Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?

Eine Photovoltaikanlage wandelt Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um. Die Module auf dem Dach erzeugen Gleichstrom, ein Wechselrichter macht daraus Wechselstrom, wie er aus der Steckdose kommt. Dieser Strom versorgt zuerst die Geräte im Haus; was übrig bleibt, fließt ins öffentliche Netz oder in einen Batteriespeicher. Ob sich eine Anlage rechnet, hängt heute vor allem davon ab, wie viel des eigenen Stroms Sie selbst verbrauchen.

Photovoltaik und Solarthermie: zwei verschiedene Dinge

Umgangssprachlich heißt beides „Solaranlage“. Photovoltaik erzeugt Strom. Solarthermie erzeugt Wärme: Kollektoren erhitzen eine Flüssigkeit, die das Warmwasser oder die Heizung unterstützt. Beide Anlagen sehen auf dem Dach ähnlich aus, haben aber nichts miteinander zu tun. Dieser Beitrag behandelt die Photovoltaik.

Was in einer Solarzelle passiert

Solarzellen bestehen meist aus Silizium, einem Halbleiter. Die Zelle ist aus zwei unterschiedlich behandelten Schichten aufgebaut. Trifft Licht auf die Zelle, setzt es Elektronen in Bewegung, und an der Grenze zwischen den Schichten entsteht eine elektrische Spannung – der photovoltaische Effekt. Verbindet man die Vorder- und Rückseite über einen Stromkreis, fließt Gleichstrom.

Eine einzelne Zelle liefert nur eine kleine Spannung. Deshalb werden viele Zellen zu einem Modul zusammengeschaltet und mehrere Module zu sogenannten Strängen. Die Leistung einer Anlage wird in Kilowatt-Peak (kWp) angegeben, also der Leistung unter genormten Testbedingungen. Für ein Kilowatt-Peak brauchen heutige Module grob 5 bis 6 m² Dachfläche.

Die Bauteile einer PV-Anlage

Viele moderne Anlagen werden als Paket aus Modulen, Wechselrichter, Speicher und Energiemanagement angeboten. Wichtig ist, dass die Teile zueinander passen; die Auslegung übernimmt der Fachbetrieb.

Vom Dach in die Steckdose: der Weg des Stroms

Tagsüber erzeugen die Module Strom, und das Haus verbraucht zuerst davon: Kühlschrank, Router, Waschmaschine. Ist mehr Strom da als gebraucht wird, lädt der Speicher, falls vorhanden. Ist auch er voll, fließt der Überschuss ins Netz und wird vergütet. Abends und nachts, wenn die Module nichts liefern, kommt der Strom erst aus dem Speicher und dann wie gewohnt aus dem Netz. Das alles regelt die Anlage selbst – Sie müssen nichts umschalten.

Wichtig zu wissen: Eine übliche netzgekoppelte Anlage schaltet sich bei einem Stromausfall ab, auch wenn die Sonne scheint. Das schützt Techniker, die am Netz arbeiten. Wer bei Stromausfall weiter Strom haben möchte, braucht einen Speicher mit Not- oder Ersatzstromfunktion.

Ist mein Dach geeignet?

Nicht jedes Dach bringt den gleichen Ertrag. Entscheidend sind:

• Ausrichtung. Süddächer liefern den höchsten Jahresertrag. Ost- und Westdächer erzeugen etwas weniger, verteilen den Strom aber besser über den Tag – morgens und abends, wenn der Haushalt ihn braucht. Auch eine Ausrichtung nach Osten und Westen ist deshalb heute gängig. Reine Norddächer lohnen sich selten.
• Neigung. In Deutschland gilt eine Neigung um 30 Grad als günstig, Abweichungen kosten aber weniger Ertrag als oft angenommen. Auf Flachdächern stellt ein Gestell die Module schräg oder in Ost-West-Richtung auf.
• Verschattung. Bäume, Gauben, Schornsteine und Nachbarhäuser werfen Schatten. Schon ein Teilschatten kann den Ertrag eines ganzen Strangs mindern; Leistungsoptimierer oder eine geschickte Verschaltung mildern das.
• Fläche und Statik. Die nutzbare Dachfläche begrenzt die Anlagengröße. Das Dach muss das zusätzliche Gewicht tragen und sollte noch viele Jahre halten – eine anstehende Dachsanierung erledigt man besser vorher.

Neben dem Hausdach eignen sich auch Garagen, Carports und Terrassendächer. Mehr dazu in unserem Beitrag über den freitragenden Carport.

Lohnt sich eine PV-Anlage?

Früher lohnten sich Anlagen vor allem über die Einspeisevergütung. Diese ist über die Jahre stark gesunken und liegt heute deutlich unter dem Preis, den Sie für Netzstrom bezahlen. Jede selbst verbrauchte Kilowattstunde ist deshalb mehr wert als eine eingespeiste. Die Rechnung geht umso besser auf, je mehr Strom tagsüber im Haus verbraucht wird.

