Ratgeber Heizungssysteme

Solarstrom oder Photovoltaik-Anlagen fangen das Licht der Sonne auf und erzeugen Strom, der entweder im eigenen Haus verbraucht oder in das öffentliche Netz eingespeist werden kann. Während die Vergütungen für den Strom aus PV-Anlagen immer weiter sinken, fragen sich viele Hausbesitzer: Lohnt sich Photovoltaik im Einfamilienhaus? Eine Antwort auf diese Frage sowie die wichtigsten Informationen über die Funktion einer Photovoltaik-Anlage lesen Sie in den folgenden Abschnitten.

Wie funktioniert eine Photovoltaik-Anlage?

Photovoltaikanlagen fangen die Strahlung der Sonne auf und erzeugen Strom. Möglich wird das durch den photoelektrischen Effekt, an dem Albert Einstein bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts forschte. Dieser Effekt beschreibt das Herauslösen von Elektronen aus Metallen oder Halbleitern, sobald sie mit Licht beschienen werden. Wandern die Elektronen zwischen unterschiedlich geladenen Elektroden, fließt Strom.
Je nachdem, aus welchem Material die Kollektoren bestehen, können Photovoltaikanlagen das Licht der Sonne zu etwa 10 bis 20 Prozent in Strom umwandeln. Blickt man auf das jährliche Angebot an Solarenergie von durchschnittlich 1055 Kilowattstunden je Quadratmeter in Deutschland, können optimal ausgerichtete Photovoltaik-Anlagen im Jahr etwa 210 Kilowattstunden Strom je Quadratmeter gewinnen.

Komponenten der Photovoltaik: Module, Wechselrichter und Speicher

Photovoltaik-Anlagen bestehen aus verschiedenen Komponenten, die es ermöglichen Strom zu erzeugen, den Strom in der Hausanlage zu verwenden oder in das öffentliche Netz einzuspeisen. Neben den Kollektoren auf dem Dach sind das Wechselrichter und Speicher.

Die Kollektoren einer Photovoltaik-Anlage

Die Kollektoren haben die Aufgabe die Strahlung der Sonne aufzufangen und in elektrische Energie umzuwandeln. Um einen möglichst hohen Ertrag zu bekommen, ist es wichtig, die Module in der richtigen Orientierung und mit dem richtigen Winkel auf dem Dach zu installieren. Die besten Werte erreichen Hausbesitzer, wenn die Module nach Süden gerichtet und auf einem Dach mit etwa 35 Grad installiert werden.  Wie effektiv die Module die solare Strahlung in Strom wandeln können, hängt von ihrem Material ab. Generell unterscheidet man dabei zwischen monokristallinen, polykristallinen und amorphen Zellen. Monokristalline Zellen bestehen aus kleinen Scheiben, die aus gleichförmigen Kristallstäben gesägt werden. Durch ihre homogene Struktur erreichen ie einen Wirkungsgrad von 18 bis 20 Prozent und eignen sich vor allem da, wo auf kleiner Fläche eine maximale Leistung gewonnen werden soll. Im Vergleich zu andere Herstellungsverfahren sind monokristalline Zellen die teuersten. Polykristalline Zellen werden anders als monokristalline aus Kristallblöcken hergestellt. Erkennbar sind sie an der gut sichtbaren Kristallstruktur. Die Zellen erreichen einen Wirkungsgrad von etwa 11 bis 14 Prozent und sind günstiger als Module aus monokristallinen Zellen. Amorphe Zellen bestehen aus einer dünnen Siliziumschicht, die auf ein Trägerelement aufgedampft wird. Sie haben keine geordnete Kristallstruktur und können Wirkungsgrade von 6 bis 8 Prozent erreichen. Durch das Herstellungsverfahren sind sie im Vergleich zu anderen Zell- und Modularten günstiger.

Der Wechselrichter einer Photovoltaik-Anlage

Da der Strom, der in den Zellen der Photovoltaik-Module erzeugt wird, als Gleichstrom in der Hausanlage erst einmal nicht genutzt werden kann, muss er über einen sogenannten Wechselrichter im Wechselstrom umgewandelt werden. Die kompakten Geräte werden dabei meist direkt unter dem Dach oder im Keller angebracht.

