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Photovoltaik – Solarenergie in Solarstrom umwandeln

Photovoltaik ist die Umwandlung von Sonnenlicht in klimafreundlichen und preiswerten Solarstrom. Der von Photovoltaikanlagen solar erzeugte Strom lässt sich entweder gegen eine Einspeisevergütung in das öffentliche Stromnetz einspeisen oder aber für den Eigenverbrauch nutzen. Welche Voraussetzungen erfüllt sein müssen, damit Ihre Photovoltaikanlage auf dem Dach wirtschaftlich arbeitet, erfahren Sie hier. Außerdem erhalten Sie hier weitere interessante Informationen zum Thema Photovoltaik.

Unabhängig dank Photovoltaik? Für solar erzeugten Strom erhalten Eigenheimbesitzer eine staatlich garantierte Einspeisevergütung. Foto: SolarWorld

Zusammenfassung:

  • Die Photovoltaik ist eine Schlüsseltechnologie der deutschen Energiewende. Trotz sinkender Einspeisevergütung und gekürzter Förderung ist die solare Stromerzeugung dank immer leistungsstärkerer Solarmodule weiterhin wirtschaftlich.
  • Eine Photovoltaikanlage besteht aus mehreren einzelnen Solarmodulen. Ein Solarmodul setzt sich wiederum aus vielen Solarzellen zusammen.
  • Betreiber von Photovoltaikanlagen sollten ihr Augenmerk verstärkt auf den Eigenverbrauch von Solarstrom und weniger auf die Netzeinspeisung richten.

Die Photovoltaik, also die Umwandlung von Sonnenenergie in Solarstrom, ist ein wichtiger Baustein der deutschen Energiewende. Da die Hersteller der Solarbranche immer leistungsfähigere Module mit immer besseren Wirkungsgraden entwickeln, lohnt sich der Einsatz von Photovoltaik trotz der sinkenden Solar-Förderung beziehungsweise Einspeisevergütung, wie sie das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG 2014) vorsieht.

Was ist Photovoltaik?

Photovoltaikanlagen bestehen aus mehreren Solarmodulen. Ein Solarmodul wiederum setzt sich aus vielen einzelnen Solarzellen zusammen. Die meisten Solarzellen, die später zu Solarmodulen verbaut werden, sind aus Silizium gefertigt. Silizium ist ein sogenannter Halbleiter, dessen Ausgangsmaterial Sand (Siliziumoxid) ist und darum nahezu unbegrenzt zur Verfügung steht.
Trifft Sonnenlicht auf eine Solarzelle, dann werden die Photonen – das sind Teilchen, aus denen sich das Licht zusammensetzt – durch das Silizium beziehungsweise den Halbleiter absorbiert. Die Strahlungsenergie der Photonen wird dabei in positive und negative elektrische Ladungen getrennt und anschließend über Metallkontakte an der Solarzelle abgeleitet. Anschließend fließt die elektrische Ladung als Gleichstrom zum Wechselrichter und wird dort in haushaltsüblichen Wechselstrom umgewandelt.

Photovoltaik-Solarmodule

Für den Aufbau einer Photovoltaikanlage können unterschiedliche Solarmodule zum Einsatz kommen. Man unterscheidet zwischen polykristallinen und monokristallinen Modulen sowie Dünnschichtmodulen:

