Photovoltaikanlagen

Warum eine Photovoltaikanlage auch heute noch Sinn macht

Photovoltaikanlagen sind Solarstromanlagen, in denen einfallendes Sonnenlicht in elektrischen Strom umgewandelt wird und die im Wesentlichen aus den Solarmodulen, einem Wechselrichter sowie dem Anschluss an das Stromnetz bestehen. Im privaten Bereich werden Photovoltaikanlagen meist auf dem Dach des eigenen Hauses montiert.

Der erzeugte Strom kann direkt selbst verbraucht werden, um hohe Kosten für Strombezug zu sparen. Überschüssiger Strom kann auch gegen eine garantierte Vergütung ins öffentliche Netz eingespeist werden.

Neben der Ersparnis, die Sie durch die Nutzung einer solchen Anlage erzielen können, ist der Klimaschutz einer der größten Vorteile von Photovoltaikanlagen. Bei der Stromerzeugung werden kein CO2 oder andere schädliche Emissionen frei. Photovoltaik ist also eine günstige Form der Energieerzeugung, die nachhaltig ist und auch noch zum Klimaschutz beiträgt.

 

Wie funktioniert Photovoltaik?

In einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) wird Strom erzeugt, sobald Sonnenlicht auf die Module fällt. In diesen Modulen sind mehrere Schichten von Halbleiterwerkstoffen verbaut. Der Grundwerkstoff ist in der Regel Silizium. Die der Sonne zugewandte n-Schicht wird dabei mit Elementen angereichert, die mehr Außenelektronen als Silizium haben. Die der Rückseite des Moduls zugewandte p-Schicht wird mit Elementen angereichert, die weniger Außenelektronen als Silizium haben.

Trifft nun Sonnenlicht auf das Modul, können durch die Strahlungsenergie die „überschüssigen“ Elektronen leicht aus dem Kristallgitter herausgelöst werden. An der Grenze zwischen beiden Schichten besetzen frei gewordene Elektronen aus der n-Schicht die freien Bindungen in der p-Schicht. Durch den nun entstandenen Mangel an Elektronen in der n-Schicht wird diese positiv geladen und durch die zusätzlichen Elektronen in der p-Schicht ist diese negativ geladen. Wird jetzt ein Stromkreis angeschlossen, gleicht sich das Potenzial aus und ein Gleichstrom fließt. Damit der Strom in das Hausnetz bzw. das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann, wird dieser noch in einem Wechselrichter auf Wechselstrom ungerichtet.

 

Wer darf eine Photovoltaikanlage installieren?

Grundsätzlich darf erst einmal jeder Photovoltaikanlagen auf dem heimischen Grund und Boden aufstellen. In der Praxis gibt es jedoch einige Einschränkungen, die unbedingt zu beachten sind: Den elektrischen Anschluss der Photovoltaikanlage an das Hausnetz und das öffentliche Netz darf nur ein ausgebildeter und zertifizierter Elektroinstallateur vornehmen.

Auch die Hausrat- und Gebäudeversicherung spielt eine Rolle, wenn es um den Brandschutz geht. Die meisten Anbieter geben in ihren Policen vor, dass die Montage durch einen Fachbetrieb zu erfolgen hat. Auch die vorteilhaft langen Garantien von bis zu 25 Jahren, die die Hersteller von Solarmodulen geben, sind an die Montage und Inbetriebnahme durch einen zertifizierten Fachbetrieb gebunden.

Um also gegenüber Versicherungen, Herstellern und Behörden auf Nummer sicher zu gehen, sollten Sie eine Photovoltaikanlage ausschließlich von einem spezialisierten Fachbetrieb montieren lassen.

Welche Vorteile bieten Photovoltaikanlagen?