Grob lässt sich sagen: Eine Anlage in Deutschland erzeugt je Kilowatt-Peak und Jahr meist zwischen 850 und 1.100 Kilowattstunden, je nach Standort und Ausrichtung. Ein Haushalt ohne Speicher nutzt davon oft nur einen kleineren Teil selbst, mit Speicher und Verbrauchern wie Wärmepumpe oder Elektroauto deutlich mehr. Die Stromverbrauchsspitzen im Land und im Haushalt liegen häufig am frühen Abend, wenn die Sonne schon tief steht – genau hier setzt der Speicher an.

Seriöse Fachbetriebe rechnen Ihnen vor dem Kauf aus, wie viel Strom die Anlage auf Ihrem Dach erzeugt, wie viel davon Sie selbst nutzen und wann sich die Investition amortisiert. Lassen Sie sich mehrere Angebote machen und vergleichen Sie die Annahmen, nicht nur den Endpreis. Die Verbraucherzentralen bieten eine unabhängige Energieberatung an.

Batteriespeicher, Wallbox und Wärmepumpe

Ein Speicher erhöht den Eigenverbrauch, kostet aber zusätzlich Geld und hat eine begrenzte Lebensdauer. Ob er sich rechnet, hängt vom Verbrauchsprofil ab. Er sollte zum Abend- und Nachtverbrauch passen; ein überdimensionierter Speicher wird im Winter kaum voll und im Sommer nicht leer.

Eine Wallbox lädt das Elektroauto mit Sonnenstrom, wenn es tagsüber zu Hause steht. Eine Wärmepumpe kann einen Teil ihres Stroms aus der Anlage beziehen, vor allem in der Übergangszeit und für das Warmwasser im Sommer. Ein Energiemanagement koordiniert diese Verbraucher.

Stromcloud-Angebote versprechen, Überschüsse gutzuschreiben und später zurückzugeben. Dahinter steckt ein Stromtarif mit eigenen Bedingungen und Gebühren. Rechnen Sie genau nach, bevor Sie sich binden.

Planung, Anmeldung und Betrieb

1. Verbrauch ermitteln. Wie viel Strom braucht der Haushalt heute, und was kommt in den nächsten Jahren hinzu – Elektroauto, Wärmepumpe?
2. Angebote einholen. Fachbetriebe prüfen Dach, Statik und Verschattung vor Ort und legen die Anlage aus.
3. Rechtliches klären. Auf Wohnhausdächern sind PV-Anlagen in den meisten Bundesländern verfahrensfrei; Denkmalschutz und Bebauungsplan können Grenzen setzen. In Eigentümergemeinschaften braucht es einen Beschluss.
4. Anmelden. Der Fachbetrieb meldet die Anlage beim Netzbetreiber an. Zusätzlich muss sie im Marktstammdatenregister der Bundesnetzagentur eingetragen werden.
5. Betrieb überwachen. Die meisten Wechselrichter zeigen die Erträge in einer App. Fallen sie ohne Grund ab, sollte der Fachbetrieb nachsehen.

Die Arbeiten auf dem Dach und am Hausnetz gehören in Fachhand: Auf der Gleichstromseite liegen hohe Spannungen an, sobald Licht auf die Module fällt, und der Anschluss ans Hausnetz ist einer Elektrofachkraft vorbehalten.

Für Mieter und Wohnungen ohne eigenes Dach gibt es Steckersolargeräte, sogenannte Balkonkraftwerke. Sie sind in der Leistung begrenzt, derzeit auf 800 Watt Wechselrichterleistung, werden vereinfacht angemeldet und decken einen Teil des Grundverbrauchs. Vermieter und Eigentümergemeinschaft sollten vorher informiert werden.

Wie Sie auch ohne eigene Anlage Strom sparen, zeigen unsere Tipps zum Energiesparen im Haushalt. Weitere Themen rund ums Eigenheim finden Sie in der Rubrik Haus und im Beitrag zum Mehrgenerationenhaus.

Häufige Fragen

Liefert eine PV-Anlage auch bei Bewölkung Strom?

Ja, aber deutlich weniger. Auch diffuses Licht erzeugt Strom, der Ertrag an einem trüben Wintertag ist jedoch nur ein Bruchteil eines sonnigen Sommertags. Die Jahresrechnung berücksichtigt das bereits.

Funktioniert meine PV-Anlage bei einem Stromausfall?

Übliche Anlagen schalten sich bei einem Netzausfall ab, damit kein Strom ins Netz fließt, an dem gearbeitet wird. Nur mit einem Speicher mit Not- oder Ersatzstromfunktion können Sie dann weiter Strom nutzen.

Wie lange hält eine Photovoltaikanlage?

Module halten in der Regel mehrere Jahrzehnte und verlieren dabei langsam etwas Leistung. Der Wechselrichter muss häufig früher getauscht werden, oft nach zehn bis fünfzehn Jahren.

Brauche ich unbedingt einen Batteriespeicher?

Nein. Eine Anlage funktioniert auch ohne Speicher, dann geht der Überschuss ins Netz. Ein Speicher erhöht den Eigenverbrauch, ob er sich rechnet, hängt aber vom Verbrauch und von den Kosten ab.

Muss ich meine PV-Anlage anmelden?

Ja, beim Netzbetreiber und im Marktstammdatenregister der Bundesnetzagentur. Das gilt in vereinfachter Form auch für Balkonkraftwerke.