Wie funktioniert eigentlich... eine Photovoltaikanlage?

 

Wir wollen’s wissen! In unserer Serie „Wie funktioniert eigentlich..?“ gehen wir Fragen des Alltags auf den Grund und erklären moderne Technologien. In diesem Teil geht es um die Funktionsweise der Photovoltaikanlage

1. Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?

Ganz simpel zusammengefasst: Eine Photovoltaikanlage erzeugt Strom aus Licht. In den allermeisten Fällen aus Sonnenlicht. Daher auch ihr Name: Photo steht für das griechische Wort Licht und Voltaik erinnert an den italienischen Elektrizitätsforscher Allessandro Volta, der im späten 18. und frühen 19. Jahrhundert lebte und forschte.

Der Hauptbestandteil einer Photovoltaikanlage ist das Element Silizium. Es ist übrigens das zweithäufigste Element auf der Erde – nach Sauerstoff. Das Silizium fungiert als Halbleiter. Das bedeutet, es leitet Strom, allerdings nur unter dem Einfluss von Licht oder Wärme. Im kalten Zustand – etwa in der Nacht – ist es nicht leitfähig. Silizium ist mit einer Antireflexschicht umhüllt, die das Sonnenlicht komplett aufnimmt, um einen größtmöglichen Ertrag zu erzielen. Hierdurch kommt die meist bläuliche, manchmal auch graue Farbe von PV-Modulen zustande.

Trifft die Sonne nun auf den Halbleiter, geraten die darin enthaltenen Elektronen in Schwingung und beginnen zu „wandern“. Auf der einen Seite der Zelle sammeln sich die positiv geladenen Teilchen (Protonen), auf der anderen Seite die Neutronen. Es entstehen ein Plus- und ein Minuspol, ähnlich einer Batterie.

2. Was genau ist der Eigenverbrauch und ist er sinnvoll für mich?

Der Eigenverbrauch steht für die Nutzung des selbst erzeugten Stroms im eigenen Haushalt. Bis etwa zum Jahr 2012 hat sich insbesondere das Einspeisen des durch Photovoltaik erzeugten Stroms in das öffentliche Stromnetz gerechnet. Die auf 20 Jahre festgeschriebene Einspeisevergütung lag damals über dem marktüblichen Strompreis.

Mittlerweile hat sich das Verhältnis umgekehrt – man spricht beim Punkt dieser Umkehr von der sogenannten Netzparität. Das bedeutet: Heute ist die Kilowattstunde selbst erzeugten Stroms deutlich günstiger als zugekaufter Strom. So liegt der durchschnittliche Preis, den ein deutscher Haushalt für eine Kilowattstunde Strom bezahlt aktuell bei etwa 31 Cent. Für eine im Juli 2020 in Betrieb genommene Photovoltaikanlage werden pro ins Netz eingespeister Kilowattstunde allerdings nur 9,03 Cent vergütet.

Es lohnt sich daher, möglichst viel des selbst erzeugten Stroms im Eigenverbrauch zu nutzen. Durch einen Batteriespeicher lässt sich der Wert des Eigenverbrauchs zudem erhöhen – der tagsüber gewonnene Strom kann auch nachts (etwa für Kühlschränke, das Laden des E-Autos und ähnliches) verwendet werden.

3. Gibt es für Photovoltaikanlagen eine Förderung?

Ja, aktuell werden der Kauf und die Installation einer Photovoltaikanlage auf mehreren Ebenen gefördert. Von staatlicher Seite bietet die KfW, die Kreditanstalt für Wiederaufbau, mit dem sogenannten „Kredit 270“ ein zinsgünstiges Darlehen. Je nach Bonität hat dieses im besten Falle einen effektiven Jahreszins von 1,03 Prozent. Den Kredit dürfen Sie zur Anschaffung der Anlage ebenso nutzen wie für die Planungs- und Montagekosten.

Zudem fördern einzelne Bundesländer, Städte und Kommunen den Kauf einer solchen Anlage mit Zuschüssen oder zinsgünstigen Krediten. Rheinland-Pfalz etwa fördert Privathaushalte, wenn diese eine neue Photovoltaikanlage in Kombination mit einem Batteriespeicher kaufen und errichten. Informationen hierzu gibt es hier.

Eine weitere Form der Förderung ist die Einspeisevergütung – hierzu mehr unter dem Punkt „Ab wann rechnet sich eine Photovoltaikanlage?“

4. Wie viel Strom wird aktuell über PV-Anlagen gewonnen?

Beim erzeugten Strom aus erneuerbaren Energien landet die Photovoltaikanlage in Deutschland aktuell auf Platz zwei. Sie trägt 18 Prozent zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen bei. Auf dem ersten Platz liegen laut Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) die Onshore-Windkraftanlagen mit 42 Prozent.

In absoluten Zahlen ausgedrückt: 45 Milliarden Kilowattstunden (= 45 Terawattstunden) Strom wurden im Jahr 2019 von Photovoltaikanlagen erzeugt. Zehn Jahre zuvor waren es noch 6,6 Terawattstunden. Spitzenreiter bei den Bundesländern ist übrigens Bayern mit 11,2 Terawattstunden. Rheinland-Pfalz landet auf Platz sechs mit 1,9 Terrawattstunden.

5. Ab wann rechnet sich eine Photovoltaikanlage – wirtschaftlich und energetisch?

Wann sich eine Solaranlage energetisch rechnet, ist relativ einfach zu beantworten. Gemessen wird dies in der „Energy-Payback-Time“, also der Zeit, in der die Anlage so viel Strom erzeugt hat, wie für ihre eigene Produktion nötig war. Die Internationale Energieagentur IEA hat in einer Studie errechnet, dass diese Zeitspanne für Photovoltaikanlagen aus Silizium, die in Südeuropa errichtet werden, bei unter zwei Jahren liegt. Durch die etwas geringere Sonneneinstrahlung in Deutschland geht man hierzulande von etwa drei Jahren aus.

Ob sich die Anlage wirtschaftlich für den Bauherren rechnet, hängt von verschiedenen Faktoren ab: den Kosten für die Anlage, deren Größe, die Ausrichtung und die damit verbundene Sonneneinstrahlung sowie die Frage, ob sie für den Eigenverbrauch genutzt wird oder der Strom komplett ins Stromnetz eingespeist wird. Pauschal lässt sich das nicht beantworten. Generell gilt jedoch, dass sich eine Photovoltaikanlage für Eigenheimbesitzer in den meisten Fällen lohnt. Spätestens nach zehn Jahren, so die Faustformel, sollte sie sich finanziell amortisiert haben.