Einführung in die Photvoltaik

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Stromspeicher

Wissenswertes

Mit einer Photovoltaikanlage legen Sie den Grundstein für ihr hauseigenes Kraftwerk. Sie produzieren Strom auf dem eigenen Dach und das günstiger als jeder Stromanbieter. Gleichzeitig tragen sie einen großen Teil zur Energiewende bei und legen den Grundstein für eine komplette Elektrifizierung ihres Haushalts. Im folgenden Artikel erhalten sie einen Einstieg in das Thema Photovoltaikanlage.

Die Vorteile einer Photovoltaikanlage

1. Die Sonne ist eine unerschöpfliche und "ungefährliche" Energiequelle im Gegensatz zu Kohle, Gas und Uran. Photovoltaikanlagen können in jeder Dimension betrieben werden. Von kleinen Privatanlagen bis zu riesigen Kraftwerken.
2. Photovoltaikanlagen erreichen in Deutschland nach unter 3 Jahren eine positive Klimabilanz. Dann stellen sie mehr Energie zur Verfügung, als die Herstellung, der Transport und die Entsorgung verbraucht.
3. Der Strom wird da hergestellt wo er verbraucht wird. Er belastet das Netz nicht, muss nicht über kilometerlange Trassen transportiert werden und stärkt die Position der Verbraucher gegen Stromkonzerne
4. Eine Photovoltaikanlage ist eine wirtschaftlich rentable Investition in das Eigenheim. Je nach Anlagengröße und Finanzierungsmethode kann der Break-Even bis zu 15 Jahre dauern.

Wie funktionieren Solarmodule?

Solarmodule bestehen zum Großteil aus dem Quarzsand Silizium, eines der häufigsten Materialien in der Erdkruste. Zur Herstellung wird das Silizium aus dem Sand extrahiert und in unterschiedlichen Verfahren zu kristallenen Siliziumblöcken verarbeitet. Monokristalline Siliziumstäbe bestehen aus einem Kristall der aufwendiger zu produzieren ist, aber einen höheren Wirkungsgrad hat. Polykristalline Blöcke bilden im Herstellungsprozess unterschiedlich große Kristalle aus, was günstiger in der Produktion ist, aber niedrigere Wirkungsgrade zur Folge hat.

Im Anschluss schneiden extrem feine Drähte dünne Platten, sogenannte Wafer, aus dem jeweiligen Vorprodukt. Mit unterschiedlichen Materialien werden diese gezielt verunreinigt, um eine n- und p-Schicht zu bilden. Treffen Sonnenstrahlen auf das Solarmodul, werden Elektronen von den eindringenden Photonen abgespalten und wandern in die p-Schicht. Eingearbeitete Metalldrähte, häufig aus Silber oder Aluminium, leiten die Elektronen ab und es fließt Strom.

In einem Solarmodul sind mehrere Solarzellen verbaut und als die charakteristischen Quadrate erkennbar. Blaue Module bestehen aus polykristallinen Zellen, schwarze Module aus monokristallinen. In einem normalen Modul sind häufig ca. 60 bis 70 einzelne Zellen miteinander verbunden. Um die empfindlichen Solarzellen zu schützen, sind sie beidseitig in eine Kunststofffolie eingeschweißt. Die Oberseite wird durch ein stabiles Sicherheitsglas geschützt. Premium Module verwenden auf der Rückseite ebenfalls Glas, günstige Produkte nutzen eine Kunststofffolie.

Was bedeuten die ganzen Abkürzungen?

Steigt man neu in das Thema Photovoltaik ein und schaut sich die technischen Spezifikationen der Module an, können die zahlreichen Abkürzungen und Eigenschaften schnell überfordern. Folgende Eigenschaften sind zum ersten Verständnis eines Solarmoduls entscheidend:

Wirkungsgrad

Wie viel Prozent der eintreffenden Strahlungsenergie kann das Modul in elektrischen Strom umwandeln?

Art der Solarzelle

Handelt es sich um ein oben beschriebenes monokristallines oder polykristallines Solarmodul?

