Die Funktionsweise der Photovoltaik: Was ist Photovoltaik und wie funktioniert das?
Durch die Kraft der Sonne auf dem eigenen Dach Strom erzeugen: mit Photovoltaik wird das möglich. Der Begriff „Photovoltaik“ setzt sich aus dem griechischen Wort phós, (Licht) und „voltaik“, welches sich auf die Einheit für elektrische Spannung Volt bezieht, zusammen. Einfach ausgedrückt versteht man unter Photovoltaik einen Generator, der Lichtenergie in elektrischen Strom umwandelt.
Eine Photovoltaikanlage besteht:
- aus den Solarmodulen
- der Verkabelung
- einem Montagesystem für die Anbringung der Module
- einem Wechselrichter, der den Gleichstrom der PV-Anlage in nutzbaren Wechselstrom wandelt
- optional aus einem Batteriespeicher
- optional aus einem Batterie-Wechselrichter bei einer AC-Kopplung
Wird kein Strom im Haushalt verbraucht, dann wird der überschüssige Sonnenstrom in das öffentliche Netz eingespeist und der Anlagenbetreiber erhält die nach dem EEG geltende Vergütung. Die EEG-Vergütung liegt jedoch weit unter den aktuellen Strompreisen, weshalb sich der Eigenverbrauch finanziell stets mehr lohnt als die Einspeisung. Durch den Einsatz eines Stromspeichers, wird der überschüssige PV-Strom zunächst zum Laden der Batterie genutzt, bevor er ins öffentliche Netz eingespeist wird. Es entstehen zwar zunächst höhere Kosten für die Anschaffung eines Batteriespeichersystems, jedoch können durch die verbesserte Eigenverbrauchsquote auch weitaus höhere Einsparungen erzielt werden. Die Anschaffungskosten für ein Speichersystem sind in den vergangenen Jahren drastisch gesunken. Speziell für Haushalte mit einem hohem Stromverbrauch lohnt sich daher ein Stromspeicher.
Ein Speichersystem (auch Stromspeicher genannt) eignet sich, um möglichst viel Sonnenstrom selbst zu verbrauchen und damit die sogenannte Eigenverbrauchsquote zu steigern. Ohne Speicher kann der Sonnenstrom nur genutzt werden, wenn von dem PV-Generator Strom erzeugt und zeitgleich im Haushalt Strom verbraucht wird. Nachts oder bei trüben Wetter muss daher weiterhin Strom vom Netzanbieter bezogen werden.
Wird kein Strom im Haushalt verbraucht, dann wird der überschüssige Sonnenstrom in das öffentliche Netz eingespeist und der Anlagenbetreiber erhält die nach dem EEG geltende Vergütung. Die EEG-Vergütung liegt jedoch weit unter den aktuellen Strompreisen, weshalb sich der Eigenverbrauch finanziell stets mehr lohnt als die Einspeisung. Durch den Einsatz eines Stromspeichers, wird der überschüssige PV-Strom zunächst zum Laden der Batterie genutzt, bevor er ins öffentliche Netz eingespeist wird. Es entstehen zwar zunächst höhere Kosten für die Anschaffung eines Batteriespeichersystems, jedoch können durch die verbesserte Eigenverbrauchsquote auch weitaus höhere Einsparungen erzielt werden. Die Anschaffungskosten für ein Speichersystem sind in den vergangenen Jahren drastisch gesunken. Speziell für Haushalte mit einem hohem Stromverbrauch kann t sich daher ein Stromspeicher lohnen.
Faktisch ist heutzutage nahezu jedes Dach für das Aufbringen von Photovoltaik Modulen geeignet. Auch Flachdächer, Schuppen oder Garagen sind in den meisten Fällen geeignet, wenn das Dach die zusätzliche Belastung durch die Unterkonstruktion und die Module trägt.
Eine Mindestfläche von etwa 10 Quadratmetern sollte insgesamt zum Anbringen der Module verfügbar sein, um eine ausreichend leistungsstarke PV-Anlage installieren zu können. Verschattungen auf dem Dach sind nicht optimal, stellen jedoch dank moderner Wechselrichter und Moduloptimierer kein großen Problem mehr dar. Am besten sind Dächer mit einer Ost-, Süd- oder Westausrichtung geeignet.
Die Preise variieren durch die individuelle Faktoren, wie der Anlagegröße, Montageaufwand, Hersteller der Anlagen Bestandteile und dem Monteur. Gerne können Sie sich bei Interesse an die Energiegenossenschaft Hohenbrunn wenden, um eine individuelles Angebot für Ihre PV Anlage zu erhalten. Hier geht es zum Angebotsformular.
In der Vergangenheit wurde der gesamte Sonnenstrom in das öffentliche Netz eingespeist und der PV Betreiber bekam hierfür eine feste Vergütung. Da die durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) geregelten Vergütungen in den letzten Jahren stark gesunken sind, macht eine Einspeisung des gesamten PV-Stroms heute so keinen Sinn mehr. Heutzutage wird versucht so viel PV-Strom wie möglich direkt im eigenen Haushalt zu verbrauchen, anstatt den gesamten Strom einzuspeisen. Jede Kilowattstunde selbstverbrauchten Sonnenstroms spart damit den Kauf einer Kilowattstunde Netzstrom. Netzstrom kostet derzeit in Deutschland etwa 32 Cent pro Kilowattstunde. Die Einnahmen einer PV-Anlage ergeben sich demnach aus den Vergütungen des eingespeisten Stroms, sowie den Einsparungen, die durch den Eigenverbrauch des Sonnenstroms erzielt werden.
Die Einnahmen hängen stark von der Größe der PV-Anlage und dem individuellen Stromverbrauch ab. Im Allgemeinen lässt sich festhalten, dass Haushalte mit einem hohem Stromverbrauch finanziell mehr von einer PV-Anlage profitieren als Haushalte mit einem niedrigen Stromverbrauch.
Die Amortisationszeiten bei einem moderaten Stromverbrauch und einer Anlage mittleren Größe (7 kWp) bewegen sich derzeit im Schnitt zwischen 10- 12 Jahren in Deutschland.
Die Einspeisevergütung für den PV-Strom wird durch das Erneuerbare-Energien-Gesetzt (EEG) geregelt. Die Vergütung wird zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme mit einem fixen Betrag pro eingespeister Kilowattstunde festgeschrieben und ist von dort an 20 Jahre lang gesetzlich garantiert. Die Vergütungssätze werden fortlaufend immer weiter verringert. Wer sich früh für eine PV-Anlage entscheidend, wird daher eine höhere Vergütung für seinen Strom erhalten, als Analgenbetreiber die später einsteigen. Derzeit liegt die Einspeisevergütung für eine Anlage mit bis zu 10 Kilowatt-Peak bei 7,81 Cent/kWh (Stand April 2021).
Die Einspeisevergütungen, welche durch das EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) geregelt werden, sind über die letzten Jahre stark gesunken. Dennoch lohnt sich eine PV-Anlage heute mehr denn je. Steigende Strompreise und immer günstiger werdende Anschaffungspreise machen eine Photovoltaikanlage zu einem äußerst attraktiven Investment. Auch Batteriesysteme sind zu einer attraktiven Erweiterung herangewachsen. Die Speicher verfügen heute über große Kapazitäten, lange Lebensdauern und einen niedrigen Anschaffungspreis.
Für Photovoltaikanlagen gibt es in Deutschland eine Vielzahl an Förderprogrammen. Die Förderprogramme sind dabei individuell von den Bundesländern und Kommunen geregelt. Hierfür gilt als Voraussetzung, dass die geförderte Anlage im jeweiligen Bundesland steht und netzgekoppelt sein muss. Die Förderungen der Länder und Kommunen sind in der Regel zeitlich begrenzt. Daher ist es für den Betreiber notwendig, sich vor der Anschaffung über mögliche Förderungen im jeweiligen Bundesland bzw. der Kommune zu informieren. Auf der Webseite der Gemeinde Hohenbrunn erhalten Sie weiterführende Informationen für spezifische Förderprogramme in Hohenbrunn.
Die staatliche Förderbank Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) unterstützt angehende PV-Betreiber darüber hinaus mit kostengünstigen Krediten bei einer etwaigen Fremdkapitalfinanzierung der Anlange.
Die reale Nutzungsdauer einer PV-Anlage beträgt etwa 30 Jahre. Jedoch ändert sich die Handhabung netzgekoppelter PV-Anlagen nach 20 Jahren, da die gesetzlich durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) gesicherten Vergütungen zu diesem Zeitpunkt auslaufen. Der Betreiber hat von da an keinen Anspruch mehr auf eine regulierte Vergütung für den eingespeisten PV-Strom.