Photovoltaikanlagen bieten eine Reihe von Vorteilen. Durch die enormen Steigerungen in Qualität und Leistungsfähigkeit gehört der in Photovoltaikanlagen erzeugte Strom zu den billigsten von allen Energieträgern und wird nur noch von großen Onshore-Windanlagen unterboten. Für den Hausbesitzer ist die eigene Solaranlage also die günstigste Variante, Strom selbst zu erzeugen.

Speisen Sie den Solarstrom in das öffentliche Netz ein, können Sie für jede Kilowattstunde eine garantierte Einspeisevergütung erhalten. Der erzeugte Strom kann auch direkt im eigenen Haushalt verbraucht werden. Mit jeder selbst erzeugten Kilowattstunde aus Photovoltaikanlagen können Sie Kosten für den Strombezug von Ihrem Lieferanten sparen.

Neben den finanziellen Vorteilen ist eine Solaranlage ein persönlicher Beitrag zum Klimaschutz. Der Strom aus einer PV-Anlage erzeugt kein klimaschädliches CO2 und hilft somit, die Erderwärmung nachhaltig zu begrenzen. Moderne Anlagen haben eine Lebensdauer von 25 Jahren und mehr und somit eine ideale Möglichkeit, als Privatperson das Klima zu schützen.

Eine PV-Anlage ist also gelebte Nachhaltigkeit und spart in der langen Frist auch noch bares Geld.

Welche Voraussetzungen für Photovoltaikanlagen machen Sinn

Um die Möglichkeit einer Photovoltaikanlage auf dem heimischen Dach zu bewerten, sind zwei Faktoren maßgeblich. Der erste Faktor ist die Ausrichtung (Azimut) des Daches, die damit auch die Ausrichtung der PV-Module vorgibt. Optimal ist eine direkt nach Süden ausgerichtete Dachfläche. Geringfügige Abweichen von zum Beispiel 15° nach Ost oder West haben aber nur einen geringen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Anlage.

Als zweiter Faktor ist die Dachneigung relevant. Als optimal gilt eine Neigung zwischen 30° und 40°, wobei 0° ein Flachdach wäre. Weiterhin ist die Verschattung durch Bäume oder andere Gebäude zu beachten. Verschattung hat einen stark negativen Einfluss auf die Leistung der PV-Anlage und sollte unbedingt vermieden werden.

Lassen Sie sich aber nicht entmutigen, wenn Ihr Haus nicht in die oben beschriebenen Grenzen passt. Oft sind die Einbußen bei einer suboptimalen Lage nicht so groß wie gedacht. Für ein Flachdach zum Beispiel wäre eine Ost-West-Ausrichtung sogar ideal, da hier der Lauf der Sonne besser ausgenutzt werden kann.

Nutzen Sie also eine Fachberatung und informieren sich über die Ihre individuellen Möglichkeiten.

 

Warum ist eine Photovoltaikanlage eine gute Investition?

In Zeiten des Klimawandels ist eine Photovoltaikanlage grundsätzlich eine sinnvolle Investition, da sie den Strom ohne Ausstoß von klimaschädlichem CO2 erzeugt. Eine private Solaranlage ist also ein persönlicher Beitrag zum Klimaschutz. Der selbst erzeugte Strom bietet eine langfristige Absicherung gegen immer weiter steigende Strompreise. Auch der nicht selbst verbrauchte Strom ist profitabel: Für jede Kilowattstunde, die ins Netz eingespeist wird, zahlt der Netzbetreiber eine garantierte Einspeisevergütung.

Weiterhin hat der Gesetzgeber im Zuge der Energiewende eine Reihe von Förderprogrammen für Photovoltaikanlagen aufgelegt. Bauherren können sich hier also einen erheblichen Teil der Kosten zurückholen. Und, nicht zu vergessen: Eine Photovoltaikanlage steigert den Wert Ihres Hauses enorm.

Im Idealfall haben Sie bei der Installation und Nutzung von Photovoltaikanlagen die Kosten nach 10-12 Jahren amortisiert. Die Investition in eine Photovoltaikanlage ist also nachhaltig, spart auf lange Sicht Geld und ist eine stabile Wertanlage in Ihr Haus.