Leistungsgarantie

Der Hersteller garantiert nach wie viel Jahren das Solarmodul noch mindestens X Prozent der ursprünglichen Leistung bereitstellen kann. Qualitative Module sollten nach 20 Jahren mindestens 80% der Nennleistung bereitstellen.

Nennleistung

Häufig als W(p) abgekürzt sagt die Zahl aus, wie viel Watt Leistung ein Modul abgeben kann. Für Privathaushalte sind 10 Kilowatt-peak (kWp), oder 10.000 W(p) die Grenze, bis zu der keine Umlage auf den Eigenverbrauch gezahlt wird.

Wie ist eine Photovoltaikanlage aufgebaut?

Eine Photovoltaikanlage besteht üblicherweise aus den Solarmodulen auf dem Dach und einem Wechselrichter im Keller. Der gewonnene Strom aus den Modulen wird an den Wechselrichter geleitet, der den Strom an den Stromspeicher und die Verbraucher im Haushalt verteilt sowie überschüssigen Strom in das Netz einspeist. In unserem Beispiel handelt es sich um die effizientere DC-Verschaltung. Das bedeutet, der Stromspeicher kann den Gleichstrom (DC) aus der Solaranlage direkt einspeichern. Bei AC-Speichersystemen muss der Gleichstrom erst in Wechselstrom (AC) gewandelt werden, bevor er in den Speicher fließen kann.

Je nach bevorzugter Einstellung des Wechselrichters, verteilt er den Strom auf die angeschlossenen Verbraucher, Speicher und das Stromnetz. In unserem Fall wandelt er erst den Gleichstrom aus der Solaranlage in Wechselstrom für die Haushaltsgräte um. Den überschüssigen Gleichstrom speichert er in dem DC-Speicher ein. Produziert die Anlage nicht mehr genug, kann der Wechselrichter den Speicher wieder entladen. Sollte dann noch überschüssiger Strom zur Verfügung stehen, wird er für die EEG-Vergütung in das Stromnetz eingespeist. Können Solaranlage und Stromspeicher nicht mehr den Haushalt versorgen, versorgt sich der Wechselrichter wieder mit Strom aus dem Netz. Sowohl der eingespeiste wie auch bezogene Strom, wird separat oder in einem Zähler gezählt, je nach Modell.

Was kostet eine Photovoltaikanlage und  wie hoch sind die Einsparpotenziale?

Die Investitionskosten einer Photovoltaikanlage umfassen verschiedene Bestandteile, die je nach persönlichen Ansprüchen und finanziellen Mitteln variieren können. Grundsätzlich fallen Kosten für die Solarmodule, den Wechselrichter, die Verkabelung, Montagematerialien und Installation an. Solarmodule sind bereits ab 100 Euro erwerblich. Premiummodelle können bis zu 400 Euro das Stück kosten. Ähnliche Differenzen gibt es auch bei Wechselrichtern, je nach Funktionsumfang.

Wer sich die Installation zutraut, der kann die Module selbst montieren, hat dann aber unter anderem keinen Anspruch mehr auf Fördermittel und verkürzte Garantiezeiten. Außerdem muss ein Elektriker die Anlage letzten Endes abnehmen. Ein alter Zähler im Keller kann weitere Kosten produzieren. Für den Betrieb einer Photovoltaikanlage muss der Zähler den aktuellen technischen Anschlussbedingungen des jeweiligen Netzbetreibers entsprechen. Essentiell ist die Funktion, dass sowohl produzierter wie auch eingespeister Strom gezählt und abgerechnet werden kann. Detaillierte Informationen erhält man von seinem Netzbetreiber.

Ist die Solaranlage auf dem Dach, produziert sie über 20 Jahre Strom zu einem Preis von 8 – 12 Cent pro Kilowattstunde. Inbegriffen sind die Anschaffungs- und Installationskosten, Versicherung, Wartung und Reparatur. Wann eine Photovoltaikanlage Gewinn abwirft ist nicht exakt berechenbar. Bei guter Planung sollte der Break-Even aber nach 8 Jahren eintreffen. Abhängig ist das Ergebnis von Faktoren die keiner vorhersehen kann, beispielsweise die genaue Entwicklung der Strompreise.