Der Stromspeicher einer Photovoltaik-Anlage

Außer zur Versorgung von Klimageräten, treten Strombedarf und Solarangebot meist getrennt voneinander auf. Denn während die Sonne am Tage scheint, wird der meiste Strom im Haus morgens und abends verbraucht. Stromspeicher haben die Aufgabe diese Lücke zu schließen. Dazu nehmen sie den Solarstrom auf, wenn er anfällt und halten diesen bis zum Bedarf am Abend vor. In der Regel werden die Geräte dabei für einen Tagesbedarf ausgelegt. Stromspeicher können die Eigennutzungsrate des selbst erzeugten Stroms deutlich anheben und zu einer guten Wirtschaftlichkeit der Photovoltaik-Anlage beitragen.

Welche Speichertypen man heute unterscheidet, wie teuer diese sind und ob der Einbau eines Speichers gefördert wird, erfahren Sie im Beitrag Stromspeicher.

Was kostet eine Photovoltaik-Anlage?

Ein typischer deutscher 4-Personen-Haushalt in einem Einfamilienhaus verbraucht im Jahr etwa 4.500 Kilowattstunden Strom. Um große Teile des Bedarfs decken zu können, empfehlen Experten eine Photovoltaik-Anlage mit einer Spitzenleistung von fünf Kilowatt. Hinzu kommt ein Speicher mit einem Speichervermögen von etwa 4 Kilowattstunden. Mit Material und Montage kostet eine Anlage in dieser Größe heute etwa 12.000 Euro.

Lohnt sich eine Photovoltaik-Anlage?

Geht man davon aus, dass die Anlage theoretisch den gesamten Jahres-Stromverbrauch deckt und durch den Speicher rund 60 Prozent des Solarstroms auch selbst nutzt, ergeben sich folgende Einsparungen:

  • 40 Prozent Strom wird eingespeist (Einspeisevergütung 12,31 Cent/ Kilowattstunde; Stand September 2016)
  • 60 Prozent Strom wird selbst verbraucht (Einsparung durch nicht gekauften Strom 27,49 Cent/Kilowattstunde; Stand September 2016)

Addiert man die Einsparungen zusammen, ergibt sich ein Wert von rund 960 Euro im Jahr. Rechnet man diesen gegen die Ausgaben, rechnet sich die Solaranlage theoretisch nach 12,5 Jahren. Die Amortisationsdauer – die Zeit, bis die Einsparungen der Photovoltaik-Anlage ihre Kosten übertreffen – kann weiter reduziert werden, wenn die Eigennutzungsrate des Solarstroms zum Beispiel durch intelligentes Verbrauchen weiter erhöht wird. Oft reicht dabei schon eine einfache Zeitschaltuhr für Wasch- oder Spülmaschine.

Welche Vor- und Nachteile hat eine Photovoltaik-Anlage?

Photovoltaikanlagen gewinnen Strom aus der Solarenergie. Kann dieser zu großen Teilen selbst verbraucht werden, lohnt sich eine Solarstromanlage schon nach 10 bis 12 Jahren.

Vorteile der Photovoltaik sind:

  • Strom wird da erzeugt, wo er auch verbraucht wird (Netzentlastung)
  • Strom aus erneuerbaren schont fossile Ressourcen und die Umwelt
  • Photovoltaikanlagen lohnen sich schon nach 10 bis 12 Jahren

Nachteile der Photovoltaik sind:

  • die Technik ist erst einmal mit höheren Investitionen verbunden
  • es muss ausreichend Platz auf dem Dach vorhanden sein
  • die Solarenergie tritt schwankend auf

Eine Photovoltaik-Anlage gewinnt elektrische Energie aus der Strahlung der Sonne. Auch wenn das in Hausanlagen nur mit Wirkungsgraden von 10 bis 20 Prozent funktioniert, kann sich eine Photovoltaikanlage lohnen. Ohne die Steigerung der Strompreise zu berücksichtigen, rechnen sich die Ausgaben schon nach 10 bis 12 Jahren. Über einen Zeitraum von 20 Jahren kann die Anlage dabei mehr als 7.500 Euro gewinnen.

 

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