Welche gesetzlichen Vorgaben muss ich einhalten?

Als Eigner einer Photovoltaikanlage auf dem heimischen Dach, sind Sie Betreiber einer Erneuerbare-Energien-Anlage. Hier kommen einige regulatorische Pflichten auf Sie zu, die Sie kennen sollten. Ihre Anlage muss in das Marktstammdatenregister bei der Bundesnetzagentur eingetragen werden. Hierfür gibt es ein Online-Formular, welches bei Inbetriebnahme, Außerbetriebnahme sowie technische Änderung ausgefüllt werden muss. Ein Betreiberwechsel (z.B. durch Hausverkauf) muss ebenfalls angezeigt werden. Weiterhin müssen Sie sich bei Ihrem zuständigen Netzbetreiber anmelden. In der Regel macht das die Firma, die auch die Anlage bei Ihnen montiert. Nach der Montage müssen aber jährlich Daten an den Netzbetreiber gemeldet werden, wofür Sie zuständig sind.

Eine andere Vorgabe bezüglich der Montage betrifft die Baugenehmigung. In der Regel sind Photovoltaikanlagen in den Dimensionen, wie Sie für Wohnhäuser infrage kommen, nicht Bau-genehmigungspflichtig. Nehmen Sie sicherheitshalber im Vorhinein Kontakt mit der zuständigen Gemeinde oder dem Land auf.

Gegenüber dem Finanzamt gelten Betreiber einer PV-Anlage grundsätzlich als Unternehmer. Eine Gewerbeanmeldung für eine privat genutzte Solaranlage ist in der Regel nicht notwendig. Für die Einkünfte sind Sie trotzdem erst einmal umsatz- und einkommensteuerpflichtig.

Für diese Steuerarten gibt es Bemessungsgrenzen, die bei einer kleineren PV-Anlage in der Regel nicht ausgeschöpft werden. Lassen Sie sich jedoch schon während der Planung steuerlich beraten, um das für Sie günstigste Modell zu finden. In bestimmten Fällen können Sie bei Installation von größeren Photovoltaikanlagen die Kosten für die Umsatzsteuer absetzen und so sparen.

Es zahlt sich also aus, schon in der Planungsphase Kontakt mit einem Steuerberater sowie der zuständigen Gemeinde aufzunehmen, um das für Sie wirtschaftlichste und vor allem rechtssichere Modell zu finden.

Photovoltaik Modultypen und Ihre Eigenschaften

Die Solarmodule als das Herzstück einer jeden Anlage bestehen aus den Solarzellen, die in einem durchsichtigen Kunststoff eingegossen sind. Auf der Rückseite der Zellen befindet sich die Leiterplatte zur Ableitung des elektrischen Stromes. Auf der Vorderseite ist meist Sicherheitsglas angebracht, um die empfindlichen Zellen vor Witterungseinflüssen zu schützen.

