Photovoltaikanlage: Technik, Planung, Kosten, Rendite

Aus der grenzenlosen Energie der Sonne Strom machen: Dieser Traum wurde in den 1950er Jahren Realität, als Photovoltaik (PV) erstmals erfolgreich zum Antrieb von Satelliten eingesetzt wurde. Seitdem hat sich die Technologie zu einem der bedeutendsten Treiber der Energiewende entwickelt und hilft tagtäglich dabei, den Ausstoß klimaschädlichen Kohlenstoffdioxids (CO₂) weltweit zu reduzieren.

Der Begriff „Photovoltaik“ bezeichnet die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Er leitet sich ab aus dem griechischen Wort für Licht (φ?ς bzw. phos) und dem Namen der Einheit elektrischer Spannung, dem Volt. Das Endprodukt der PV ist Strom, welcher mit Hilfe von Solarzellen aus Sonnenenergie erzeugt wird.

Anders verhält es sich bei der Solarthermie: Hier wird mittels sogenannter Sonnenkollektoren thermische Energie, also Wärme generiert. Verwechslungsgefahr ergibt sich daraus, dass Systeme zur Anwendung beider Techniken unter dem Begriff „Solaranlage“ zusammengefasst werden und sich zudem optisch ähneln.

Photovoltaik baut also zur Stromerzeugung auf die Kraft der Sonne. Diese liefert uns massenweise Energie in Form von elektromagnetischen Wellen: Licht. Mit ihrem Energieangebot übertrumpft sie – wenig überraschend – nicht nur alle konventionellen Energieträger um ein Vielfaches. Sie liefert auch im Vergleich zu anderen Erneuerbaren die mit Abstand meiste Power.

Die unvorstellbaren Energiemengen werden unter anderem mithilfe gigantischer Solarparks nutzbar gemacht, in denen viele Millionen Solarpanele verbaut sind. PV funktioniert aber auch bestens auf kleinem Raum wie dem Dach eines Einfamilienhauses.

Im Gegensatz zu Windturbinen, die nahezu ausschließlich als Teil industrieller Windparks Strom erzeugen, eignet sich die Photovoltaik damit hervorragend für Privatpersonen, die einen Beitrag zum Klimaschutz leisten wollen und unabhängiger von steigenden Energiekosten werden möchten. Nebenbei kannst Du als PV-Nutzer*in zudem von einer attraktiven Rendite profitieren.

Fun Fact: Wusstest Du, dass die Sonne innerhalb von 24 Stunden achtmal so viel Energie liefert, wie benötigt wird, um den Energiebedarf der Erde für ein ganzes Jahr zu decken?

Photovoltaik lohnt sich fast überall, nicht nur in sonnenverwöhnten Weltregionen wie rund um den Äquator. Auch in Deutschland gibt es mit über 1.500 Sonnenstunden im Jahr ausreichend Licht, um landesweit sauberen Strom zu produzieren.

Die jährliche Globalstrahlung liegt hierzulande bei über 1.000 Kilowattstunden (kWh) pro Quadratmeter. Sie umfasst nicht nur die direkte Sonneneinstrahlung bei klarem, blauem Himmel (Direktstrahlung), sondern auch die durch Wolken, Wasser- und Staubteilchen gestreute Strahlung (Diffusstrahlung) der Sonne.

Besonders praktisch: Moderne Solarpanele produzieren auch bei Bewölkung Strom; teilweise sogar mehr als bei Sonnenschein, denn zu große Hitze mindert die Leistung. Dieses sogenannte Schwachlichtverhalten ist eine zentrale Kennziffer der Leistung von Panelen. Aber wie genau funktioniert eigentlich eine Photovoltaikanlage? Im folgenden Abschnitt erfährst Du mehr.

Bereits 1839 machte der Physiker Alexandre Edmond Becquerel eine bahnbrechende Entdeckung, die den Weg für die heutige PV-Technologie frei machte: Bei einem Experiment stellte der Franzose fest, dass bei Licht etwas mehr Strom floss als im Dunkeln. Das Phänomen wurde von vielen weiteren Forscherinnen und Forschern untersucht und schließlich im Jahre 1905 von Albert Einstein erklärt. 1921 erhielt er dafür den Nobelpreis für Physik.

Konkret passiert beim sogenannten photoelektrischen Effekt Folgendes: Werden bestimmte feste Materialien mit kurzwelligem Licht (zum Beispiel UV-Licht) bestrahlt, werden die enthaltenen Elektronen auf ein höheres Energieniveau gehoben und dadurch freigesetzt. Der Energiezuwachs entsteht dadurch, dass die Elektronen Energie aus Photonen, den Lichtteilchen, aufnehmen.

Beim äußeren photoelektrischen Effekt ist der Energiezuwachs so groß, dass die Elektronen den Festkörper verlassen. Beim inneren photoelektrischen Effekt werden die Elektronen zwar angeregt, verbleiben in ihrem aktivierten Zustand aber im Material und erhöhen dadurch dessen elektrische Leitfähigkeit. Der innere photoelektrische Effekt ist besonders interessant für die Photovoltaik. Er tritt nur bei Halbleitern und Isolatoren auf. Das sind Festkörper, die eine mittlere beziehungsweise geringe Leitfähigkeit besitzen. 

Solarzellen, die Basis einer jeden PV-Anlage, bestehen aus einem Halbleitermaterial. Meistens ist dies Silizium; es gibt aber noch andere Halbleiter, wie zum Beispiel Germanium. Die Zellen machen sich einen Spezialfall des inneren Photoeffekts zunutze, der ausschließlich Halbleitern vorbehalten ist: Den photovoltaischen Effekt.

Um den photovoltaischen Effekt zu verstehen, schauen wir uns den Energiezuwachs der Elektronen durch Licht noch einmal genauer an. In diesem Zusammenhang ist das „Bändermodell“ von Bedeutung. Mit diesem Modell wird die elektrische Leitfähigkeit von Leitern, Nichtleitern und vor allem Halbleitern erklärt.

Es unterscheidet zwischen dem sogenannten Leitungsband und dem Valenzband. Wie der Name schon sagt, können sich Elektronen im Leitungsband frei bewegen, während sie im Valenzband als sogenannte Valenzelektronen Bindungen – „Valenzen“ – eingehen (können).

Nur, wenn eines der Bänder teilweise mit Elektronen besetzt ist, kann Strom fließen.