  • Polykristalline Solarmodule: Polykristalline Photovoltaikmodule bieten von allen Modultypen das beste Preis-Leistungs-Verhältnis und haben in Deutschland den höchsten Marktanteil. Bei ihrer Herstellung wird Silizium eingeschmolzen und in Blöcke, die sogenannten Ingots, gegossen, die anschließend in feine Scheiben, die sogenannten Wafer, zersägt werden. Polykristalline Module haben einen Wirkungsgrad von zwölf bis etwa 16 Prozent.
  • Monokristalline Solarmodule: Monokristalline Solarmodule haben mit 14 bis 20 Prozent den besten Wirkungsgrad von allen Modultypen. Auch sie werden aus dem Halbleiter Silizium hergestellt, doch ist das Verfahren dazu aufwendiger, energieintensiver und damit auch kostspieliger. Da monokristalline Photovoltaikmodule über einen hohen Wirkungsgrad verfügen, lässt sich mit ihnen auf einer kleinen Dachfläche eine hohe Stromausbeute erzielen.
  • Dünnschichtmodule: Die sogenannten Dünnschichtmodule lassen sich aufgrund eines geringen Material- und Energieeinsatzes vergleichsweise günstig herstellen. Von allen gängigen Solarmodulen haben Dünnschichtmodule jedoch den geringsten Wirkungsgrad, der bei nur etwa 6 bis 10 Prozent liegt. Dünnschichtmodule sind leichter als kristalline Module und haben bei hohen Temperaturen auch einen geringeren Leistungsverlust. Außerdem reagieren sie weniger anfällig auf Verschattung.

Worauf ist bei der Planung einer Photovoltaikanlage zu achten?

Für die Stromausbeute von Photovoltaikanlagen ist die Dachausrichtung entscheidend. In Deutschland sollten Anlagen zur Gewinnung von Solarenergie immer idealerweise gen Süden ausgerichtet sein. Die optimale Dachneigung beträgt 35 Grad. Abhängig davon, wie sehr Ihr Dach von diesen Werten abweicht, müssen Sie bei der Stromgewinnung über das Jahr gesehen mit Einbußen rechnen. Bei der Planung Ihrer Photovoltaikanlage müssen Sie Ihre Aufmerksamkeit auch auf eine mögliche Verschattung der Anlage lenken: ein Baum in Nachbars Garten, ein Schornstein vom Nebengebäude oder aber auch die eigene Dach-Antenne können die Stromerzeugung verringern. Es ist daher zwingend notwendig, vor der Installation und Inbetriebnahme Ihrer Photovoltaikanlage eine Verschattungsanalyse durchzuführen und so die Wirtschaftlichkeit der Anlage zu bestimmen.
Sollte Ihr Haus ein Flachdach besitzen, müssen Sie nicht auf solar erzeugte Energie verzichten: Mittels aufgeständerter Solarmodule lässt sich auch auf einem Flachdach Sonnenenergie „ernten“. Aber Vorsicht: falsch positioniert, verschatten sich die Module unter Umständen gegenseitig!

Photovoltaik: Mehr Eigenverbrauch wagen!

War es vor einigen Jahren noch überaus profitabel, den selbst produzierten Strom ins öffentliche Netz einzuspeisen, ist das heute passé. Da inzwischen Netzparität herrscht, das bedeutet, dass selbst erzeugter Strom inzwischen dieselben Kosten verursacht wie der Stromkauf, sollten Betreiber von Solaranlagen ihr Interesse auf den Eigenverbrauch lenken. Die Energieversorger erhöhten ihre Preise in den vergangenen zehn Jahren um mehr als 70 Prozent. Stand 2016 beträgt der durchschnittliche Strompreis in Deutschland pro kWh 28,69 Cent brutto. Vor etwa mehr als zehn Jahren belief sich dieser Preis auf „lediglich“ 17,96 Cent. Der andere Grund für die gestiegene Attraktivität des Eigenstromverbrauchs: Für die Netzeinspeisung bekommen Anlagenbetreiber, die ab dem 1. April 2016 Strom produzieren, nur noch 12,31 Ct./kWh. Dies gilt für (Dach-)Anlagen mit bis zu zehn Kilowatt Leistung.
Beim Eigenverbrauch wird die Photovoltaik-Energie in das Hausnetz eingespeist. Dort kann der solar erzeugte Strom für den Betrieb von Elektrogeräten selbst verbraucht werden. Steht an sonnigen Tagen mehr Photovoltaik-Energie zur Verfügung als verbraucht werden kann, wird der Überschuss in das öffentliche Netz eingespeist und finanziell vergütet. Liefert die Sonne dagegen zu wenig Strom, wird die fehlende Menge aus dem öffentlichen Netz bezogen.
Wer seinen Eigenverbrauchsanteil weiter erhöhen möchte, dem bietet sich die Möglichkeit, seine Photovoltaikanlage mit einem Solarstromspeicher zu koppeln. Der Stromspeicher nimmt dann den überschüssigen Sonnenstrom auf, der sonst in das öffentliche Netz eingespeist werden würde und gibt diesen bei Bedarf wieder ab. Leider deckt der finanzielle Vorteil, der Eigenheimbesitzer durch den Eigenverbrauch entsteht, noch nicht die Kosten für den Speicher. Die aktuelle Entwicklung deutet aber darauf hin, dass die Hersteller die Preise für ihre Speicher in absehbarer Zeit senken werden.