 Monokristalline Solarzellen  Monokristalline Solarzellen sind charakteristisch dunkelblau bis schwarz gefärbt. Diese markante Färbung entsteht durch den besonders hohen Siliziumanteil. Diese Form der Solarzelle hat einen höheren Wirkungsgrad als die polykristalline Variante, aber ist auch entsprechend teurer. Besonders für kleine Dachflächen kann dieser Typ jedoch eine Alternative sein.  Polykristalline Solarzellen  Polykristalline Solarzellen haben eine charakteristisch blaue Färbung, wobei die einzelnen Siliziumkristalle unter einfallendem Licht deutlich zu erkennen sind. Die Reflektion ist bei polykristallinen Zellen deutlich höher. Polykristalline Zellen sind in der Fertigung weniger aufwendig und damit deutlich billiger als die monokristallinen.  Dünnschicht Solarzellen  Dünnschicht Solarzellen haben im Gegensatz zu den mono- und polykristallinen Zellen nicht Silizium als Grundwerkstoff, sondern basieren auf Kupfer- oder Cadmiumverbindungen. Dadurch können die einzelnen Module etwa 100-mal dünner ausgeführt werden als bei den kristallinen Versionen. Bei der Verwendung von Dünnschicht-Zellen in Photovoltaikanlagen sind die Kosten der Fertigung erheblich niedriger als bei Silizium-basierten Zellen. Diese Vorteile werden jedoch durch Wirkungsgradeinbußen begrenzt. Im Groben ist der Wirkungsgrad von Dünnschicht-Zellen nur etwa halb so hoch wie der von kristallinen Zellen. Eine Anwendung ist daher eher für besondere Geometrien oder Solarparks im industriellen Maßstab geeignet.  Wechselrichter und Zähler  Ein Wechselrichter als Komponente ist unverzichtbar, um eine Photovoltaikanlage an das Stromnetz anzuschließen. Da die Solarzellen physikalisch bedingt nur einen Gleichstrom erzeugen können, muss dieser erst für den Einsatz im Wechselstromnetz um gerichtet werden. Damit die eingespeiste Strommenge auch korrekt vergütet wird, benötigen Sie neben Ihrem Verbrauchszähler auch einen Einspeisezähler. Es gibt inzwischen jedoch auch platzsparende Zweirichtungszähler, die Verbrauch und Einspeisung parallel messen.

 

Produktivität der einzelnen Photovoltaik-Modultypen

Um die Produktivität der einzelnen PV-Modultypen zu vergleichen, wird als Messgröße der Wirkungsgrad herangezogen. Der Wirkungsgrad beschreibt die Prozessgüte der Energieumwandlung und ist ein Maß für die Energieverluste von der Sonneneinstrahlung bis zur Stromabgabe. Für kommerziell verfügbare Dünnschicht-Zellen kann ein Wirkungsgrad von 6-10% angesetzt werden. Für polykristalline Zellen ist ein Wert von 15-20 % typisch, während monokristalline Zellen zwischen 20 und 22 % erreichen können.

Mit höherem Wirkungsgrad steigen bei Photovoltaikanlagen aber auch die Kosten der Fertigung und damit die Investitionssumme. Die Auswahl des Modultyps sollte daher immer unter Beachtung der örtlichen Gegebenheiten erfolgen.

Wechselrichter, Einspeisung und Zähler

Zwischen den eigentlichen Solarmodulen und dem öffentlichen Stromnetz muss noch etwas elektrische Anlagentechnik installiert werden. Der Wechselrichter ist dabei zwingend erforderlich, um den in der Solarzelle erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln.

Der Netzbetreiber wiederum schreibt die Verwendung eines speziellen Zählers für die eingespeiste Strommenge vor. Beachten Sie jedoch: Während die Kosten für Ihren Verbrauchszähler von Ihrem jeweiligen Stromlieferanten getragen werden, müssen Sie bei Einspeisezählern von Photovoltaikanlagen selbst für die Kosten des Zählers aufkommen.

Der Begriff Smart Meter beschreibt einen Stromzähler, der mit einer Kommunikationsschnittstelle ausgerüstet ist. Hiermit kann der Netzbetreiber die Einspeisung in Echtzeit überwachen und zum Beispiel bei hoher Gesamteinspeisung aus Solarenergie fossile Kraftwerke abregeln.

Der Einspeisezähler ist nicht mit dem Smart Meter zu verwechseln, der in der Regel zusammen mit dem Wechselrichter montiert wird. Dieser ist für das Energiemanagement im Haus zuständig und zeigt Ihnen zum Beispiel die aktuelle Erzeugung an. Bei hoher Sonneneinstrahlung könnten Sie zum Beispiel Stromverbraucher anstellen, um den Eigenverbrauch zu maximieren.

