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Solarenergie: So funktioniert's – Tipps & Infos

Die Sonne liefert Energie quasi umsonst. Aber was ist der Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie? Wie funktioniert es? Lohnt es sich?
Installation einer Photovoltaikanlage
Installation einer PhotovoltaikanlageFoto: iStock/Thinkstock

Die Sonne, unser Stern – ohne sie wäre das Leben auf der Erde unmöglich. Das Sonnenlicht schenkt uns pure Energie, die sich nicht nur von biologischen, sondern auch technischen Systemen nutzen lässt. Der Mensch hat gelernt, wie.

Saubere Sonnenstrahlen helfen uns, die Umwelt zu schützen und das Klima nicht zu belasten. Solarenergie ist "sauber" in dem Sinne, dass sie keine schädlichen Emissionen an die Umgebung aussendet. Zudem scheint die Sonne kostenlos, lediglich die Vorrichtungen zum Auffangen und in nutzbaren Strom Umwandeln (bzw. deren Wartung) kostet Geld.

Wie das Ganze funktioniert, wie Sie es nutzen und was es kostet.

Photovoltaik kann mit klassischen Energieträgern kombiniert werden.Foto: LM-Archivbild
Photovoltaik kann mit klassischen Energieträgern kombiniert werden.Foto: LM-Archivbild

Photovoltaik oder Solarthermie?

Zunächst gilt es, zu unterscheiden:

  • Photovoltaikanlagen verwandeln Sonnenlicht in Strom. Der wird dann entweder direkt zu Hause verbraucht oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Dafür erhält der Besitzer die sogenannte Einspeisevergütung. Die erzeugte Energie wird also voll genutzt.
  • Solarthermieanlagen gewinnen aus dem Sonnenlicht Wärme und unterstützen damit die Bereitstellung von Warmwasser und die Raumheizung. Überschüssige Wärme kann in diesem System nicht genutzt werden.

Lesen Sie auch, was eine Solarthermie-Anlage kostet, wie sie in Baden-Württemberg gefördert wird plus fünf Tipps, wie Sie die Anlage für maximalen Solarertrag optimieren können!

Was muss man bei Solar unbedingt berücksichtigen?

Wer sich für eine Photovoltaik- oder Solarthermieanlage interessiert, sollte sich vor der Entscheidung fachkundig und unabhängig beraten lassen, denn eine schlecht geplante oder installierte Anlage amortisiert sich langsamer oder spart im schlimmsten Fall dauerhaft kein Geld ein.

Wichtig: In Baden-Württemberg besteht bei einer Dachsanierung die Pflicht, eine Photovoltaik-Anlage zu installieren. Mehr zur PV-Pflicht bei der Dachsanierung in BW (inkl. Infos zu Kosten und Förderungen) finden Sie hier!

Dachsituation, Energiebedarf und Fördermöglichkeiten sollten von einem neutralen Experten geprüft werden.

Solarenergie nutzen - So funktioniert es:

Eine Photovoltaik-Anlage wandelt Sonnenlicht in elektrische Energie um. Die Hauptbestandteile einer solchen Anlage sind:

  1. Solarmodule: Diese bestehen aus Solarzellen, die das einfallende Sonnenlicht in Gleichstrom (DC) umwandeln. Solarmodule werden in Reihen oder Arrays aufgestellt und miteinander verschaltet, um eine höhere Gesamtleistung zu erzielen.

  2. Wechselrichter: Die erzeugte Gleichstrom-Energie aus den Solarmodulen muss in Wechselstrom (AC) umgewandelt werden, da dies das Stromformat ist, das im Haushalt und im öffentlichen Netz verwendet wird. Der Wechselrichter übernimmt diese Aufgabe.

  3. Montagesystem: Dies sind die Halterungen und Befestigungen, die die Solarmodule auf den Dächern oder anderen Tragstrukturen befestigen.

  4. Verkabelung und Schaltkästen: Die Solarmodule werden über Kabel mit dem Wechselrichter und dem Stromnetz verbunden. Hierzu gehören auch Schaltkästen für Sicherungen, Überspannungsschutz und Überwachung.

  5. Netzeinspeisung: Die erzeugte elektrische Energie kann entweder direkt im Haushalt genutzt oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden, wenn die Anlage mehr Energie erzeugt als benötigt wird. Ein Zweirichtungszähler misst den eingehenden und ausgehenden Strom.

  6. Sensoren und Überwachungssysteme: Diese überwachen die Leistung der Anlage, um sicherzustellen, dass sie effizient arbeitet, und können Störungen oder Ausfälle frühzeitig erkennen.

  7. Optional: Batteriespeicher: Batterien können überschüssige Energie speichern, die während sonniger Zeiten erzeugt wird, um sie dann in Zeiten niedriger Sonneneinstrahlung oder bei Bedarf zu nutzen.

  8. Optional: Solar-Tracker: Diese beweglichen Montagesysteme verfolgen die Sonne während des Tages, um die Energieausbeute zu maximieren.

Die effiziente Zusammensetzung und Integration dieser Komponenten ist entscheidend für die Leistung und den Nutzen der Photovoltaik-Anlage.

Solarmodule

Je mehr Licht auf ein Modul fällt, desto mehr Solarstrom wird erzeugt. Zum Einsatz kommen monokristalline (schwarze bis bläuliche Farbe) und polykristalline Photovoltaik-Module (blaue Oberfläche, typische Kristallstruktur) sowie Dünnschichtmodule. Letztere haben aber einen geringen Wirkungsgrad und lohnen sich derzeit nur für große Dachanlagen.

Photovoltaik-Module aus monokristallinen Solarzellen sind teurer als polykristalline, aber durch ihre etwas höhere Leistungsfähigkeit auch für kleine Dachflächen geeignet. Polykristalline Module sind wegen des besten Preis-Leistungs-Verhältnisses die derzeit am häufigsten installierten Photovoltaik-Module.

