Photovoltaikanlagen

In der Regel werden Solarzellen aus Silizium hergestellt und wandeln Sonnenlicht in Strom um (photoelektrischer Effekt). Die Solarzellen werden in Modulen zusammengefasst, die elektrisch miteinander verbunden sind. Zusammen mit dem Wechselrichter sind dies die wesentlichen Komponenten einer Photovoltaikanlage.

• Solargenerator: Alle Solarmodule sind untereinander elektrisch verschaltet und bilden den Solargenerator.
• Wechselrichter: Er wandelt den vom Solargenerator erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um, der im Haushalt genutzt oder ins allgemeine Stromnetz eingespeist werden kann. Weiterhin erfüllt der Wechselrichter Funktionen, die für die Überwachung und Sicherheit der Anlage wichtig sind.
• Einspeisezähler: Um den ins Netz eingespeisten Solarstrom messen und damit die Vergütung berechnen zu können, wird ein Einspeisezähler eingebaut.

Funktionsprinzip Photovoltaikanlage
Quelle: EnergieAgentur.NRW

Die Leistung von Solaranlagen wird in Kilowatt-Peak (kWp) ausgedrückt. Dieser Wert beschreibt die optimale Leistung einer Solaranlage unter genormten Testbedingungen. Als Faustformel gilt: Um eine Leistung von 1 kWp zu erreichen, benötigt man eine Modulfläche von 8 - 10 m². Der tatsächliche Ertrag einer gut geplanten und ausgerichteten Anlage beträgt in Nordrhein-Westfalen durchschnittlich 850 – 950 kWh Ertrag pro kWp und Jahr.

Wie viel Strom eine Anlage erzeugen kann, ist nicht nur abhängig von der Fläche, sondern auch von diesen Faktoren:

• Wirkungsgrad der Solarzelle: Je nach Herstellungsmethode unterscheidet man monokristalline und polykristalline Zellen, die sowohl einen guten Wirkungsgrad als auch ein gutes Preis-Leistungsverhältnis auszeichnet. Daneben gibt es Dünnschichtmodule mit geringerem Wirkungsgrad, die aber in der Herstellung günstiger und bezüglich des Einsatzortes flexibler sind.
• Neigung und Ausrichtung des Moduls: Optimale Ausbeute erreicht man mit einer Ausrichtung nach Süden und 30° Neigung. Während Abweichungen nach Südwest/Südost sowie steilere oder flachere Winkel nur wenig Minderung nach sich ziehen, haben Verschattungen einen deutlich negativeren Einfluss. Unvermeidbare Verschattungen werden bei der elektrischen Verschaltung der Module berücksichtigt, um die Ertragsminderung zu begrenzen.
• Wahl und Installation der Anlagenkomponenten: Eine auf die örtliche Situation abgestimmte Planung und Installation ist sehr wichtig; weiterhin sind alle Anlagenkomponenten aufeinander abzustimmen. Bauliche Voraussetzungen (Zustand der Dachziegel, Tragkraft der Dachkonstruktion, Art der Befestigung, u.v.m.) sollten vorab geprüft werden.

Photovoltaikanlage
Quelle: Herdlitschke, Remember Solartechnik

Einspeisevergütung und Eigenverbrauch

Das bundesweit gültige Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) regelt seit April 2000 die Vergütung von Strom aus erneuerbaren Energien. Für den Strom, der ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird, erhält der Eigentümer 20 Jahre lang eine garantierte Einspeisevergütung pro Kilowattstunde, die vom Strom-Netzbetreiber gezahlt wird. Die Vergütungssätze und weitere Regelungen haben sich seit Inkrafttreten des EEG häufig geändert, daher ist bei der Planung immer die aktuelle Fassung zu berücksichtigen. In den letzten Jahren sind mit den deutlich gesunkenen Kosten der Photovoltaikanlagen auch die Vergütungen für neue Anlagen stark abgesenkt worden und werden planmäßig weiter sinken. 

Inzwischen liegt die Vergütung für den ins öffentliche Netz eingespeisten Strom deutlich unterhalb des üblichen Preises für Haushaltsstrom, daher ist ein möglichst hoher Eigenverbrauch anzustreben. Allerdings fallen die Zeiten der Sonneneinstrahlung nicht immer mit den Zeiten des eigenen Stromverbrauchs zusammen. Jeder Haushalt hat sein individuelles „Lastprofil“, wann wieviel Strom benötigt wird. Zeitschaltuhren oder Funksteckdosen in Verbindung mit zentralen, programmierbaren Steuergeräten können Haushaltsgeräte wie Waschmaschine oder Spülmaschine oder auch andere Stromverbraucher dann einschalten, wenn die Sonne scheint.

Stromspeicher

Batteriespeicher für Photovoltaikanlagen -  zum Beispiel Blei-Gel-Batterien oder Lithium-Ionen-Batterien - sind grundsätzlich auf dem Markt verfügbar und auch für private Nutzer mit eher kleinen Anlagen sinnvoll einsetzbar. Derzeit haben Batteriespeicher noch eine eingeschränkte Lebensdauer und sind relativ teuer; es wird aber mittelfristig ein ähnlicher Preisverfall erwartet wie bei den PV-Modulen. Eine weitere Möglichkeit ist die Speicherung des Stromes in Form von Wärme: Ein elektrischer Heizstab erwärmt das Wasser eines Wasserspeichers, das dann als Brauch- oder Heizwasser genutzt werden kann. Oder der PV-Strom treibt eine Wärmepumpe an (siehe Kap. Heiztechnik), die warmes Wasser erzeugt.

Die Wirtschaftlichkeit von Stromspeichern ist letztlich vom Einzelfall abhängig. Darüber hinaus gibt es andere Entscheidungskriterien für die Nutzung von Stromspeichern, zum Beispiel eine höhere Unabhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz.

Weitere Tipps

Installateure von Solaranlagen verfügen über Computerprogramme, die örtliche Gegebenheiten, individuelle Tagesabläufe und vorhandene Stromverbraucher bei der Planung berücksichtigen. Oft können Erträge und Lastprofile mit verschiedenen Anlagenkomponenten alternativ dargestellt und simuliert werden.

Bevor man die Installation einer Photovoltaikanlage in Auftrag gibt, sollte der Bau mit dem örtlichen Stromnetzbetreiber abgestimmt werden. Außerdem sind mit der örtlichen Baubehörde eventuelle Genehmigungspflichten abzuklären. Die Prüfung von steuerrechtlichen Aspekten (z.B. Gewinne durch die Einspeisevergütung), Versicherungsschutz und Brandschutz gehören ebenso in die Planungsphase.

Nützliche Links

Aachener Solarkataster

Informationsportal Erneuerbare Energien (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie)