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Photovoltaik

Photovoltaik ist eine Technologie zur direkten Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Aktuell gibt es in Deutschland mehr als 2,5 Millionen Photovoltaikanlagen mit einer Gesamtleistung von circa 71 Gigawatt (Stand: 2023). Damit beträgt der Anteil am bundesweiten Strommix ungefähr 13 Prozent.

Im allgemeinen Sprachgebrauch findet sich oftmals der undifferenzierte Überbegriff der Solarenergie für sämtliche Technologien, die mittels Sonneneinstrahlung Energie produzieren. Tatsächlich muss aber zwischen Photovoltaik und Solarthermie unterschieden werden: Photovoltaik wandelt Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um, während Solarthermie die Sonnenwärme zur Erzeugung von Warmwasser oder Heizenergie nutzt. Photovoltaikanlagen erzeugen also elektrischen Strom, Solarthermieanlagen (auch: Solaranlagen) erzeugen hingegen Wärme und nutzen dafür Solarkollektoren, um Sonnenwärme zu sammeln und sie auf einen Wärmeträger (z.B. Wasser oder Luft) zu übertragen.

Photovoltaikanlagen sind sowohl auf Dächern von Eigenheimen als auch Industriehallen und Freiflächen zu finden. Die wichtigste Voraussetzung für die Stromerzeugung ist ein sonniger Standort.

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Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?

Photovoltaik basiert auf dem Prinzip einer Solarzelle (auch: photovoltaische Zelle), diese besteht aus Halbleitermaterialien wie Silizium. Wenn Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft, werden darin Elektronen freigesetzt, die eine elektrische Spannung erzeugen. Diese Spannung ist in der Regel Gleichspannung, d.h. der Strom fließt in eine Richtung. Um die erzeugte Gleichspannung in den üblichen Wechselstrom umzuwandeln, wird dann ein Wechselrichter verwendet.

Zudem ist ein Zweirichtungszähler obligatorisch, sofern die Photovoltaikanlage mit dem Stromnetz verbunden ist. Er misst sowohl den eingespeisten als auch den aus dem Netz entnommenen Strom. Somit kann der erzeugte Solarstrom vom bezogenen Netzstrom unterschieden und entsprechend vergütet werden.

Eine Insellösung bezeichnet hingegen eine Photovoltaikanlage, die nicht an das öffentliche Stromnetz angeschlossen ist. In solchen Fällen wird der erzeugte Solarstrom direkt vor Ort genutzt oder in Batteriespeichern gespeichert, um eine unabhängige Stromversorgung zu gewährleisten. Dies ermöglicht eine höhere Eigenversorgung mit Solarstrom und reduziert die Abhängigkeit vom Stromnetz.

Wie wird eine Photovoltaikanlage installiert?

Eine Photovoltaikanlage kann sowohl auf dem Dach als auch im Garten angebracht werden. Die Bodenmontage kann eine legitime Alternative darstellen, wenn ausreichend Platz zur Verfügung steht und die Installation auf dem Dach nicht möglich ist. Im Allgemeinen gilt die Dachmontage aber als beste Option, nicht zuletzt da sie vorhandene Flächen effizient nutzt und den Raum im Garten freilässt.

Die Nutzung von Solarzellen eignet sich nicht nur für Eigenheimbesitzer, sondern steht theoretisch allen Privatpersonen offen. Wer in einer Mietwohnung lebt, benötigt dafür aber selbstredend die Zustimmung der Vermieter. In jedem Fall sollte zuvor definitiv geprüft werden, ob sich das Dach überhaupt für eine Photovoltaikanlage eignet.

Der optimale Neigungswinkel für Photovoltaikmodule beträgt 30 bis 35 Grad. Abweichungen von diesen Werten führen zu geringfügigen Leistungseinbußen, sind aber meist immer noch rentabel. Ideal ist zudem eine Ausrichtung gen Süden, um die Sonneneinstrahlung optimal zu nutzen. Es ist aber auch möglich, Solarzellen auf West- oder Ostdächern anzubringen, in diesem Falle müssen aber Einbußen beim Ertrag in Kauf genommen werden. Lohnenswert ist eine vorherige Beratung durch Experten: Diese können auch einschätzen, ob die Tragfähigkeit des Daches für eine Photovoltaikanlage ausreicht. Ohnehin wird empfohlen, die Installation nur durch Fachkräfte durchführen zu lassen.

Zu beachten sind überdies etwaige Bauvorschriften, diese können je nach Wohnort variieren. In der Regel ist für kleinere Photovoltaikanlagen keine Baugenehmigung notwendig, zur Sicherheit sollten Interessenten aber dennoch die örtliche Stadt- oder Gemeindeverwaltung konsultieren. In jedem Fall muss die Photovoltaikanlage beim Stromnetzbetreiber angemeldet werden, notwendig ist zudem eine Eintragung ins Marktstammregister der Bundesnetzagentur. Beide Aufgaben werden aber oftmals schlichtweg vom zuständigen Installationsbetrieb übernommen.

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Was kostet eine Photovoltaikanlage und welchen Nutzen bringt sie?

Die Leistung einer Photovoltaikanlage wird in der Einheit Kilowattpeak (kWp) angegeben, gängig ist eine Nennleistung von bis zu 10 kWp. Pro 1 kWp ist eine Dachfläche von 5-7 m² vonnöten, weswegen größere Photovoltaikanlagen für Privatpersonen meist unrealistisch sind. Der Kauf und die Installation einer solchen Anlage beginnt bei 12.000 Euro, für einen Stromspeicher fällt zusätzlich noch eine höhere vierstellige Summe an. Hinzu kommen laufende Betriebskosten, diese betragen ungefähr ein bis zwei Prozent der originalen Investitionssumme. In der Regel amortisiert sich eine Photovoltaikanlage nach ungefähr zehn Jahren – so lange dauert es also, bis die Anlage ihre Kosten wieder eingespielt hat.

Es ist ebenso möglich, eine Photovoltaikanlage zu mieten bzw. zu pachten, dieses Nutzungsmodell wird von vielen Unternehmen und Stadtwerken angeboten. Die monatlichen Kosten liegen je nach Modell und Größe zwischen 100 und 300 Euro – dieser Betrag kann sich über Jahrzehnte aber zu einer hohen fünfstelligen Summe anhäufen, denn ein Mietvertrag ist in der Regel auf circa 20 Jahre angesetzt und lässt sich normalerweise nicht kündigen. Ein Kauf ist in den meisten Fällen daher die günstigere Alternative. 

Die Mehrzahl aller Haushalte hat hierfür kein ausreichendes Kapital zur Verfügung, deswegen bietet die bundeseigene Förderbank KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau) hierfür zinsgünstige Kredite an. Außerdem haben auch viele Bundesländer und Kommunen ähnliche entsprechende Förderungsprogramme oder Zuschüsse im Angebot.

Wer sich eine Photovoltaikanlage anschaffen kann, kann mit langfristigem Profit rechnen. Im Allgemeinen sollte ein möglichst hoher Anteil des erzeugten Stroms selbst genutzt werden: Die Erzeugung von Solarstrom kostet zwischen 5 bis 10 Cent pro Kilowattstunde, der aktuelle Strompreis liegt hingegen bei 30 bis 40 ct/kWh. Überschüsse können zudem ins Netz eingespeist werden, hierfür gilt seit der letzten EEG-Novelle im Juli 2022 ein Vergütungssatz von 8,2 ct/kWh (Nennleistung unter 10 kWp) bzw. 7,1 ct/kWh (Nennleistung über 10 kWp).

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