Ein Siliziumatom hat vier Valenzelektronen, die sich mit denen ihrer jeweils benachbarten Atome verbinden, wodurch Silizium seine typische gitterartige Kristallstruktur erhält.

Wie bei allen Halbleitern ist auch bei Silizium das Valenzband am theoretischen Ausgangspunkt von 0 Kelvin beziehungsweise -273,15 °C – dem absoluten Nullpunkt – vollständig belegt und das Leitungsband leer. Dazwischen klafft die sogenannte Bandlücke. In diesem Zustand kann keine Ladung transportiert werden: Wie bei einem Stau auf der Autobahn bewegt sich auf dem Valenzband nichts. Überwunden werden kann die Kluft zwischen den beiden Bändern nur durch ausreichend Energiezufuhr, entweder durch Wärme oder elektromagnetische Strahlung.

Hier kommt das Sonnenlicht ins Spiel:  Durch die Sonneneinstrahlung werden Elektronen freigesetzt und auf das Leitungsband „angehoben“, auf dem sie freie Fahrt haben. Dabei hinterlässt jedes Elektron eine Elektronenfehlstelle, auch bezeichnet als Loch, im Valenzband. In der Theorie entspricht dieses Loch einem positiv geladenen Ladungsträger, also dem Gegenstück des negativ geladenen Elektrons: Ein Elektronen-Loch-Paar ist entstanden.

Dieser Zustand mit dem freigewordenen, energieträchtigen Elektron ist allerdings nicht sehr stabil: Die Elektronen streben danach, schnellstmöglich wieder ein Loch zu füllen, wodurch sie – zurück im Valenzband – erneut gebunden wären und damit unbrauchbar für die Stromerzeugung.

Solarzellen lösen dieses Problem, indem sie ein elektrisches Feld kreieren. Dieses verhindert die Rekombination, also die neutralisierende Vereinigung der Elektronen und Löcher.

Das Ganze funktioniert wie folgt: Die Zellen bestehen aus zwei aufeinanderliegenden Siliziumschichten – eine obere, negativ-dotierte Schicht (n-dotiert) und eine untere, positiv-dotierte (p-dotiert). Dotiert heißt, dass die negative Ladung in der oberen und die positive Ladung in der unteren Schicht künstlich herbeigeführt wurden, indem bei der Herstellung Fremdatome wie zum Beispiel Phosphor oder Bor in das Silizium eingebracht wurden.

Ein Phosphoratom hat ein Elektron mehr als Silizium, sodass ein Elektron übrig bleibt, wenn das Phosphor in die Gitterstruktur des Siliziums integriert wird. So entsteht ein Elektronenüberschuss, also negative Ladung. Umgekehrt ist es bei Boratomen: Hier „fehlt“ ein Elektron, sodass im Silizium-Kristallgitter ein Loch übrig bleibt. Es herrscht also ein Überangebot an Löchern und damit positive Ladung.

Entscheidend ist, dass die überschüssigen Elektronen der n-dotierten Schicht und die überzähligen Löcher der p-dotierten Schicht nur locker gebunden sind. Dadurch benötigen sie bloß ein wenig thermische Energie, um in Bewegung zu geraten. In der Folge können sie ohne Probleme ihrer Natur folgen, ganz nach dem Motto „Gegensätze ziehen sich an“:

Die beweglichen Elektronen der Phosphoratome wandern aus der n-Schicht in die p-Schicht und verbinden sich dort neutralisierend mit freien Löchern. Die Phosphoratome in der n-Schicht verlieren also jeweils ein Elektron; zurück bleiben positive „Atomrümpfe“. Diese sind immer noch starr im Kristallgitter gebunden und die positive Ladung damit ortsfest, wie es im Fachjargon heißt.

Andersherum bewegen sich die Löcher der Boratome aus der p-Schicht auf die n-Seite und rekombinieren dort mit freien Elektronen. Übrig bleiben negative ortsfeste Ladungen in der p-Schicht.

Diese natürliche Ausgleichsbewegung von Teilchen zur Beiseitigung von Konzentrationsunterschieden nennt man Diffusion. Insgesamt gibt es dadurch allmählich immer weniger freie Ladungsträger, während sich jeweils die ortsfesten negativen auf der einen und die ortsfesten positiven Ladungen auf der anderen Seite vermehren. Dadurch entsteht ein elektrisches Feld, das die verbleibenden beweglichen Teilchen in die entgegengesetzte Richtung der Diffusionsbewegung schickt. Diese Bewegung wird auch Drift genannt.

Schließlich heben sich die beiden Kräfte gegenseitig auf. Am Grenzbereich zwischen den Schichten, dem sogenannten p-n-Übergang, entsteht ein Bereich ohne freie Ladungsträger beziehungsweise ausschließlich mit ortsfesten Ladungen. Dieser wird als Verarmungszone, Raumladungszone oder Sperrschicht bezeichnet.

Im Ergebnis ist die n-dotierte Siliziumschicht in der Nähe des Grenzbereichs paradoxerweise positiv geladen, während die p-dotierte Sicht negativ geladen ist. Die durch diese Raumladungen entstandene Spannung heißt Diffusionsspannung – etwas verwirrend, wirkt sie der Diffusionsbewegung doch gerade entgegen. Eine seltenere, aber verständliche Alternativbezeichnung ist daher Antidiffusionsspannung.

Kommen wir zurück zu den durch Licht entstehenden Elektronen-Loch-Paaren, deren Rekombination es zu verhindern gilt, um Strom zu generieren: Erzeugt ein Photon in der Raumladungszone ein Elektronen-Loch-Paar, wird letzteres durch das elektrische Feld, also die Diffusionsspannung, sofort getrennt. Das Elektron wandert als Feldstrom Richtung n-Schicht (die jetzt positiv geladen ist), das Loch Richtung p-Schicht.

Um diesen Strom abzuzapfen, befinden sich auf der oberen und unter der unteren Siliziumschicht Metallkontakte in Gitterform. Über diesen äußeren Stromkreis gelangen die Elektronen zur unteren Kontaktfläche der Zelle und vereinen sich dort mit den Löchern: Der Kreis ist geschlossen und der Sonnenstrom fließt, solange durch Licht weiterhin freie Elektronen erzeugt werden.

