Photovoltaik-Anlagen

Wie sie funktionieren und wie rentabel sie sind


Photovoltaik-Anlagen

Photovoltaik-Anlagen schonen die Umwelt

Photovoltaik-Anlagen dienen der Stromerzeugung, indem sie Lichtenergie in elektrische Energie umwandeln. Dies geschieht mit Hilfe von Solarzellen und der Einstrahlung von Sonnenlicht. Als Teilbereich der Solartechnik gehören Photovoltaik-Anlagen zu den Erneuerbaren Energien. Doch wie funktionieren diese Anlagen, welchen Nutzen bieten sie und welchen Beitrag leisten sie für die Umwelt?

So funktioniert eine Photovoltaik-Anlage
Die Photovoltaik basiert auf der Fähigkeit bestimmter Materialien, Lichtenergie ohne Zwischenschritte in elektrischen Strom umzuwandeln. Dies geschieht mit Hilfe von Solarzellen, die unter anderem aus zwei Schichten bestehen, die meist aus Silizium gefertigt sind. Während die eine Schicht einen Überschuss an positiven Ladungsträgern hat und als p-Schicht bezeichnet wird, weist die andere Schicht einen Überschuss an negativen Ladungsträgern auf und wird n-Schicht genannt. Dort, wo beide Schichten aneinander angrenzen, am sogenannten p-n-übergang, fließt aufgrund physikalischer Reaktionen Strom.

Da in einer einzelnen Solarzelle nur wenig Strom produziert wird, bedarf es einer Vielzahl von Solarzellen, die zu sogenannten Solarmodulen zusammengeschlossen und in einem Generatoranschlusskasten zusammengeführt werden. Diese Solarmodule werden meist auf dem Dach installiert, wobei der Wirkungsgrad der Photovoltaik-Anlage abhängig ist von der Gesamtfläche der Solarmodule, der Platzierung sowie der Neigung der Anlage. Die Solarmodule einer Photovoltaik-Anlage erzeugen Gleichstrom, der durch den sogenannten Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt wird. Bis zu diesem Punkt sind alle Photovoltaik-Anlagen in gleicher Weise konstruiert. Danach gibt es Unterschiede in der Bauweise und in der Funktionalität, wobei eine Differenzierung in (1) netzgekoppelte Anlagen und in (2) Inselanlagen stattfindet.

(1) Beim überwiegenden Teil der Photovoltaik-Anlagen wird der erzeugte Solarstrom in das öffentliche Netz eingespeist, weshalb diese Anlagen als netzgekoppelte Anlagen bezeichnet werden. Der Betreiber der Photovoltaik-Anlage bekommt für den eingespeisten Strom eine entsprechende Vergütung. Um die Strommenge messen zu können, ist ein Einspeisezähler erforderlich. Daneben ist auch ein klassischer Stromzähler notwendig, der den aus dem öffentlichen Stromnetz wieder entnommenen Strom misst.

(2) Bei sogenannten Inselanlagen wird der über die Photovoltaik-Anlage erzeugte Strom selbst genutzt und nicht in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Grundsätzlich ist bei Photovoltaik-Anlagen die erzeugte Strommenge nicht durchgehend konstant, was auch mit der Intensität des Sonnenlichts zusammenhängt. Ohnehin entspricht die erzeugte Strommenge nicht immer dem tatsächlichen Energieverbrauch, sodass es zu Schwankungen kommt. Deshalb brauchen Inselanlagen, die nicht an das öffentliche Stromnetz angeschlossen sind, einen zusätzlichen Energiespeicher sowie einen zusätzlichen Laderegler, um den erzeugten Strom zu speichern und jederzeit abrufen zu können.

Photovoltaik-Technik: Wirtschaftlichkeit und Vergütung
Photovoltaik-Anlagen werden als Erneuerbare Energien auf verschiedene Weise staatlich gefördert. Die Fördermaßnahmen umfassen die gesetzliche (1) Einspeisevergütung für den erzeugten Solarstrom, die Förderung von (2) Stromspeichern sowie (3) zinsgünstige Kredite verschiedener Finanzinstitute und Banken.

(1) Wird der durch die Photovoltaik-Anlage erzeugte Strom in das öffentliche Stromnetz eingespeist, erhält der Betreiber der Anlage über einen Zeitraum von 20 Jahren einen festen Vergütungssatz pro Kilowattstunde erzeugten Stroms. Allerdings wurde durch die letzte Änderung des Erneuerbare Energien Gesetzes (EEG) 2014 bei 500 kWp (Kilowatt Peak) eine Obergrenze für die Zahlung der Einspeisevergütung gezogen. Neu- und hier vor allem Großanlagen mit einer höheren Leistung erhalten die Förderung nicht mehr in Form der Einspeisevergütung. Stattdessen erfolgt die Abwicklung der Stromeinspeisung über einen Direktvermarkter. Darüber hinaus ist der über eine Photovoltaik-Anlage selbst erzeugte Strom günstiger als der allgemeine Haushaltsstrompreis, wodurch weitere Kosten eingespart werden.

(2) Seit Mai 2013 gibt es eine Solarförderung für Stromspeicher. Dabei handelt es sich um einen zinsgünstigen Kredit der KfW-Bankengruppe mit einem Tilgungszuschuss von bis zu 660 Euro pro kWp der Photovoltaik-Leistung. Dadurch können die Kosten für die Anschaffung eines Stromspeichers um einige tausend Euro gesenkt werden.

(3) Neben der Einspeisevergütung werden auch für Photovoltaik-Anlagen zinsgünstige Kredite vergeben, die Teil der Solarförderung sind. Dazu gehören einige Banken ebenso wie die KfW-Bankengruppe und einige Bausparkassen, die die Finanzierung einer Photovoltaik-Anlage mit einer Kombination aus einem zinsgünstigen Sofortkredit und einem Bausparvertrag anbieten.

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Die Vorteile einer Photovoltaik-Anlage

Der entscheidende Vorteil von Photovoltaik-Anlagen besteht darin, dass es sich um eine umweltschonende Form der Stromgewinnung handelt, die auf der Kraft der Sonnenenergie basiert. Gegenüber anderen, für die Stromerzeugung verwendeten Energien ist Photovoltaik ausgesprochen umweltfreundlich, da keinerlei Abgase, beispielsweise Kohlendioxid, in die Erdatmosphäre abgegeben werden. Eine Photovoltaik-Anlage ist allerdings abhängig von der jeweiligen Wetterlage sowie von den Jahreszeiten, in denen die Dauer und die Intensität der Sonneneinstrahlung reduziert sind. Diese Schwankungen werden jedoch durch den Energiespeicher bei Inselanlagen oder durch die Möglichkeit, erzeugten Strom in das Netz einzuspeisen und umgekehrt aus dem öffentlichen Netz zu entnehmen, ausgeglichen. Auch wenn die Investition in eine Photovoltaik-Anlage mit höheren Anschaffungskosten verbunden ist, so werden diese durch die verschiedenen Fördermaßnahmen und durch den wesentlich geringeren Strompreis wieder ausgeglichen. Darüber hinaus hat eine Photovoltaik-Anlage eine Lebensdauer von rund dreißig bis vierzig Jahren, sodass diese Investition von Nachhaltigkeit geprägt ist.