahlungen fest.

Gewinn einer Photovoltaikanlage ermitteln

So kannst du den zu versteuernden Gewinn berechnen:

  • Betriebseinnahmen (Stromvergütung durch Energieversorger plus Betrag für selbst verbrauchten Strom) inklusive Umsatzsteuer
    abzüglich
  • Betriebsausgaben (zum Beispiel Abschreibung des Kaufpreises der Photovoltaikanlage über 20 Jahre, Kreditzinsen, Kosten für Reparatur und Wartung, Zählermiete und Versicherung) inklusive Umsatzsteuer
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Die Abschreibung der Investitionskosten einer Photovoltaikanlage wird immer auf einen Zeitraum von 20 Jahren verteilt. Fördergelder kannst du als Betriebseinnahmen einstufen oder aber du ziehst von den Investitionskosten der Anlage die Fördergelder ab und schreibst lediglich den reduzierten Betrag steuerlich ab.

 

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Umsatzsteuer bei Photovoltaikanlagen

Die Einspeisevergütung wird dir vom Energieversorger zuzüglich 19 Prozent Umsatzsteuer (Mehrwert- oder Vorsteuer) erstattet. Diese musst du wieder an das Finanzamt abführen. Dazu musst du in regelmäßigen Abständen eine Umsatzsteuervoranmeldung machen. Die zeitlichen Intervalle legt das Finanzamt fest (zu Beginn meist monatlich, später vierteljährlich). Du musst deine Umsatzsteuervoranmeldung online über das ELSTER-Portal abwickeln. In Papierform ist dies nur noch in Härtefällen erlaubt.

Die Umsatzsteuer, die du für den Kauf der Photovoltaikanlage bezahlt hast, kannst du beim Finanzamt (Vorsteuer) nur geltend machen, wenn du dich für den Regelsteuersatz entschieden hast. Dazu musst du einmal im Jahr eine Umsatzsteuererklärung abgeben. Bei der Kleinunternehmerregelung ist dies nicht möglich.

Eigenverbrauch bei Photovoltaik: Wie sieht es steuerlich aus?

Sobald du Überschüsse in das Stromnetz einspeist, können diese, wenn sie mindestens 10 Prozent der insgesamt erzeugten Strommenge betragen, auch umsatzsteuerpflichtig sein.

Vom Datum der Inbetriebnahme hängt es ab, ob du für deinen Eigenverbrauch Umsatzsteuer zahlen musst oder nicht: Falls deine Anlage vor dem 31.03.2012 in Betrieb genommen wurde, fällt keine Umsatzsteuer an. War die Inbetriebnahme nach dem 31.03.2012, bist du umsatzsteuerpflichtig.

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Ab 2021 wird es eine Vereinfachung bei der Umsatzsteuer geben. Für PV-Anlagen bis 10 Kilowatt, bei denen die Umsatzsteuer unter 1.000 Euro liegt, dürfte dann keine Voranmeldung mehr erforderlich sein.

Steuerliche Abschreibungen

Bei der Finanzierung einer neuen Photovoltaikanlage ist die steuerliche Abschreibung ein wichtiger Posten. Für Photovoltaikanlagen kommt aktuell nur die lineare Abschreibung infrage. Die lineare AfA („Absetzung für Abnutzung“) kann über 20 Jahre erfolgen. Somit ist es dir möglich, 20 Jahre lang jedes Jahr 5 Prozent der Anschaffungs- und Herstellungskosten als Abschreibung geltend zu machen. Sonderabschreibungen in Höhe von 20 Prozent sind in den ersten 5 Jahren ebenso möglich wie der Investitionsabzug des Netto-Verkaufspreises.

Eine degressive Abschreibung ist nur für Betreiber möglich, deren Anlage 2009 oder 2010 errichtet wurde. Um einen Anspruch auf einen Investitionsabzug zu haben, muss im Rahmen des Schwellenwerts nach § 7g EStG gewirtschaftet werden. Das trifft aber in der Regel auf Eigenheimbesitzer immer zu.

Kauf eines Hauses mit PV-Anlage

Wenn du ein Haus kaufst, das bereits mit eine Solarstromanlage ausgestattet ist, musst du für auf dem Dach montierte Anlagen keine Grunderwerbsteuer zahlen. Ist die Anlage hingegen in das Dach integriert – somit fester Bestandteil des Gebäudes – und dient dadurch auch als Ersatz für die Dacheindeckung, fällt der Kaufpreis für die PV-Anlage unter die grunderwerbliche Bemessungsgrundlage. Gleiches gilt für Fassadenanlagen.

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Grundsätzlich empfehlen wir dir, dich hinsichtlich deiner steuerlichen Pflichten als Betreiber einer Photovoltaikanlage direkt mit dem Finanzamt in Verbindung zu setzen oder deinen Steuerberater zu befragen.

Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage

Um eine grobe Einschätzung durchführen zu können, musst du die Investitions-, Betriebs- und Wartungskosten, gegebenenfalls die Finanzierungskosten, den Zinssatz und die Inflationsrate, die Eigenverbrauchs- und Einspeisemenge sowie die Energiepreissteigerungsrate wissen. Wobei vor allem der Trend bei den Strompreisen ein Unsicherheitsfaktor ist. Grundsätzlich kann man sagen, dass sich die Investition in eine Solarstromanlage als wirtschaftlich erweist, wenn sie über 20 Jahre mehr Einnahmen generiert als sie Kosten verursacht hat.

Amortisationszeit einer Photovoltaikanlage:

Die Amortisationszeit einer Photovoltaikanlage beschreibt den Zeitpunkt, ab dem du durch die Solarstromerträge die Anlagenkosten wieder hereingeholt hast. Da auch hier ein Blick in die Zukunft nicht möglich ist, kannst du die Amortisationszeit nur überschlägig berechnen. Dazu stellst du einfach die Summe aller Ausgaben der Summe aller Einnahmen gegenüber.

Ausgaben sind die gesamten Investitionskosten (Photovoltaikmodule, Anschaffung von Kleinteilen, Abnahme- und Zählergebühren, Montagekosten etc.), laufende Kosten wie Versicherungen, Betriebskosten (Kosten für den Stromverbrauch der Anlage, Wartung und Reparatur) und eventuell anfallende Zinszahlungen für Kredite.

Einnahmen sind der erwartete Solarstromertrag, die garantierte Einspeisevergütung und gegebenenfalls Fördergelder von Bund, Land, Kommune und Energieversorger.

Addiere alle Ausgaben und ziehe davon alle Subventionen ab.
Das Zwischenergebnis dividierst du nun durch die erzielbaren Jahreseinnahmen (Einspeisevergütung).
Von diesem Ergebnis ziehst du noch die jährlichen Ausgaben ab.
Als Endergebnis erhältst du den Zeitpunkt, ab wann voraussichtlich aus dem Ausgabeüberhang ein Einnahmeüberschuss wird.

Bei einer durchschnittlichen, vollständig aus Eigenmitteln finanzierten PV-Anlage bewegt sich die Amortisationszeit zwischen 10 und 13 Jahren. Wurde die Anlage über ein Darlehen finanziert, beträgt sie hingegen 11 bis 14 Jahre.

 

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Nutzungsdauer einer Solarstromanlage

Die Lebensdauer der einzelnen Komponenten (PV-Module, Wechselrichter sowie Untergestell) hat maßgeblichen Einfluss auf die Nutzungsdauer der kompletten Anlage. Aber auch die fachgerechte Planung und Auslegung, die Qualität der Montage und Elektroinstallation, die dazu verwendeten Materialien sowie die regelmäßige Kontrolle und Wartung beeinflussen die Lebensdauer. Grundsätzlich kannst du von einer Nutzungs- und Lebensdauer von etwa 20 bis 30 Jahren ausgehen.

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Förderung einer Photovoltaikanlage

Direkte finanzielle Zuschüsse gibt es vom Staat nicht. Aber der Bund fördert indirekt durch die Einspeisevergütung. Für kleine PV-Anlagen ist das allerdings kaum rentabel, weil sich heute die Stromerzeugungskosten in etwa mit der aktuellen Einspeisevergütung decken. Allerdings hat die KfW zur Förderung von Photovoltaikanlagen und Batteriespeichern das Programm 270 „Erneuerbare Energien – Standard“ aufgelegt. Ab 1,03 Prozent effektivem Jahreszins können die Anlagen zinsgünstig finanziert werden. Die Laufzeiten betragen 5, 10 oder 20 Jahre.

Auch viele Bundesländer bieten Förderprogramme an. Es lohnt sich daher immer, einfach nachzufragen. Sehr hilfreich ist zudem der Fördermittel Check von co2online. Der Online-Ratgeber findet die passenden Förderprogramme der Kommunen, des Landes und des Bundes. 

Die solare Zukunft hat erst begonnen

Weltweit wird zu den Grundlagen der Materialien und Weiterentwicklungen von Zellen, Modulen, Wechselrichtern und Systemen geforscht, um die Wirkungsgrade und Modullebensdauer zu steigern, den Materialeinsatz zu reduzieren und hochproduktive Herstellungsverfahren zu entwickeln.

