Photovoltaik – Solarenergie in Solarstrom umwandeln

• 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 Photovoltaik-Anlage besteht aus mehreren einzelnen Solarmodulen. Ein Solarmodul setzt sich wiederum aus vielen Solarzellen zusammen.
• Betreiber von Photovoltaik-Anlagen 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.

Photovoltaik-Anlagen 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 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.

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.
  

Für die Stromausbeute von Photovoltaik-Anlagen 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 Photovoltaik-Anlage müssen Sie Ihre Aufmerksamkeit auch auf eine mögliche Verschattung der Anlage richten: ein Baum in Nachbars Garten, ein Schornstein vom Nebengebäude oder aber auch die eigene Dach-Antenne können die Stromerzeugung spürbar verringern. Es ist daher zwingend notwendig, vor der Installation und Inbetriebnahme Ihrer Photovoltaik-Anlage 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!

War es vor einigen Jahren noch überaus profitabel, den selbst produzierten Strom ins öffentliche Netz einzuspeisen, ist das heute passé. Heute sollten Betreiber von Solaranlagen ihr Interesse auf den Eigenverbrauch lenken. Denn die Energieversorger haben ihre Preise in den vergangenen Jahren deutlich erhöht. Im Jahr 2020 betrug der durchschnittliche Strompreis in Deutschland pro kWh 31,81 Cent brutto. Der andere Grund für die gestiegene Attraktivität des Eigenstromverbrauchs: Für die Netzeinspeisung bekommen Anlagenbetreiber, die ab dem 1. Juli 2021 Strom produzieren, nur noch 7,47 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.