Solarstromspeicher

Solarstromspeicher Powerwall von Tesla

Solarstrom speichern und Förderung erhalten!

Über viele Jahre war es äußerst profitabel, den Strom der eigenen Photovoltaik-Anlage in das öffentliche Netz einzuspeisen, doch spätestens mit der im vergangenen Jahr verabschiedeten Neufassung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) hat sich die Situation geändert. Mehr zum Thema Solarstromspeicher.


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Vergütung von Solarstrom

Wenn Sie eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage betreiben, erhalten Sie für Ihren Solarstrom eine Einspeisevergütung, deren Höhe für 20 Jahre staatlich garantiert und festgeschrieben ist. Die Höhe der Vergütung ist erstens davon abhängig, wann Sie Ihre Solaranlage in Betrieb genommen haben und zweitens davon, wie hoch die maximale Leistung der Anlage ist.

Schon gewusst?

Tag für Tag schickt unsere Sonne genug Energie zur Erde, um damit den gesamten Strombedarf aller Menschen für ein Jahr lang komplett decken zu können.

Baulexikon

Photovoltaik

Photovoltaik ist eine Technik, um aus der eingestrahlten Sonnenenergie elektrischen Strom zu gewinnen. In Solarzellen werden unter der Zufuhr von Licht positive und negative Ladungsträger freigesetzt und dadurch Gleichstrom erzeugt.

Wechselrichter

Der Wechselrichter (auch „Inverter“ genannt) ist ein zentraler Baustein jeder Photovoltaikanlage. Er wandelt den von den Solarmodulen produzierten Gleichstrom in netzüblichen Wechselstrom (Drehstrom) um. Drei Arten von Wechselrichtern netzgekoppelter Photovoltaikanlagen lassen sich unterscheiden: Modulwechselrichter, Stringwechselrichter und Zentralwechselrichter. Stringwechselrichter sind die am häufigsten anzutreffenden Wechselrichter.

Photovoltaikmodul

Ein Photovoltaikmodul, häufig einfach auch nur als „Solarmodul“ bezeichnet, besteht aus mehreren miteinander verbundenen Solarzellen, die hinter einer Glas- oder Kunststoffscheibe vor der Witterung geschützt und in einem Rahmen zusammengefasst sind. Meist auf dem Dach montiert, werden die einzelnen Photovoltaikmodule zu Gruppen, so genannten „Strings“, miteinander verschaltet. Die Leistung eines 100 W Photovoltaikmoduls liegt, je nach Sonnenscheindauer, im Bereich von 50 Wh bis 700 Wh pro Tag.

Solarzelle

Eine Solarzelle setzt bei Sonneneinstrahlung positive und negative Ladungsträger frei und erzeugt so Gleichstrom. Solarzellen werden überwiegend aus Silizium hergestellt. Sie erreichen derzeit einen Wirkungsgrad von elf bis 17 Prozent.