Photovoltaik
Die Nutzung erneuerbarer Energien wie Photovoltaik nimmt in Zeiten des Klimawandels eine immer bedeutendere Rolle ein. Photovoltaik, kurz PV, ist eine Technologie, die Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandelt und das nachhaltig, absolut sauber und ohne CO₂-Ausstoß. Durch den photovoltaischen Effekt werden die Solarzellen aktiviert. Wenn Sonnenlicht auf die Zellen trifft, werden Elektronen freigesetzt, die dann elektrischen Strom erzeugen. Der so produzierte Solarstrom kann entweder vor Ort genutzt, gespeichert oder ins Stromnetz eingespeist werden.
Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?
Das Funktionsprinzip einer Photovoltaikanlage beziehungsweise Solaranlage ist einfach: Das Sonnenlicht fällt auf die einzelne Solarzelle, aktiviert diese und erzeugt Gleichstrom. Die Solarzellen sind zu mehreren in den Solarmodulen verbaut und elektrisch miteinander verschaltet. Die Solarmodule werden ebenfalls gemeinsam verschaltet, so dass ein sogenannter Solargenerator geschaltet ist. Dieser erzeugt Gleichstrom, der dann mit Hilfe des Wechselrichters zu Wechselstrom (der übliche Strom im Haushalt) umgewandelt wird.
Welche Solarzellentypen gibt es?
Es gibt drei verschiedene Solarzellentypen. Dies liegt an den unterschiedlichen Technologien der Zellenkonstruktion, die bei der Herstellung eingesetzt werden. Generell kann man in drei Zelltechnologien unterscheiden: monokristalline, polykristalline und amorphe Zellkristallstrukturen. Hergestellt werden die Zellen zu fast 95 Prozent aus Quarzsand, auch als Silizium bekannt.
Monokristalline Zellen
Die monokristallinen Zellen werden aus hochreinem Material gefertigt, sogenannte Einkristalle oder auch einkristalline Stäbe. Monokristalline Zellen haben einen hohen Wirkungsgrad, der zwischen 14 und 16 Prozent erreicht.
Polykristalline Zellen
Die polykristallinen Zellen sind in der Herstellung kostengünstiger. Aus flüssigem Silizium werden Blöcke gegossen. Wenn das Silizium erkaltet, bildet sich eine Art Eisblumen-Struktur. Der Wirkungsgrad einer polykristallinen Zelle ist mit 13-15 Prozent etwas geringer als bei den monokristallinen.
Amorphen Zellen/Dünnschichtzellen
Bei den Amorphen Zellen wird eine dünne Schicht mit photoaktiven Halbleitern auf eine Glasscheibe aufgebracht, verschaltet und mit einer weiteren Glasplatte hermetisch versiegelt. Die Schicht mit den photoaktiven Halbleitern ist sehr, sehr dünn (weniger als 1 µm). Das bedeutet, dass die Materialkosten im Vergleich zu den anderen Zellen viel geringer sind. Die Dünnschichttechnologie ist daher auch kostengünstiger, allerdings ist auch der Wirkungsgrad zwischen 6 und 8 Prozent deutlich niedriger.
Aufbau einer Photovoltaikanlage
Der Aufbau einer Photovoltaikanlage ist recht simpel. In den meisten Fällen besteht eine PV-Anlage aus folgenden Komponenten:
- Solarmodule,
- ein Wechselrichter,
- ein Stromzähler,
- der Verkabelung
- und einem Montagesystem als tragende Unterkonstruktion zur Befestigung der Solarmodule auf dem Dach.
Hinzu kommt in der Regel ein Stromspeicher, der die am Tag produzierte Energie wie ein Akku speichert. Auf diese Weise kann man am Abend oder in der Nacht, wenn die Sonne nicht mehr scheint, den selbst produzierten Solarstrom nutzen. Dank eines Stromspeichers kann also die Eigenverbrauchsquote der PV-Anlage gesteigert werden, man wird autarker, und die Stromkosten gesenkt werden.
Wie groß sollte eine Photovoltaikanlage sein?
Wenn es um die Größe der Photovoltaikanlage geht, gilt es in erster Linie, so viele Solarmodule zu verwenden, wie auf das Dach passen. Zudem kann man sich orientieren, dass pro 1.000 Kilowattstunden realen Stromverbrauch mindestens ein Kilowattpeak (kWp) Leistung der PV-Anlage kalkuliert werden sollte. Die Messgröße Kilowattpeak beschreibt dabei die maximale Leistung, also die Spitzenleistung, die die PV-Anlage leisten kann.
