Photovoltaik – Was ist das und wie funktioniert es?

Was ist Photovoltaik?

Photovoltaik ist eine Technologie, bei der Sonnenlicht in elektrischen Strom umgewandelt wird. Trifft das Licht auf die Solarzellen in den Solarmodulen, entsteht eine Spannung, die durch den photovoltaischen Effekt in Gleichstrom umgewandelt wird. Allerdings hat sich in Privathaushalten der Wechselstrom durchgesetzt. Durch einen sogenannten Wechselrichter wird der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt und kann direkt im Haus verwendet oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

So ist eine Photovoltaikanlage aufgebaut

Eine Photovoltaik- oder PV-Anlage besteht zum größten Teil aus Solarmodulen, in denen sich wiederum einzelne Solarzellen befinden. Zur Anlage gehören ebenfalls ein Wechselrichter und ein Hausanschluss mit Stromzähler. Die meisten Photovoltaikanlagen sind zusätzlich mit einem Strom- bzw. Batteriespeichern ausgestattet, mit dem der produzierte Strom erst gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden kann. Optional gibt es auch weitere Komponenten, wie Wallboxen für die Ladung von Elektroautos oder Notstromboxen.

Die Solarmodule können an vielen verschiedenen Orten installiert werden. Häufig befinden sie sich auf Dächern von Ein- oder Zweifamilienhäusern, auf freien Flächen in Form von Solarparks oder sogar auf dem Wasser. Bei der Erzeugung von Strom stoßen die Solarmodule kein CO2 oder andere Partikel aus. Daher wird er auch als grüner oder sauberer Strom bezeichnet.

Die Nachfrage an kleineren Photovoltaikanlagen für Privathaushalte ist in den letzten Jahren enorm gestiegen. Die Module können platzsparend auf dem Dach installiert werden. Mit dem selbst erzeugten Solarstrom kann aber nicht nur der alltägliche Bedarf gedeckt werden. Solarmodule eignen sich auch zum kostengünstigen Betreiben einer Wärmepumpe oder dem Laden von Elektroautos.

Gut zu wissen: Umgangssprachlich werden die Begriffe Photovoltaikanlage und Solaranlage häufig synonym verwendet. Tatsächlich handelt es sich bei der Solaranlage um den Oberbegriff für eine Anlage bestehend aus Photovoltaik für die Stromerzeugung und Solarthermie für die Wärmeerzeugung.

Vorteile einer Photovoltaikanlage

Eine PV-Anlage hat viele Vorteile:

• die Sonne stellt ihre Energie kostenlos zur Verfügung
• mindestens 20 Jahre zuverlässig Strom: Solarmodule halten zwei Jahrzehnte und länger
• geringe Stromkosten: die Stromgestehungskosten liegen bei 4 - 14 Cent pro kWh statt durchschnittlich 29 Cent* pro kWh vom Stromanbieter
• kostengünstiges Laden von Elektroautos mit einer Wallbox
• Wertsteigerung der Immobilie: Gebäude gewinnen an Wert, wenn sie eine Photovoltaikanlage auf dem Dach haben
• Einspeisevergütung: Durch die Einspeisung ins öffentliche Stromnetz kann mit der PV-Anlage und dem selbst erzeugten Solarstrom Geld verdient werden
• hohe Unabhängigkeit vom Energiemarkt durch Kombination mit Wärmepumpe

Anforderungen für eine Photovoltaikanlage

Photovoltaikanlagen sind für viele Häuser geeignet, aber nicht für alle. Denn nicht immer können die notwendigen Voraussetzungen erfüllt werden:

PV-Anforderungen an das Dach:

• nach 1960 gebaut oder saniert: bei älteren Dächern kommt es häufig zu Statikproblemen
• keine Dacheindeckung aus Schiefer, Metall oder Dachpappe

Eine Neigung des Daches von 30° bis 40° ist für die Installation optimal, flachere Dächer, zum Beispiel auf Garagen, sind ebenfalls geeignet. Eine Neigung von 13° sollte dabei aber nicht unterschritten werden. Ab diesem Winkel reinigen sich die Solarmodule nämlich quasi von selbst: Durch Regen und Schnee werden Verschmutzungen abgewaschen und können einfach abfließen. Bei einem Neigungswinkel unter 13° ist eine regelmäßige Reinigung der Module erforderlich, da der Ablauf nicht gewährleistet werden kann. Daher gibt es spezielle Montagesysteme, die auch bei Flachdächern einen optimalen Neigungswinkel ermöglichen.