Solarstrom-Solar-Dach-erneuerbare Energie.Foto: Cindy Shebley/iStock/GettyImages
Solarstrom-Solar-Dach-erneuerbare Energie.Foto: Cindy Shebley/iStock/GettyImages

Gebäudeintegrierte Photovoltaik liegt im Trend

Polykristalline Photovoltaik-Module gibt es inzwischen auch in unterschiedlichen Farbtönen, zum Beispiel in Grau, Grün oder Gold. Das kommt einem Trend entgegen: Photovoltaik wird nicht mehr nur auf dem Dach eingesetzt, aktuell sieht man auch schon großflächige Lösungen, die in die Gebäudearchitektur integriert werden, wie Solarfassaden. Aber Achtung: Je heller die Farbe, desto geringer fällt die Ausbeute beim Solarstrom aus!

Für die Installation auf dem Dach stehen Indach- oder Aufdach-Systeme zur Verfügung. Beide Lösungen eignen sich gleichermaßen für die Sanierung.

Was immer beliebter wird: Balkonkraftwerke, kleinere Module, die an der Brüstung bzw. am Geländer angebracht werden. Oder Carports mit Solardach – hier nutzt man den Platz optimal und kann auch gleich die Wallbox fürs E-Auto damit betreiben. Solarzäunedienen nicht nur als Sichtschutz und Grundstücksbegrenzung, sondern liefern auch noch Energie. Bis zu 9 Meter darf man ohne Genehmigung in Baden-Württemberg installieren.

Fassade aus Solarmodulen.Foto: ideeone/E+/Getty Images
Fassade aus Solarmodulen.Foto: ideeone/E+/Getty Images

Kosten, Ertrag und Eigenverbrauch

Die Kosten für Photovoltaik-Module sind in den vergangenen Jahren stark gesunken. Für ein Einfamilienhaus müssen Hausbesitzer ungefähr mit Kosten zwischen 6.500 und 9.000 Euro für eine durchschnittliche Photovoltaik-Anlage mit einer Leistung von 5 kWp (Kilowatt Peak) rechnen. Reduzieren lassen sich die Kosten mit einer Förderung für die Photovoltaik-Anlage - mehr dazu in diesem Artikel! Zudem können Hausbesitzer, die in eine Photovoltaik-Anlage investieren, Steuervorteile nutzen.

Bei optimalem Lichteinfall und schattenfreier Aufstellung kann eine Photovoltaik-Anlage sehr gute Solarstrom-Erträge bringen. Grundsätzlich müssen Photovoltaik-Systeme den Vorgaben des Erneuerbare Energien Gesetzes (EEG) gerecht werden und am Einspeisemanagement teilnehmen. Das heißt, alle Anlagen müssen über eine Art Fernsteuerung verfügen, über die der Netzbetreiber die Einspeiseleistung zeitweise reduzieren kann, um eine Überlastung der Netze zu verhindern. Anlagen bis 30 kW Leistung können alternativ ihre maximale Wirkleistungseinspeisung ins Netz von vornherein auf 70 Prozent begrenzen.

Im EEG ist auch festgelegt, welche Einspeisevergütung Hausbesitzer für ihren Solarstrom 20 Jahre lang garantiert erhalten. Doch diese Vergütung ist in den vergangenen Jahren kontinuierlich gesunken. Deshalb und in Anbetracht steigender Strompreise ist für Hausbesitzer der Eigenverbrauch von Solarstrom aus ihrer Photovoltaik-Anlage interessanter.

Sonnenkollektoren an einem Mietshaus.Foto: cgj0212/iStock/Getty Images Plus
Sonnenkollektoren an einem Mietshaus.Foto: cgj0212/iStock/Getty Images Plus

Eigenverbrauch aus Photovoltaik-Anlage maximieren mit Speicher

Eine Hürde gilt es beim Eigenverbrauch von Solarstrom allerdings zu überwinden: Die Sonne scheint nicht immer dann, wenn die Bewohner den meisten Strom benötigen. Im Gegenteil: Während die Photovoltaik-Anlage mittags den meisten Solarstrom produziert, laufen die Haushaltsgeräte abends auf Hochtouren.Die Lösung ist ein Solarstromspeicher. Diese Batteriesysteme (Blei-Batterien oder Lithium-Ionen-Batterien) speichern den erzeugten Solarstrom, so dass eine spätere Entnahme möglich ist. Mit einem Solarstromspeicher lässt sich der Eigenverbrauch aus der Photovoltaik-Anlage mehr als verdoppeln, im Gegenzug muss deutlich weniger Strom vom Versorger bezogen werden. Damit machen sich Hausbesitzer unabhängig von den Strompreisen und die Photovoltaik-Anlage rechnet sich trotz niedriger oder sinkender Einspeisevergütung.

Junge Familie mit Solarkollektoren.Foto:  anatoliy_gleb/iStock/Getty Images Plus
Junge Familie mit Solarkollektoren.Foto: anatoliy_gleb/iStock/Getty Images Plus

Solarstromspeicher sind mit Kosten zwischen 6.000 und 15.000 Euro noch relativ teuer. Deshalb sollten Hausbesitzer unbedingt eine Förderung für den Solarstromspeicher beantragen, denn der Zuschuss kann die Kosten deutlich senken.

Eine weitere Variante des Eigenverbrauchs von Solarstrom ist die Kopplung der Photovoltaik-Anlage mit der Wärmepumpe. Dann kann der Antriebsstrom für die Wärmepumpe emissionsfrei erzeugt werden.

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von VBZ/Energie-Fachberater.de/Yello Solar/red
23.08.2023