Solarzellen = PV-Anlage? Dies ist ein häufiger Trugschluss. Tatsächlich besteht eine klassische PV-Anlage aus vielen Komponenten, die für eine sichere und zuverlässige Stromerzeugung unabdingbar sind – Solarzellen sind nur ein Teil davon:

• Solarpanele („Solarmodule“), die aus mehreren Solarzellen bestehen
• Unterkonstruktion („Montagesystem“)
• Verkabelung
• Wechselrichter(„Inverter“)
• Stromzähler (Ein- oder Zwei-Richtungs-Zähler für Einspeisung und Bezug)
• Optional: Stromspeicher

Schauen wir uns diese Bestandteile noch einmal genauer an.

Solarzellen sind der Schlüssel zur Stromerzeugung aus Sonnenlicht. Zusammengekoppelt ergeben sie ein Solarpanel (auch Solarmodul genannt), das Herzstück der Photovoltaik. Hierbei sind die Zellen typischerweise in Reihe geschaltet, also in einem Stromkreis miteinander verbunden. Die Spannung der einzelnen Zellen summiert sich dabei. Der Nachteil an dieser Schaltung ist, dass die Zellen voneinander abhängig sind: Wird eine einzelne Zelle lokal verschattet, ist sie verschmutzt oder gar defekt, mindert das die Leistung aller anderen Zellen.

Um das zu verhindern, kommen sogenannte Bypass-Dioden zum Einsatz. Diese sind in modernen Solarpanelen standardmäßig verbaut. Sie teilen die Zellen der Module in verschiedene Blöcke ein: Liegt ein Defekt oder eine Verschattung vor, wird der jeweilige Block einfach umgangen. Die betroffene Zelle wird also aus dem Stromkreis ausgeklammert – und der Ertrag der gesamten Anlage gesichert.

Eine Alternative ist die Parallelschaltung, bei der die Zellen in mehrere Stromkreise gruppiert werden und dadurch unabhängig voneinander sind, sich ihre Leistung aber trotzdem summiert. Diese Variante ist bei der Installation allerdings aufwändiger und daher auch etwas teurer.

Ist ein komplettes Solarpanel über längere Zeit verschattet, kommen Bypass-Dioden an ihre Grenzen. In diesem Fall sind sogenannte Optimierer eine Lösung: Sie sorgen dafür, dass sich ein verschattetes Solarmodul nicht negativ auf die gesamte Anlage auswirkt. Ein erfahrener Solarteur wie EIGENSONNE legt großes Augenmerk auf solche Details und sagt Dir, welche Variante für Dich und Dein Budget die Beste ist.

Zur Minimierung von Umwelteinflüssen sind die Solarzellen der PV-Panele in eine Kunststoffschicht eingebettet. Die sonnenzugewandte Seite wird zusätzlich mit einer gehärteten Glasscheibe, die Rückseite mit einer witterungsfesten weißen Folie oder ebenfalls einem Glas geschützt (Glas-Glas-Module). Im Falle der weißen Folie wird das Licht reflektiert und praktisch ein zweites Mal durch die Solarzelle geschickt, wodurch sich der Wirkungsgrad erhöht.

Hinzu kommt meistens ein stabilisierender und schützender Aluminiumrahmen, der auch der besseren Handhabung bei Transport und Montage dient. Über eine Anschlussdose können Kabel angeschlossen und der erzeugte Strom so abgezapft werden.

Mithilfe des Rahmens werden die Module bei der gängigen Aufdach-Montage an einer Unterkonstruktion befestigt, die eine sichere Verankerung am Dach ermöglicht. Sie besteht unter anderem aus Schienen, auf die die Module geklemmt werden. Mehr dazu erfährst Du im Abschnitt „Wie wird eine Photovoltaikanlage installiert?“.

Jede Menge Kabel sorgen schließlich dafür, dass der erzeugte Strom ins Haus geleitet wird und Deine elektrischen Geräte erreicht. Der benötigte Querschnitt der Kabel ist dabei abhängig von der Größe Deiner Anlage und von der Länge der Leitung.

Aber Achtung: Solarmodule erzeugen Gleichstrom; das heißt, die Elektronen bewegen sich stets in dieselbe Richtung. Aus unseren Steckdosen kommt allerdings ausschließlich Wechselstrom, der quasi permanent seine Polung ändert. Um den Sonnenstrom nutzbar zu machen, muss er daher in Wechselstrom verwandelt werden. Diese Aufgabe übernimmt der Wechselrichter. Er ist damit fester Bestandteil einer jeden Anlage.

Für das Einleiten Deines Solarstroms ins öffentliche Netz bekommst Du Geld, die sogenannte Einspeisevergütung. Wie viel Strom Du einspeist, verrät der Einspeisezähler, ebenfalls Teil Deiner Solaranlage. Dieser ist häufig integriert in einen sogenannten Zweirichtungszähler, der gleichzeitig misst, wie viel Strom Du einspeist und wie viel Du selbst beziehst. Es gibt ihn aber auch als Einrichtungszähler zusätzlich zu einem separaten Bezugszähler. Mehr zu den verschiedenen Arten von Stromzählern liest Du hier.

Immer wichtiger werden darüber hinaus Stromspeicher, denn der Zeitpunkt der maximalen Stromproduktion deckt sich meist nicht mit dem des höchsten Verbrauchs: Mittags, wenn die Sonne am höchsten steht, sind zum Beispiel viele Menschen auf der Arbeit. Bei steigenden Energiekosten ist es für Dich als Besitzer*in einer PV-Anlage aber besonders lukrativ, so viel Deines erzeugten Stroms wie möglich selbst zu verbrauchen.  Umso besser also, wenn der Solarstrom auch im Dunkeln fließt!

Zwar bekommst Du für das Einleiten Deines Solarstroms die Einspeisevergütung. Die Vergütung, die Du pro Kilowattstunde eingespeisten Strom erhältst, ist jedoch deutlich niedriger als der Strompreis. Deshalb bietet es sich an, überschüssigen Strom zu speichern. Dadurch kann der Anteil des Eigenverbrauchs des erzeugten Stroms von ca. 30 % auf über 70 % erhöht werden. Du sparst damit nicht nur Geld, sondern erhöhst auch Deine Unabhängigkeit vom Energieversorger. Man spricht hier von Autarkie.