Verallgemeinert beeinflussen sechs Faktoren die Wirtschaftlichkeit.

Einnahmen

Stromerträge der PV-Anlage

(Die Sonnenstunden pro Jahr steigen, gleichzeitig senken hohe Temperaturen die Effizienz)

Mögliche Fördermittel

(Nicht in jedem Bundesland vorhanden und sehr unterschiedlich in der Förderhöhe)

Höhe der Einspeisevergütung

(Wie viel des nicht verbrauchten Stroms kann zu welchem Preis verkauft werden?)

Strompreisentwicklung

(Die Tendenz ist steigend, das Ausmaß nur schätzbar)

Ausgaben

Investitionkosten

(Solarmodule, Wechselrichter, Installation, etc.)

Betriebs- und Wartungskosten

(Versicherung, Wartungsverträge, Reinigung, Austausch verschlissener Komponenten)

Ggf. Finanzierungskosten

(Zinsen die man dem Kreditgeber zurückzahlen muss)

Welche Voraussetzungen muss ein Dach für eine  Photovoltaikanlage haben

Die Eigenschaften des Dachs bestimmen grundlegend wie und in welchem Umfang eine Photovoltaikanlage montiert werden kann. Eine Baugenehmigung muss bei herkömmlichen Bauten nicht eingeholt werden. Nur Besitzer von Denkmal geschützten Häusern sollten sich die offizielle Erlaubnis vor Beginn geben lassen.

Dachgröße & -Neigung

Je mehr Platz zur Verfügung steht, desto günstiger wird die Anlage pro kWp. Für eine 10 kWP Anlage benötigen Sie eine Dachfläche von rund 50 - 60 m². Damit die Sonne im rechten Winkel auf die Solarmodule scheint, sind 30 - 45° Neigung ideal.

Ausrichtung

Bei Süd-Ausrichtung wird eine höhere Leistungsspitze erreicht, bei Ost-West-Ausrichtung ist die Produktion besser über den Tag verteilt. Dünnschichtmodulen holen mit gutem Schwachlichtverhalten das Maximum aus Nord-Dächern.

Verschattung

Verschattungen durch Bäume und Nachbarhäuser sollte man vermeiden. Gibt es keine andere Möglichkeit, lassen sich die Verluste mit Leistungsoptimieren minimieren.

Eindeckung

Grundsätzlich ist eine Aufdachmontage für jede Dachdeckung möglich. Nur Indachmontagen auf Schilfdächern sind nicht umsetzbar. Bei asbesthaltigen Dächern ist eine Sanierung notwendig.

Photovoltaikanlagen erreichen die höchste Leistung bei optimaler SüdAusrichtung. Im besten Fall ist das Dach nach Süden ausgerichtet. Geringe Abweichungen nach Osten und Westen mindern den Ertrag nur geringfügig. Ob Schräg- oder Flachdach, überall kann eine Solaranlage montiert werden.

Was müssen angehende Besitzer einer  Photovoltaikanlage beachten?

Ist die PV-Anlage auf Ihrem Dach montiert, muss Sie innerhalb eines Monats bei der Bundesnetzagentur registriert werden. Sonst erlischt Ihr Anspruch auf die Einspeisevergütung und es drohen Bußgelder. Ein zusätzlicher Stromspeicher muss ebenfalls registriert werden. Ein Gewerbe muss nicht mehr angemeldet werden.

Nutzen Sie den Solarstrom selbst, ist die Größe ihrer Photovoltaikanlage, bzw. der jährliche Verbrauch entscheidend. Unter 10 kW Peak Leistung oder 10.000 kW/h pro Jahr zahlen Sie keine Abgaben. Über dieser Grenze sind pro verbrauchte Kilowattstunde 40 % der jeweils geltenden EEG-Umlage fällig.

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