Photovoltaikanlage Kosten –  damit muss ich rechnen

Was kann Sie die Installation von Photovoltaikanlagen maximal kosten? Die Investitionssumme für eine Photovoltaikanlage bemisst sich meist nach der installierten Leistung in „Kilowatt peak“ (kWp). Die Leistung in kWp gibt die Nennleistung des Solarmoduls bei optimalen Bedingungen an.
Mit größerer installierter Leistung sinken die Investitionskosten pro kWp, da bei Photovoltaikanlagen die einzelnen Kosten für Wechselrichter und Anlagentechnik auf mehr installierte Leistung aufgeteilt werden.
Bei Anlagen bis 4 kWp Leistung sollten etwa 1.900 Euro/kWp (brutto) veranschlagt werden. Bei Anlagen zwischen 8 und 10kWp können die Kosten aber bis auf 1.500-1600 EUR/kWp (brutto) sinken. In den genannten Preisen für Photovoltaikanlagen sind die Kosten für Montage inbegriffen.
Eine Beispielanlage mit 4 kWp würde also etwa 7.600 Euro (brutto) inklusive Montage kosten.

 

Photovoltaikanlage: Es kommt auf die richtige Dimensionierung an

Ein guter Ausgangspunkt ist dabei die Überschlagsregel „1 kWp pro 1.000 kWh Stromverbrauch im eigenen Haushalt“. Da eine Solaranlage typischerweise bis zu 1.000 kWh pro Jahr aus einem kWp erzeugen kann, würde die Erzeugung rechnerisch reichen, den eigenen Stromverbrauch zu decken. Bei einem typischen Verbrauch von 4.500 kWh/Jahr für ein Einfamilienhaus käme also eine Photovoltaikanlage mit 4,5 kWp in Frage. Eine weitere Maßgröße ist die benötigte Dachfläche. Als Überschlagsregel sind für 1 kWp installierte Leistung etwa 8 m² Dachfläche notwendig.

Da Anlagen mit größerer installierter Leistung spezifisch billiger werden, kann sich hier eine „Überdimensionierung“ lohnen. Da Solaranlagen eine Lebensdauer von 25 Jahren haben, sollten auch mögliche zukünftige Anschaffungen mit in Betracht gezogen werden. Ist zum Beispiel der Ersatz eines Fahrzeuges durch ein Elektroauto geplant, kann eine größere PV-Anlage sinnvoll sein, um „den Tank“ mit möglichst viel selbst erzeugtem Strom zu füllen. Auch die Nachrüstung einer Batterielösung als Speicher und Puffer sollte mit bedacht werden, wenn sie nicht sowieso schon mit der PV-Anlage zusammen geplant wird. Falls eine Wärmepumpe die Heizung übernimmt, sollte ebenfalls Leistung dafür eingeplant werden.

Das Limit ist jedoch stets die maximal verfügbare Dachfläche des Hauses.

Photovoltaikanlage Kosten – Amortisation und Wirtschaftlichkeit

Die Zeiten, in denen man allein mit der Einspeisevergütung von Sonnenstrom gutes Geld verdienen konnte, sind leider vorbei. In den letzten Jahren sind die Einspeisevergütungen (politisch motiviert) immer weiter gesunken. Für die Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage ist daher eher der Eigenverbrauch entscheidend. Bei einem durchschnittlichen Preis von 31,9 ct/kWh im Jahr 2021 ist Strom im europäischen Vergleich enorm teuer in Deutschland.

Für eine überschlagsmäßige Wirtschaftlichkeitsrechnung benötigen Sie Ihren Haushaltsstromverbrauch, die geplante Leistung der Photovoltaikanlage, den Haushaltsstrompreis sowie die Einspeisevergütung.

Gehen Sie von einem klassischen Einfamilienhaus mit 4.500 kWh Jahresstromverbrauch und einer projektierten Anlage mit 6 kWp aus, ergibt sich eine potenzielle Erzeugung von 6.000 kWh pro Jahr an „Sonnenstrom“. In dieser Größenklasse würden Photovoltaikanlagen etwa mit Kosten von 8.400 EUR zu Buche schlagen. Der durchschnittliche Haushaltsstrompreis betrug 2021 rund 31,9 ct/kWh und die durchschnittliche Einspeisevergütung für Anlagen dieser Klasse rund 7,5 ct/kWh.