Der Klassiker für Privatpersonen sind Photovoltaikanlagen, die mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden sind. Mit ihnen kannst Du nicht nur von der Einspeisevergütung profitieren und Geld für den Strom erhalten, den Du nicht selbst verbrauchst und deshalb einspeist. Andersherum kannst Du auch Strom vom Stromversorger beziehen, sollte Dein Speicher einmal leer sein, während die Sonne nicht scheint.

Neben den typischen netzgekoppelten Anlagen gibt es auch Inselanlagen, die nicht mit dem öffentlichen Netz verbunden sind. Diese werden hauptsächlich an abgelegenen Orten ohne Stromzugang genutzt, wie auf Berghütten oder Booten. Hier ist ein Speicher wesentlicher Bestandteil, denn ohne ihn hat man bei unzureichender Sonnenstrahlung, wie etwa nachts, gar keinen Strom. Auch der Speicher kann jedoch einmal leer sein. In dem Fall ist es bei fehlender Infrastruktur nicht möglich, den nötigen Strom aus dem Netz zu beziehen. Wir von EIGENSONNE bieten aus diesem Grund ausschließlich netzgebundene Photovoltaikanlagen an.

Alle PV-Anlagen nutzen den photovoltaischen Effekt, um aus der Sonne Strom zu erzeugen. Gleichzeitig gibt es eine große Bandbreite an verschiedenen Solarzellentypen, die sich technisch teilweise deutlich voneinander unterscheiden. Die Art der Zelle beeinflusst dabei nicht nur die Qualität, sondern auch den Preis und Wirkungsgrad Deiner Anlage.

Der Wirkungsgrad gibt an, wie das Verhältnis zwischen eingestrahltem Licht und erzeugtem Strom ist: Ist der Wirkungsgrad hoch, verwandelt die Anlage Sonnenschein besonders effizient in Elektrizität.

Aber aufgepasst: Der Wirkungsgrad unterscheidet sich, je nachdem, welchen Bereich man betrachtet – Solarzelle, Solarpanel oder die gesamte Anlage mit Wechselrichter, Verkabelung & Co. So ist der Modulwirkungsgrad zum Beispiel etwas geringer als der einer Zelle, weil durch das Schutzglas ein kleiner Anteil des Sonnenlichts reflektiert wird.

Welcher Art eine Solarzelle ist, hat mit der Form des darin enthaltenen Siliziums zu tun.

Fun Fact: Silizium ist das zweithäufigste Element der Erde und folgt damit direkt hinter Sauerstoff. Silizium macht 15 % der gesamten Erdmasse aus; die Erdkruste besteht zu ganzen 25,8 % aus dem Halbmetall.

Silizium kommt nicht in reiner Form vor und muss daher in aufwändigen Verfahren aus Verbindungen mit Sand, Quarz und anderen Stoffen extrahiert werden. Dabei werden drei Hauptarten von Silizium im wahrsten Sinne des Wortes herauskristallisiert: Monokristallines, polykristallines und amorphes Silizium.

Monokristalline Solarzellen gehören zu den sogenannten Dickschichtzellen. Sie bestehen aus monokristallinem, also einkristallinem Silizium, welches sich durch ein homogenes Kristallgitter auszeichnet. Basis für die Herstellung der Solarzellen sind zylinderförmige Blöcke, sogenannte Ingots (Englisch für Barren), aus einkristallinem Silizium. Aus diesen werden dünne Scheiben („Wafer“, Englisch für „dünner Keks“) geschnitten, welche anschließend in weiteren Schritten zu Solarzellen weiterverarbeitet werden.

Monokristalline Module haben einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad von etwa 20 – 22 % und ein relativ gutes Schwachlichtverhalten, sind aber aufwändig in der Herstellung. Früher schlug sich dies oft in einem deutlich höheren Preis für monokristalline Solarpanele nieder. Die Herstellungskosten sind in den letzten Jahren jedoch deutlich gesunken und damit auch der Preis für entsprechende Solaranlagen.

Polykristalline Solarzellen sind ebenfalls Dickschichtzellen. Sie bestehen aus polykristallinem Silizium. Dieses besteht aus vielen kleinen Einzelkristallen unterschiedlicher Größe, die durch sogenannte Korngrenzen voneinander getrennt sind. Das Kristallgitter ist also, anders als bei monokristallinen Silizium, nicht homogen.

Da an den Grenzen der Kristallflächen Stromverluste auftreten, ist der Modulwirkungsgrad mit 15 – 20 % etwas geringer als bei Modulen mit monokristallinen Zellen. Auch für die Herstellung dieser Siliziumart werden Wafer aus Ingots geschnitten. Die Fertigung der Blöcke aus polykristallinem Silizium ist allerdings einfacher, was lange Zeit in niedrigeren Preisen für diese Solarzellenart resultierte. Deshalb waren Solarpanele aus polykristallinem Silizium in der Vergangenheit der beliebteste Typus und sind entsprechend weit verbreitet.

Das monokristalline Silizium legte jedoch durch die Preissenkungen in den letzten Jahren eine Aufholjagd hin und hat mittlerweile einen Marktanteil von über 80 %. Das liegt nicht nur an der geringeren Leistung, sondern auch am schlechteren Schwachlichtverhalten der polykristallinen Zellen. In Deutschland, wo bis zu 60 % des Solarstroms unter nicht-optimalen Bedingungen erzeugt werden, ist dies ein entscheidender Faktor bei der Planung Deiner PV-Anlage.

Die dritte Art von Silizium ist amorphes, das heißt nicht-kristallines Silizium. Sie findet Anwendung in sogenannten Dünnschichtzellen. Hier ist der Name Programm: Bei den Dünnschichtsolarzellen wird lediglich eine dünne Schicht des Halbleiters auf ein Trägermaterial aufgebracht, zum Beispiel durch Aufdampfen. Das Ergebnis sind Solarzellen, die etwa 100-mal dünner sind als ihre dickschichtigen Verwandten. Solche Zellen sind viel preiswerter als poly-und monokristalline Varianten, haben aber auch einen deutlich niedrigeren Wirkungsgrad (unter 10 %).

Dafür arbeiten sie sehr effizient bei wenig Licht und finden sich deshalb oft auf Taschenrechnern oder Uhren. Besonders praktisch: Dank der Möglichkeit, flexible Trägermaterialien einzusetzen, können rollbare Solarzellen kreiert werden. Diese werden zum Beispiel in Wanderrucksäcke integriert. Als Teil einer großen PV-Anlage kommen Dünnschichtzellen wegen ihres niedrigen Wirkungsgrads dagegen nur zum Einsatz, wenn ausreichend Platz zur Verfügung steht.