PV-Anforderungen an das Haus:

• Wechselrichter sollte möglichst in der Nähe des Zählerschranks installiert werden können
• je nach Bedarf: Platz für einen Batteriespeicher oder eine Wallbox

Für die Installation einer Photovoltaikanlage ist keine Baugenehmigung erforderlich. In seltenen Fällen, wenn das Haus zum Beispiel unter Denkmalschutz steht, kann dies jedoch notwendig sein. In jedem Fall müssen, ob mit oder ohne Genehmigung, Baurecht und Baunormen am Wohnort unbedingt beachtet werden. Dazu gehört unter anderem der Abstand zum Nachbarhaus.

Welche Ausrichtung des Daches ist für eine PV-Anlage notwendig?

Sowohl Südausrichtung als auch Ost-West-Installationen sorgen für eine ausreichende Stromproduktion. Durch neuste Technik ist sogar eine Ausrichtung nach Norden möglich. Bei diffusem Licht stehen die Anlagen denen nach Süden, Osten oder Westen in nichts nach. Da Richtung Norden bei Sonneneinstrahlung jedoch 30 bis 40 Prozent weniger Energie produziert wird, sollte im Einzelfall geklärt werden, ob sich eine Photovoltaikanlage wirklich lohnt.

Photovoltaik: Kosten für eine Photovoltaikanlage

Bei der Installation einer PV-Anlage müssen verschiedene Kosten berücksichtigt werden. Nicht nur die Ausgaben für die Module sind relevant. Auch die Kosten für Installation, Nebenkosten für eventuelle Gerüstbauten und eine potenziell nötige Erneuerung oder Modernisierungen der Hauselektrik müssen beachtet werden.

Im Durchschnitt kann mit Anschaffungskosten zwischen 1.400 und 2.800 Euro pro kWp, kurz für Kilowatt-Peak, gerechnet werden. Eine Anlage mit Stromspeicher für ein Ein- bis Zwei-Familienhaus sollte für eine ausreichende Stromproduktion auf einen Ertrag von 5 bis 25 kWp ausgelegt sein. Damit kann man als Privatverbraucher durchschnittlich mit Kosten für eine PV-Anlage in Höhe von 14.000 Euro bis 35.000 Euro rechnen – inkl. Planungs- und Installationskosten. Zusätzliche Komponenten wie Notstromboxen oder Wallboxen und eventuell anfallende Modernisierungen sind in den Preisen nicht enthalten, da diese Kosten sehr individuell ausfallen und nicht pauschal angegeben werden können.

In der Regel kann man sagen, dass sich je nach Preis eine PV-Anlage bereits nach 11 bis 12 Jahren rechnet. Da die Anlagen eine Lebensdauer von 25 Jahren und mehr haben, ist die Anschaffung eine Investition, die sich vor allem langfristig lohnt.

Finanzierung und Förderung von Photovoltaik

Für die Installation einer PV-Anlage stehen verschiedene Finanzierungsmöglichkeiten zur Verfügung. Diese sind speziell auf die Förderung von Photovoltaik ausgelegt.

KfW-Kredit „Förderprodukt Erneuerbare Energien“: Diese Finanzierung bezieht sich besonders auf die Unterstützung von Anlagen mit Photovoltaik auf Dächern, Fassaden oder Freiflächen.