Hat ein Haushalt einen Stromverbrauch von 5.000 kWh im Jahr, so sollte die Anlage ungefähr eine Leistung von mindestens fünf Kilowattpeak (kWp) aufweisen und der Speicher mindestens fünf Kilowattstunden Kapazität haben. Für die genaue Berechnung der Größe der PV-Anlage sind unter anderem noch diese Parameter entscheidend:
- Himmelsrichtung der Dachflächen
- Dachneigung
- Gesamtfläche des Daches
- mögliche Verschattungen
- Beschaffenheit der Dachfläche
Wie viel Strom erzeugt eine Photovoltaikanlage im Jahr?
Wie viel Strom eine Photovoltaikanlage im Jahr produziert, hängt von vielen Faktoren ab. Entscheidend sind unter anderem die Himmelsrichtung der Dachflächen, Dachneigung, Gesamtfläche des Daches, mögliche Verschattungen, Beschaffenheit der Dachfläche und die lokale Sonnenscheindauer. Durchschnittlich kann man mit einer jährlichen Produktion von ca. 800 kWh bis 1.000 kWh je Kilowattpeak (kWp) durch die Photovoltaikanlage rechnen.
Ein Photovoltaik Modul hat eine Fläche von 1,7 m² und eine durchschnittliche Leistung von ca. 350 Wattpeak. Das bedeutet, 1 Kilowattpeak benötigt ca. 5 m² Dachfläche.
Rechenbeispiel:
Frei verfügbare Fläche auf dem Dach = 45 m² / 5 m² (je kWp) = maximal 9 kWp Leistung
Das bedeutet eine Produktionsprognose von ca. 9.000 kWh Strom pro Jahr.
Wie funktioniert die Einspeisung von Solarstrom?
Wenn Sie mehr Solarstrom mit Ihrer Photovoltaikanlage produzieren, als Sie selbst verbrauchen, können Sie den Solarstrom ins öffentliche Stromnetz einspeisen. Sie erhalten für die Einspeisung (gemäß gesetzlicher Bestimmungen) eine Einspeisevergütung gemäß dem Erneuerbare-Energien-Gesetz, kurz EEG. Das EEG ebnet den Weg für einen nachhaltigen Energiekurs und stärkt den Klimaschutz in Deutschland.
Es gibt ein paar Voraussetzungen, die erfüllt sein müssen, sodass man den eigenen Solarstrom einspeisen kann:
- Die PV-Anlage muss beim zuständigen Netzbetreiber angemeldet werden.
- Ein Antrag auf Stromeinspeisung muss beim Netzbetreiber gestellt werden.
- Es muss ein Erzeugungszähler des Netzbetreibers installiert werden, der die Menge des eingespeisten Stroms in das Netz des Netzbetreibers misst.
Die Einspeisevergütung ist in den letzten Jahren stetig gesunken. Seit dem 1. Januar 2023 gelten neue Regelungen des EEG, die zum einen Netzbetreiber verpflichtet, Strom aus erneuerbaren Energien bevorzugt anzunehmen, und zum anderen die Einspeisevergütung wieder deutlich erhöhen. Entscheidend für die Höhe der Einspeisevergütung ist der Zeitpunkt der Inbetriebnahme der PV-Anlage sowie die Größe der Anlage und ob die Anlage mit Eigenversorgung oder als Volleinspeisung genutzt wird.
Was sind die Vorteile einer Photovoltaikanlage?
Wir erleben stetig steigende Strompreise, gleichzeitig sinken die Kosten für Photovoltaikanlagen. So ergibt sich aktuell eine attraktive Gelegenheit, Stromkosten zu sparen und die Umwelt zu schützen. Die Vorteile einer eigenen Photovoltaikanlage sind unübersehbar und die Produktion von eigenem Solarstrom ist wirtschaftlich.
Aktuell kostet die Kilowattstunde (kWh) Strom in Deutschland etwa 26 Cent (März 2024). Strom, der von der eigenen Photovoltaikanlage stammt, kann bereits für 8-12 Cent pro kWh erzeugt werden. Das bedeutet, Sie sparen mit jeder verbrauchten Kilowattstunde 14-18 Cent. Des Weiteren sind Sie unabhängiger von steigenden Strompreisen und tun etwas Gutes für die Umwelt.