Neben amorphem Silizium werden auch andere Ausgangsmaterialien in Dünnschichtzellen verwendet. Dazu gehören Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-(Gallium)-Schwefel-Selen-Verbindungen. Nach letzteren sind CIGS- beziehungsweise CIS-Solarzellen benannt. Diese erreichen Wirkungsgrade, die denen von polykristallinen Dickschichtzellen nahekommen. Für Einfamilienhäuser kommen sie dennoch meistens nicht in Frage, weil sich die kristallinen Varianten trotz der höheren Anschaffungskosten tendenziell mehr lohnen.

Ein weiterer Vorteil der Wafer-basierten Zellen: Sie sind extrem langlebig. So berichtet das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, „ […] dass es eine Herausforderung für die Wissenschaftler darstellt, Leistungsverluste überhaupt nachzuweisen“. Dünnschichtzellen sind ebenfalls robust und halten locker zehn Jahre; hier konnte aber zumindest eine leichte Degradierung beobachtet werden

Die Frage, wie Deine Photovoltaikanlage installiert wird, richtet sich nach verschiedenen Faktoren. Welche Dachform hast Du? Gibt es Ziegel und wenn ja, welche? Für welche Panelart hast Du Dich entschieden? Wie schwer sind die entsprechenden Module?

Inzwischen sind auch Solardachziegel marktreif. Hierbei ist die Solarzelle in die Ziegel integriert, sodass diese Montageart am wenigsten Einfluss auf das Gesamtbild des Daches hat. Diese Variante ist daher attraktiv, wenn das Visuelle eine große Rolle spielt, wie etwa bei denkmalgeschützten Häusern. Auch bei Neubauten oder wenn eine Dachsanierung ansteht, können sich die Solarziegel anbieten.

Aus rein wirtschaftlicher Perspektive sind sie (noch) nicht vollumfänglich empfehlenswert, da sie hohe Kosten bei der Installation mit sich bringen: Jeder einzelne Ziegel muss händisch angeschlossen werden, was deutlich aufwendiger ist, als die Montage der großflächigen Module. Gleichzeitig haben Solardachziegel häufig noch einen geringeren Wirkungsgrad als herkömmliche Solarpanele.

Bei Flachdächern mit 10 Grad Neigung oder weniger werden die Solarpanele mit speziellen Unterkonstruktionen aufgeständert. Dabei können sie, anders als auf Schrägdächern, optimal ausgerichtet werden. Typisch ist eine Süd- oder eine Ost-West-Ausrichtung. Letztere erzeugen zwar insgesamt etwas weniger Strom. Dafür tun sie dies zu Zeiten, in denen er besser genutzt werden kann: Morgens und am Nachmittag beziehungsweise Abend.

Die Neigung der Panele ist tendenziell niedriger als bei Schrägdächern, um gegenseitige Verschattung und Windanfälligkeit zu reduzieren. Dennoch muss die Anlage zusätzlich gegen Sturm gesichert werden, indem sie entweder am Dach verschraubt oder beschwert wird. Beim Verschrauben muss sehr gut auf die Abdichtung geachtet werden, damit nach der Installation kein Wasser eindringt. Für die Beschwerung mit Gewichten muss das Dach hingegen eine ausreichende Statik aufweisen.

Zum anderen sind Photovoltaikanlagen über die Jahre immer günstiger geworden. Das liegt an gesunkenen Produktionskosten und der großen Nachfrage. Laut Fraunhofer ISE sind die Preise für Photovoltaikanlagen zwischen 2006 und 2020 um über 75 % gefallen. Dadurch amortisiert sich eine Investition in Solarenergie schneller als noch vor 10 Jahren.

Ein weiterer Benefit: Deine Immobilie erhält mit einer PV-Anlage eine ordentliche Wertsteigerung.

Natürlich gibt es ein paar wenige Ausnahmen, bei welchen wir Dir von einer Anlage abraten würden. Wenn etwa Dein Dach zu klein oder dauerhaft beschattet ist. Abgesehen davon liefern die rund 1.500 jährlichen Sonnenstunden in Deutschland so viel Energie, dass sich Photovoltaik fast für alle Hausbesitzer lohnt.

Eine Investition in Photovoltaik rechnet sich also für Deinen Geldbeutel – und natürlich für die Umwelt. Wenn Du Wert auf eine bequeme monatliche Zahlung legst und nebenbei von unserem umfassenden Service-Paket profitieren möchtest, ist die Solarmiete Deine Alternative zum Kauf.

Alles in allem lohnt es sich, so bald wie möglich mit der Planung loszulegen!

Die Rentabilität Deiner Photovoltaikanlage hängt von vier zentralen Faktoren ab:

• Wie effizient verwandelt die Anlage grundsätzlich Sonne in Strom?
• Wie wirken sich externe Faktoren wie Lage und Umgebung auf die Anlage aus?
• Wie ist Dein Verbrauchsverhalten und möchtest Du einen Stromspeicher nutzen?
• Wie hoch ist Deine Einspeisevergütung und wie entwickeln sich die Stromkosten?

Wie effizient Deine Anlage arbeitet, hängt wie beschrieben davon ab, für welche Art von Solarpanelen Du Dich entscheidest. Darüber hinaus beeinflussen aber noch andere Faktoren den Wirkungsgrad, zum Beispiel die Temperatur. Um vergleichbare Größen hinsichtlich der Leistung zu bekommen, wurden deshalb theoretische Standard-Testbedingungen (Standard Test Conditions, STC) festgelegt, auf die sich die angegebene Leistung von Solarmodulen bezieht.

Diese sogenannte Nennleistung wird in der Einheit Watt Peak (W_p) gemessen. Auf der Ebene der kompletten Anlage wird meist die Einheit Kilowatt Peak (kW_p) genutzt, da man es sonst mit sehr großen Zahlen zu tun hätte (1 kW_p = 1000 W_p). Peak ist Englisch und bedeutet Spitze beziehungsweise Gipfel – die Leistung wird unter praktisch optimalen Bedingungen betrachtet.

Dies sind die Folgenden:

• Zellentemperatur = 25°C
• Bestrahlungsstärke = 1000 W/m² → Die Sonneneinstrahlung beträgt 1.000 Watt pro Quadratmeter
• Luftmasse (AM) = 1,5 → AM steht für Air Mass, Englisch für Luftmasse.

AM ist ein Maß für die Länge des Weges, den das Licht der Sonne durch die Erdatmosphäre bis zur Erdoberfläche zurücklegen muss. Die Länge des Weges beeinflusst die Strahlungsleistung des Sonnenlichts. Wenn das Sonnenlicht senkrecht auf die Erde fällt, die Sonne also im Zenit steht, ist AM = 1. Bei einer AM von 1,5 ist der Einfallswinkel ca. 48°. Da die Bestrahlungsstärke dabei 1.000 W/m² beträgt, wurde diese Luftmasse für die Standardtestbedingungen ausgewählt.

Die Nennleistung gibt also die Leistung Deiner Solarpanele unter genormten Testbedingungen an. Die tatsächliche Leistung beim Betrieb kann unterschiedlich ausfallen, denn die Sonneneinstrahlung variiert je nach Tageszeit, Jahreszeit. Auch die geographische Lage Deines Hauses, etwa der Breitengrad, spielt eine Rolle. Mehr dazu erfährst Du im nächsten Abschnitt.

Ergänzend wird daher neben dem Watt Peak auch die sogenannte Normal Operating Cell Temperature (NOCT) ermittelt, welche ebenfalls in den Datenblättern der Photovoltaikpanele zu finden ist. Diese geht von 45°C Temperatur auf Panelebene und einer Strahlungsstärke von 800 W/m² aus.

Hinzukommen Faktoren wie Leistungsverluste durch Kabel, bei der Umwandlung des Stroms im Wechselrichter sowie durch andere Bauteile. Die Summe der Verluste einer gesamten Anlage können vier und mehr Prozent erreichen. Das klingt zunächst nach nicht viel, summiert sich aber über die Lebensdauer einer Anlage auf einige Kilowattstunden und schmälert so etwas den Gesamtertrag. Daher ist beim Bau einer Solaranlage neben der Wahl der passenden Solarzellen (sprich: Panele) auch die Auswahl der übrigen Bauteile wichtig.

Für den Ertrag Deiner Anlage spielen außerdem externe Faktoren wie die Größe der bebaubaren Fläche, die Lage und Umgebung des Gebäudes, auf dem die Solarpanele installiert werden sollen, sowie die Ausrichtung der Module eine Rolle.

Generell gilt: Je mehr Panele auf Deinem Dach Platz finden, desto größer wird Dein Stromertrag sein. Die Umgebung ist ebenfalls entscheidend, da eine Verschattung, etwa durch Nachbarhäuser oder Bäume, die Produktivität beeinflussen kann. 

Die Lage Deines Eigenheims beeinflusst darüber hinaus, wie viel Sonne auf Deine Solarmodule scheint. Grundsätzlich lohnt sich Photovoltaik, wie bereits erwähnt, praktisch überall in Deutschland. Dennoch gibt es regionale Unterschiede in der Sonneneinstrahlung, die Solarteure bei der Planung berücksichtigen. Sie nutzen dafür Karten, die die durchschnittliche Sonneneinstrahlung in einem bestimmten Zeitraum für eine bestimmte Region anzeigen.

Solarkataster, etwa von Kommunen, brechen solche Informationen detailliert auf besonders kleine Gebiete runter. Mithilfe eines solchen Katasters kannst Du prüfen, ob sich in Deiner Gemeinde eine Photovoltaikanlage lohnt – und das tut sie in ganz Deutschland dank der mehr als 1.500 jährlichen Sonnenstunden fast immer.

Warum die Ausrichtung der Module entscheidend ist, ahnt jeder, der mal einen Nordbalkon hatte. Aber keine Sorge: Neben Süd- sind auch Ost-West-Dächer lukrativ. Zwar wird mit einer Ost-West-Anlage in der Regel weniger Gesamtstrom produziert. Dafür aber zu Tageszeiten, an denen er besser genutzt werden kann.

Bei Flachdächern können die Panele exakt nach der gewünschten Himmelsrichtung ausgerichtet werden. Bei Schrägdächern gibt die Position des Dachs die Ausrichtung vor. Leichte Abweichungen vom Ideal sind aber kein Problem – wir berücksichtigen das bei der digitalen Planung Deiner eigenen PV-Anlage.

Natürlich hängt die Rentabilität Deiner Solaranlage auch davon ab, wie viel Strom Du verbrauchst. Hier ist also der Stromverbrauch pro Jahr in Deinem Haushalt relevant. Und auch, ob Du vorhast, in Kombination mit Deiner Photovoltaikanlage neue Verbraucher wie zum Beispiel ein E-Auto anzuschaffen. Oder ob weitere Familienmitglieder samt Wäschebergen hinzukommen.

Ebenfalls entscheidend für die Wirtschaftlichkeit Deiner PV-Anlage ist, ob Du einen Stromspeicher nutzen möchtest, oder nicht. Dieser hilft Dir dabei, den Anteil des Eigenverbrauchs des erzeugten Sonnenstroms deutlich zu steigern. Ein Speicher ist aber auch mit höheren Anschaffungskosten verbunden.

All diese Faktoren kalkuliert ein professioneller Solarteur wie EIGENSONNE mit ein und berät Dich zu der Frage, welche PV-Anlage sich für Dich am meisten rechnet.

Die wichtigsten Faktoren zur Rentabilität Deiner PV-Anlage:

• Wie groß ist Dein Dach?
• Wie viele Solarpanele passen drauf?
• Für welche Art von Solarpanelen entscheidest Du Dich?
• Wie hoch ist der Einstrahlwert auf Deinem Dach?
• Wie hoch ist der jährliche Stromverbrauch in Deinem Haushalt?
• Nutzt Du einen Batteriespeicher?
• Wie hoch ist Deine vom Datum der Inbetriebnahme abhängige Einspeisevergütung?
• Kommen noch andere Faktoren wie eine Wallbox für Dein E-Auto ins Spiel?

Bei der Planung einer Photovoltaikanlage empfiehlt es sich, auf professionelle Unterstützung durch einen kompetenten, erfahrenen Solarteur wie EIGENSONNE zurückzugreifen. Wir behalten den Überblick und beraten Dich zu allen Fragen, die aufkommen könnten: Welche Solarpanele? Welche Ausrichtung? Welche Größe? Speicher oder nicht?