Einspeisevergütung: Die bundesweit einheitliche Vergütung für Solarstrom, der ins öffentliche Netz eingespeist wird, beträgt aktuell 7,94 Cent pro kWh. Der Preis wird anhand des Jahres der Inbetriebnahme festgelegt und auf weitere 20 Jahre festgelegt. Der Nachteil ist, die Einspeisevergütung kann erst in Anspruch genommen werden, wenn die Anlage in Betrieb ist und tatsächlich überschüssiger Strom produziert und eingespeist wird.

Regionale Förderungen: Viele Bundesländer und Kommunen bieten Förderungen für die Installation von PV-Anlagen an. Eine häufige Bedingung dabei ist, dass der Antragsteller im Bundesland wohnen muss und der überschüssige Strom ins öffentliche Netz eingespeist wird. Bei der Förderung auf kommunaler Ebene reichen die Zuschüsse von simplen Finanzspritzen bis hin zur Unterstützung von Sanierungsarbeiten des Daches, Blitzschutz und Gerüstkosten.

Energiemanager Photovoltaik: Eigenverbrauch optimieren & Einsparpotenzial erhöhen

Die meisten Photovoltaikanlagen in Privathaushalten sind so ausgelegt, dass möglichst viel Strom direkt verbraucht und lediglich der Überschuss ins öffentliche Netz eingespeist wird. Denn jede Kilowattstunde Strom, die Sie erst für 7,94 Cent Vergütung einspeisen und dann wieder vom Energieversorger für 29 Cent* zurückkaufen müssen, kostet Sie rund 21 Cent. Je mehr Strom Sie also selbst verbrauchen, desto mehr Energiekosten können Sie sparen.

Um den Eigenverbrauch zu steigern, haben Betreiber einer Photovoltaikanlage verschiedene Möglichkeiten:

• Batteriespeicher, um den eigenen Solarstrom auch später (z. B. abends und nachts) verwenden zu können
• Energiemanager, auch Home Energy Management System (HEMS) genannt, der die Energieströme intelligent koordiniert
• Wärmepumpe als Heizsystem inkl. Warmwasserbereitung
• Wallbox bzw. Elektroauto als elektrischer Verbraucher und zusätzlicher Speicher

Allein mit der Kombination aus Photovoltaik und Batteriespeicher können Sie den Eigenverbrauch Ihrer Photovoltaikanlage erhöhen, da Sie ihren Strom auch in sonnenarmen Stunden oder nachts verwenden können. Kommen weitere elektrische Verbraucher wie z. B. eine Wärmepumpe oder ein Elektroauto hinzu, deren Verbrauch von einem Energiemanager intelligent koordiniert wird, können Sie den Eigenverbrauch auf bis zu 80 Prozent steigern. Das erhöht das Einsparpotenzial enorm, da Sie nicht nur Stromkosten sparen, sondern auch Ihre Heizkosten reduzieren.

Gut zu wissen: Unser intelligenter Energiemanager thermondo smart verbindet Ihre Photovoltaikanlage mit Ihrem Batteriespeicher und allen elektrischen Verbrauchern wie der Wärmepumpe. Dabei werden die Energieverbräuche so optimiert, damit so viel eigener Solarstrom wie möglich in Ihrem Haushalt verwendet wird.

Das grüne Duo: Die perfekte Kombination aus Photovoltaik und Wärmepumpe

Eine besonders klimafreundliche Kombination ist die Verbindung von Photovoltaik und Wärmepumpe. So kann ein Haushalt mit Photovoltaik nicht nur ohne CO2-Ausstoß Strom produzieren, sondern auch klimaneutral heizen. Durch die Wärmepumpe wird der eigene Solarstrom direkt an Ort und Stelle verbraucht.

Damit das grüne Duo seine Vorteile voll ausspielen kann, ist – wie bereits erwähnt – die Kombination mit einem intelligenten Energiemanager sinnvoll. Zudem sollte nicht nur die Photovoltaikanlage mit einem Stromspeicher ausgestattet, sondern auch die Wärmepumpe mit einem Pufferspeicher kombiniert werden. So kann mit dem selbst produzierten Solarstrom die Wärmepumpe genutzt werden und die Wärme im Pufferspeicher zwischengelagert werden.

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