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Organische Solarzellen

Das Funktionsprinzip organischer Solarzellen ist das gleiche wie bei kristallinen Photovoltaikmodulen. Organische Solarzellen sind eine günstige und flexible Alternative. Sie bestehen aus dünnen und nahezu unsichtbaren Folien, die vielseitig einsetzbar sind. Aktuell ist die Leistung aber noch wesentlich geringer. Auch die Lebensdauer ist kürzer. Die Bezeichnung „organisch“ stammt aus der Chemie. Sie besagt, dass es sich hierbei um Kohlenstoffverbindungen handelt. Derzeit liegt der Wirkungsgrad bei 7 bis 8 Prozent. Dennoch wird ihnen ein großes Zukunftspotenzial zugesprochen. Ein deutsch-chinesisches Forscherteam hat bereits Wirkungsgrade von fast 16 Prozent erreicht.

Perowskitzellen

Der Halbleiter Perowskit wird im Rennen um immer kostengünstigere Solarzellen als großer Hoffnungsträger gehandelt. Es verwundert daher nicht, dass Forscherteams weltweit an der Entwicklung von Perowskit-Solarzellen arbeiten, vor allem an metall-organischen Hybrid-Perowskiten. Die Kristallstruktur dieser Hybrid-Perowskiten besteht aus einem organischen Molekül und anorganischen Elementen wie Blei und Iod. Perowskitzellen sind mit einem Wirkungsgrad von bis zu 28 Prozent effizienter als aktuelle Solarzellen. Es wird davon ausgegangen, dass in Zukunft Wirkungsgrade bis 40 Prozent realistisch sind. Allerdings bestehen noch Hindernisse für eine kommerzielle Nutzung. Um den Einsatz giftigen Bleis zu vermeiden, haben 2019 Wissenschaftler und Ingenieure an der Purdue University ein sandwichartiges Material entwickelt, das zur Hybridstrukturbildung organische und anorganische Materialien enthält, die kein Blei verwenden und deutlich stabiler sind.

Solarzellen imitieren die Photosynthese

Die Leistung, die Pflanzen und Algen bei der Photosynthese erbringen, lässt sich mit der Aktivität zahlreicher Minikraftwerke vergleichen. Diese Miniaturreaktoren sind von Sammelstellen umgeben, welche die Photonen des Sonnenlichts einfangen und in die Mitte weiterleiten. Durch die Struktur und das Zusammenspiel der Bestandteile entstehen extrem hohe Wirkungsgrade. Es gelang nun Wissenschaftlern der Friedrich-Alexander-Universität in Erlangen-Nürnberg, Solarzellen nach diesem Bauprinzip zu entwickeln. Der Wirkungsgrad soll bei über 40 Prozent liegen. Die Wissenschaftler hoffen, dass die Solartechnik in naher Zukunft Sonnenenergie ebenso effizient nutzen kann wie es Pflanzen bereits vormachen.

 

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Fazit: Solarstrom ist stets eine gute Wahl

Wenn du eine Photovoltaikanlage für dein Haus anschaffen möchtest, solltest du dich darauf einstellen, dass du mit der Volleinspeisung des selbst erzeugten solaren Stroms heute keine große Rendite mehr einfahren kannst. Was PV-Anlagen heute so attraktiv macht, ist der Eigenverbrauch von Solarstrom. Denn du erzeugst mit deiner Solaranlage Strom erheblich günstiger als du ihn vom Netzbetreiber einkaufen kannst. Bei voraussichtlich weiter steigenden Strompreisen und aufgrund sinkender Modulpreise reduzieren sich auch deine Stromgestehungskosten und deine Photovoltaikanlage wird immer rentabler. So rechnet es sich weiterhin, nachhaltig und sauber Strom zu erzeugen.

Dir ist es wichtig, nachhaltig Strom zu erzeugen und das Klima zu schützen? Gern kannst du für deine Überzeugungsarbeit dieses E-Book nutzen. Auch online geht das, indem du diese Inhalte und dazu noch deine eigenen Gedanken in sozialen Medien oder unter deinen Bekannten und Freunden teilst. Schließlich ist das allgemeine Bewusstsein noch immer der wichtigste Baustein im Kampf gegen den Klimawandel.

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Giuliano Fuchs
Dein Energiewende Guide

Erst mal ein bisschen was zu mir: Ich bin 37 Jahre alt, komme aus Hessen und lebe im Frankfurter Umland genauer gesagt im wunderschönen Taunus. Als einer der Experten Guides auf net4energy schreibe und veröffentliche ich Blogbeiträge rund um ein Thema, dass mir persönlich besonders am Herzen liegt - das Erzeugen von erneuerbaren Energien. Ich bin davon überzeugt das, die Nutzung von nachhaltigen Energiequellen, wie z.b. Photovoltaik und Solarthermie ein integraler Bestandteil der nationalen und vor allem persönlichen Energiewende ist. Um immer up to date zu bleiben und andere auch über net4energy hinaus zu unterstützen, bin ich aktiv in unterschiedlichen User Gruppen und Foren die sich z.b. mit neuen Technologien wie Stromspeichern und Solaranlagen im Allgemeinen beschäftigen.

Schau dir gerne alle meine Beiträge zum Energie erzeugen in unserem Magazin an.