Bei einer PV-Anlage ohne Speicherlösung kann von einem Eigenverbrauch des erzeugten Solarstromes von 30 % ausgegangen werden. Also werden 30 % des erzeugten Stroms mit dem Haushaltsstrompreis multipliziert (0,3*6.000 kWh*0,319 EUR/kWh=574,20 EUR) und die anderen 70 % mit der Einspeisevergütung (0,7*6.000 kWh*0,075 EUR/kWh=315 EUR). Dies ergibt den finanziellen Ertrag des Solarstromes pro Jahr zu 889,20 EUR.

In diesem einfachen Beispiel schreiben Sie den Ertrag für den nächsten Jahre fort und können feststellen, dass Sie im 10. Jahr das Investment amortisiert haben. Im elften Jahr des Betriebes ist die Anlage also bereits bezahlt und der Ertrag bleibt bei Ihnen. In der Praxis sind natürlich auch Wartungskosten zu beachten. Diese sind bei Photovoltaikanlagen jedoch erfahrungsgemäß sehr gering. In dieser Größenordnung würden sich bei Photovoltaikanlagen die Kosten also etwa nach 11 Jahren amortisieren.

Sollten Sie eine Speicherlösung („Sonnenbatterie“) mit erwägen, steigt zwar die Investitionssumme, jedoch lässt sich der Eigenverbrauch auf bis zu 60 % steigern.

 

Wie bekommt man das beste Angebot?

Unbedingt erforderlich ist ein Vor-Ort-Termin mit dem beteiligten Händler und Installateur. Nur bei einem Aufmaß vor Ort können spezifische Rahmenbedingungen erfasst und auch seriös im Angebot abgebildet werden.

Weiterhin sollten Sie prüfen, dass der Installateur die entsprechenden Fachkenntnisse und Erfahrung hat, um die Anlage sicher zu errichten. Lassen Sie sich ruhig Schulungszertifikate sowie Informationen über Referenzprojekte zeigen.

Sie sollten sich auf jeden Fall mehr als ein Angebot einholen. Eine Photovoltaikanlage ist eine erhebliche Investition und sollte nicht überstürzt werden. Vergleichen Sie die Angebote nicht nur nach dem Preis pro kWp, sondern bewerten auch die Inhalte. Ist zum Beispiel nur ein Standard-Paket angeboten worden oder beziehen sich die einzelnen Posten auf Ihren konkreten Fall? Sind neben den technischen Angaben zu den Modulen, dem Wechselrichter und der elektrischen Ausrüstung auch Zeichnungen enthalten? Sind in dem Angebot für Photovoltaikanlagen auch alle Kosten für Nebenleistungen wie Wanddurchbrüche und Kabelzug inkludiert?

Ideal wäre es, wenn Ihnen der Installateur einen sogenannten PV-Anlagenpass für Ihre Anlage ausstellt. Dieser darf nur von bestimmten, beim Bundesverband Solarenergie registrierten Handwerkern ausgestellt werden. So können Sie sicher sein, dass die Anlage nach dem Stand der Technik geplant und errichtet wurde.

Fazit 

Eine Photovoltaikanlage ist eine echte Möglichkeit, um sich langfristig gegen steigende Strompreise abzusichern und schützt dabei auch noch das Klima. Lassen Sie sich schon bei der Planung von einem Fachbetrieb beraten, um die für Sie optimale Konfiguration zu ermitteln. Achten Sie bei der Auswahl eines Installateurs auf entsprechende Kenntnisse und Referenzen.

So können Sie sicher sein, am meisten Ertrag mit Ihrer PV-Anlage zu erzielen und Ihren Beitrag zu einer nachhaltigen Zukunft zu leisten.

 

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