Der Prozess von der Entscheidung bis zum Kauf einer eigenen Solaranlage war bisher oft unübersichtlich, bürokratisch und langwierig. EIGENSONNE löst dieses Problem mit einem intelligenten Mix aus Technologie und verkürzten Prozessen.

Wir wissen: Du hast Besseres zu tun, als Dich tagelang mit Photovoltaikanlagen auseinanderzusetzen. Wenn Du Dich für eine EIGENSONNE Anlage entscheidest, kümmern wir uns deshalb um alles, bis die Anlage betriebsbereit auf Deinem Dach steht – lästiger Papierkram inklusive. Selbstverständlich stehen wir Dir dabei jederzeit über Telefon oder E-Mail zur Verfügung.

Der Prozess umfasst die folgenden Schritte:

• Maßgeschneidertes Angebot
• Detaillierte Planung
• Fachmännische Installation
• Anmeldung

Mit wenigen Klicks beantwortest Du ein paar anfängliche Fragen zu den Gegebenheiten bei Dir vor Ort. Mittels Satellitenbildern nehmen wir anschließend eine erste Begutachtung Deines Daches vor. So können wir einschätzen, ob es für eine rentable PV-Anlage geeignet ist. Eine detaillierte Analyse erfolgt, nachdem Du uns Fotos von Dach und Zählerschrank geschickt hast. Keine Sorge, wir begleiten Dich Schritt für Schritt mit leicht verständlichen Erklärungen und Beispielbildern.

Unsere Solar-Expert*innen berechnen auf Basis dieser Informationen die belegbare Dachfläche und machen Dir unverbindlich ein passendes Angebot mit transparenten Preisen. Darin erfährst Du unter anderem, wie viel Geld Du mit der jeweiligen Anlage sparen würdest. Auch Deine zu erwartende CO₂-Ersparnis siehst Du auf einen Blick.

Bei der Planung Deiner Anlage wissen wir, worauf es ankommt: Wir berücksichtigen Faktoren wie Verschattung und Ausrichtung Deines Daches, Deinen Stromverbrauch und Deinen Geldbeutel. Mithilfe ausgefeilter Technik können wir sogar bei lokaler Verschattung einzelner Solarpanele eine Anlage planen, die hohe Erträge bringt. Natürlich kümmern wir uns auch um die Beschaffung der Materialien, die Organisation unserer regionalen Montageteams und alles, was es sonst noch zu bedenken gibt. Du kannst Dich zurücklehnen und Dich entspannt auf Deine Anlage freuen!

Du nimmst unser Angebot an? Dann setzen wir uns umgehend mit Dir zwecks eines Wunschtermins für die Montage Deiner Photovoltaikanlage in Verbindung. Ist alles geregelt, kann es endlich losgehen: Der große Tag ist gekommen und Deine PV-Anlage wird installiert! Einen bis maximal zwei Tage ist eines unserer festangestellten, regionalen Montageteams dafür bei Dir vor Ort.

Bei größeren Anlagen kommen sogar mehrere EIGENSONNE Teams aus der Nähe zusammen, um Deine Solaranlage in Rekordzeit auf Dein Dach zu bringen. Am Ende übergeben wir Dir eine technisch betriebsbereite Anlage und eine tipptopp saubere Baustelle. In Betrieb geht sie dann bei der vom Netzbetreiber vorgenommenen Zählersetzung.

Im Rahmen der Planung Deiner PV-Anlage stellen wir beim Netzbetreiber eine Anfrage zum Netzanschluss. Bei dieser sogenannten Netzverträglichkeitsprüfung wird routinemäßig überprüft, ob das Netz aktuell in der Lage ist, Leistung aus einer PV-Anlage aufzunehmen. Dies ist in der Regel der Fall und eine Formalie.

Nach der technischen Inbetriebnahme der Anlage erfolgt die Fertigmeldung. Danach stellen wir, ebenfalls beim Netzbetreiber, einen Antrag auf Setzung eines Zweirichtungszählers. Auch beim Marktstammdatenregister (MaStR) der Bundesnetzagentur melden wir Deine Anlage gerne für Dich an. Wir nehmen Dir also jede Menge Papierkram und bürokratischen Aufwand ab.

Zwei Entscheidungen können wir Dir nicht abnehmen, beraten Dich aber gerne dazu. Diese betreffen die Einspeisevergütung und die Anmeldung beim Finanzamt.

Bei Anmeldung Deiner netzgekoppelten Anlage musst Du Dich laut Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) zwischen verschiedenen Varianten der Einspeiseregulierung entscheiden. Am bekanntesten sind die sogenannte 70 %-Regelung und das Einspeisemanagement.

Update: Im Rahmen des Osterpakets vom Juli 2022 wurde die Einspeiseregulierung für Anlagen unter 25 kW_p abgeschafft. Künftig entfällt für Besitzer*innen kleinerer Anlagen damit die Entscheidung für eine Art der Einspeiseregulierung.

Beim Kauf einer netzgekoppelten Anlage musst Du Dich auch beim Finanzamt melden, denn als stolzer Besitzer einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage bist Du nach Auffassung des Finanzamtes als Unternehmer*in tätig. Du kannst Dich dabei für eine Art der Besteuerung entscheiden.

Grundsätzlich kannst Du entscheiden, ob Du die Umsatzsteuer zahlst oder die Kleinunternehmerregelung (bis zu einem Umsatz von 17.500 € von der Mehrwertsteuer befreit) in Anspruch nimmst. Wählst Du die erste Variante, musst Du die eingenommene Umsatzsteuer aus Deiner Einspeisevergütung die ersten 23 Monate lang monatlich, danach jährlich, an das Finanzamt geben. Im Gegenzug kannst Du Dir die Mehrwertsteuer für den Kauf Deines Solarstromsystems zurückholen. Achtung: Das gilt nur, wenn Speicher und Solaranlage zusammen gekauft und in Betrieb genommen werden!

Update: Im Zuge einer Reihe von Steuererleichterungen entfällt ab 1. Januar 2023 die Mehrwertsteuer auf Photovoltaikanlagen.