Ein weiterer Betrieb der Anlage kann für den Eigenverbrauch nach EEG aber stets fortgeführt werden. Auch kann eine Netzkopplung weiterhin bestehen bleiben. Das EEG regelt die Stromeinspeisung nach 20 Jahren Nutzung durch § 21a im Rahmen der „sonstigen Direktvermarktung“. Demnach hat der Anlagenbetreiber weiterhin das Recht seinen Strom einzuspeisen, sofern er eine vertragliche Vereinbarung mit einem Abnehmer bilden kann. Abnehmer können Energieversorgungsunternehmen oder Stadtwerke sein. Im Fall einer Übereinkunft erhält der Anlagenbetreiber jedoch nicht die nach EEG bestimmten Einspeisevergütungen, sondern den individuellen mit dem Abnehmer ausgehandelten Preis. Aufgrund der niedrigen und nicht gesicherten Vergütung, sowie dem Aufwand einen Abnehmer zu finden, machen nur sehr wenige private Betreiber Gebrauch von solch einer Direktvermarktung. Ein Betrieb nach 20 Jahren, ohne Verkauf des PV-Stroms, ist das am häufigsten angewandte Vorgehen nach 20 Jahren des Betriebs. Der überschüssige Strom wird im diesem Fall zwar trotzdem in das Netz eingespeist, jedoch nicht vergütet. Da bei fehlender Vergütung kein gewerblicher Betrieb vorliegt, ist der Betreiber damit auch von sämtlichen Umsatz- und Ertragssteuerlichen Pflichten befreit.
Der Wirkungsgrad eines PV-Moduls gibt an, wie viel Prozent der auftreffenden Energie der Sonnenstrahlen in elektrischen Gleichstrom von dem Modul umgewandelt wird. Je höher der Wirkungsgrad ist, desto höher ist die elektrische Leistung des Moduls. Um eine einheitliche Bestimmung des Wirkungsgrades von PV-Modulen zu gewährleisten, haben sich die sogenannten Standardprüfbedingungen (STC: Standard Test Conditions) etabliert. Die Standardprüfbedingungen definieren eine feste solare Einstrahlungsstärke, Sonnenspektrum und Solarzellentemperatur. Die unter den Standardprüfbedingungen abgegebene Leistung eines PV-Moduls wird Peak-Leistung genannt und in Watt-Peak angegeben.
Der Wirkungsgrad und damit die Peak-Leistung spielen demnach eine wichtige Rolle, da bei einem niedrigen Wirkungsgrad (bzw. Peak-Leistung) ein größerer Flächenbedarf an PV-Modulen benötigt wird, um die gleiche Leistung der PV-Anlage zu erreichen. Die Flächenkapazität ist in der häuslichen Anwendung jedoch meist durch die Dachgröße stark begrenzt. Um den Ertrag der PV-Anlage zu maximieren ist somit ein möglichst hoher Wirkungsgrad bzw. Peak-Leistung erstrebenswert.
Hocheffiziente Silizium-Module haben derzeit einen STC-Wirkungsgrad von etwa 23 Prozent und eine Peak-Leistung von bis zu 550 Watt-Peak.
Mit einem Marktanteil von über 90 Prozent sind Module auf Basis von Silizium-Solarzellen die mit Abstand am weitesten verbreiteten PV-Module. Silizium-Module besitzen ein sehr attraktives Preis-Leistungs-Verhältnis, sowie den höchsten Wirkungsgrad und Peak-Leistung. Es gibt Silizium-Module sowohl auf Basis von multikristallinen Solarzellen als auch auf Basis von monokristallinen Solarzellen. Monokristalline Solarzellen weisen einen höheren Wirkungsgrad auf und setzen sich derzeit als Standard auf dem Markt durch..
Neben den Silizium-Modulen sind noch die sogenannten Dünnschichtmodule am Markt vor zu finden.. Die Wirkungsgrade von Dünnschichtsolarzellen liegen weit unter denen von Solarzellen aus Silizium, weshalb sie kaum noch eingesetzt werden.
Ein Photovoltaik-Modul besteht aus mehreren miteinander verbundenen Solarzellen. Die Solarzellen sind auf ein Trägermaterial aufgebracht, an der Vorderseite durch eine Glasscheibe geschützt und in einem Rahmen (meist aus Aluminium) eingebettet.
Bei Silizium PV-Modulen sind derzeit 120 Halbzellen, welche in6 Reihen angeordnet sind Standard. Das Modul in der Mitte geteilt ist, so dass jeweils 10 Halbzellen in Reihe geschaltet sind. Heutige Standardabmessungen von Silizium-Solarmodulen sind daher in etwa: 1,80 𝑚 × 1,00 𝑚, abhängig vom jeweiligen Hersteller.
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Autarkiegrad
Die Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin bietet einen praktischen Unabhänigkeitsrechner an. Testen Sie hier Ihren Autarkiegrad
Liebhaberei
Kleine Photovoltaikanlagen und Blockheizkraft können steuerlich als Liebhaberei eingestuft werden. Hier finden Sie das Merkblatt des bayerischen Landesamt für Steuern zu diesem Thema.