Die Kosten für Photovoltaikanlagen sind in den letzten Jahren immer weiter gesunken. Konkret hängt der Preis einer Photovoltaikanlage davon ab, was Du damit erreichen möchtest.

Generell gilt: Je mehr Autarkie und Kostensicherheit Du anstrebst, desto höher sollte Dein anvisierter Ertrag an Sonnenstrom sein. Entsprechend groß sollte also auch Deine Solaranlage und gegebenenfalls der Speicher sein.

Natürlich spielt Dein Stromverbrauch auch eine entscheidende Rolle. So hat eine vierköpfige Familie ganz andere Bedürfnisse als ein zu zweit lebendes Paar. Wir empfehlen Dir, einen Blick auf Deine letzten Jahresabrechnungen zu werfen und darüber hinaus einen kleinen Puffer einzuplanen. Vielleicht steigst Du ja bald auf ein Elektroauto um? Oder es kommt noch Nachwuchs in Haus?

Einen ersten Überblick über verschiedene Varianten von PV-Anlagen mit und ohne Speicher bekommst Du hier. Natürlich planen wir jede Anlage ganz individuell nach Deinen Bedürfnissen und den Gegebenheiten vor Ort und machen Dir gerne ein maßgeschneidertes Angebot. Die Komplettpakete sind deshalb nur ein kleiner Ausschnitt von dem, was möglich ist.

Eines haben all unsere Angebote aber gemeinsam: Alles ist bereits eingepreist! Von der aufwendigen digitalen Planung Deiner Anlage, über die Beschaffung der Materialien und die Montage, bis hin zur Anmeldung beim Netzbetreiber. Dich erwarten also keine versteckten Kosten.

Und für alle, die ohne hohe Investition ihre Stromkosten ab dem 1. Tag senken wollen, haben wir auch etwas parat: Unsere Solarmiete. Hier bekommst Du zu einem festen monatlichen Preis eine komplette Photovoltaikanlage mit allem Drum und Dran – Versicherung, Wartung und Reparaturen inklusive!

Eine Photovoltaikanlage ist eine nachhaltige Geldanlage mit praktisch sicherer Rendite. Gleichzeitig bedarf sie einer Investition, die nicht jeder einfach so stemmen kann. Es gibt daher verschiedenste Finanzierungs- und Fördermöglichkeiten, die Dir die Anschaffung einer Solaranlage erleichtern.

Bei der Finanzierung Deiner Anlage gibt es drei klassische Möglichkeiten:

• Finanzierung über die Hausbank
• Spezielle PV-Kredite oder Kredite für Modernisierung und Bausanierung von Banken
• Vorausdarlehen bei Bausparkassen

Noch einfacher finanzierst Du Deine Photovoltaikanlage direkt bei EIGENSONNE mit unserer Solarmiete. Damit kannst Du ohne hohe Investition und Risiko Deine Stromkosten senken und CO₂ einsparen. Diese einfache Alternative zur Finanzierung über eine Bank bieten wir Dir für fast alle unsere Anlagen, und zwar im Komplettpaket. Versicherung, Wartung und Reparaturen: Wir übernehmen alles!

Die Vorteile der Solarmiete:

• 0 € Anzahlung, keine Anschaffungskosten
• 20 Jahre Service-Paket samt Reparatur oder Ersatz
• Versicherung & Wartung Deiner Photovoltaikanlage inklusive
• Willkommensrabatt von 360 € für Neukund*innen
• Die Einspeisevergütung bekommst Du!
• Deutlich geringere Stromkosten
• Gut fürs Klima durch Einsparung von CO₂

Heutzutage gibt es einen unübersichtlichen Dschungel an Fördermöglichkeiten, der die Wahl einer geeigneten Option erschwert. Fördergelder gibt es oft vom Bund, vielleicht auch von Deinem Bundesland oder Deiner Gemeinde. Auch Förderbanken und Energieversorger bieten mitunter Kredite beziehungsweise Zuschüsse an.

Unterschieden wird dabei zwischen der Investitionsförderung im Rahmen der Anschaffung einer Anlage und der Förderung durch die Einspeisevergütung während des Betriebs. Die wesentlichen Förderungsmöglichkeiten für die Investition in eine Photovoltaikanlage sind:

• Kredite der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW): Bei der KfW bekommen Privatpersonen zinsgünstige Darlehen, die eine Laufzeit von 5, 10 oder 20 Jahren haben können.
• Weitere Förderungen der öffentlichen Hand: Der Bund, einige Bundesländer und viele Gemeinden beteiligen sich an der Photovoltaik-Förderung. Die Förderdatenbank des BMWK bietet einen guten Einstieg.
• Zuschüsse von Energieversorgungsunternehmen: Diese können für eine neue Anlage oder die Erweiterung einer bestehen Anlage gewährt werden. Es kommt immer auf die Förderbedingungen an. Deshalb ist es sehr wichtig, dass Du diese kennst, bevor Du einen Antrag stellst.

Weitere Informationen zu Investitions- und betrieblicher Förderung haben wir hier zusammengetragen. Eine gute Recherche lohnt sich, denn mit der richtigen Förderung kannst Du viel Geld beim Kauf oder der Miete Deiner Solaranlage sparen.

Es gibt einige gesetzlichen Vorgaben zum Bau einer Photovoltaikanlage. Entscheidest Du Dich für EIGENSONNE, kümmern wir uns um die meisten davon. Dazu gehören die Anmeldungen beim Netzbetreiber und bei der Bundesnetzagentur im Rahmen des Marktstammdatenregisters.

Die vielfach zitierte Baugenehmigung für PV-Anlagen ist für normale Aufdachanlagen, die parallel zum Dach aufgebaut werden, glücklicherweise nicht mehr nötig. Ausnahmen gibt es beim Denkmalschutz und manchmal auch im Rahmen örtlicher Bebauungspläne. So könnte ein Bauamt zum Beispiel den Bau untersagen, wenn eine PV-Anlage nach behördlicher Sicht den Charakter eines Dorfes zu sehr verändern würde – unabhängig vom Denkmalschutz. Hierzu geben wir Dir gerne eine erste Einschätzung; zur Sicherheit solltest Du Dich zusätzlich bei Deinem lokalen Bauamt beziehungsweise der Bauverwaltung informieren.

Wie oben erwähnt, gibt es zudem ein paar steuerliche Aspekte zu beachten. Dazu gehört zum Beispiel die Entscheidung zwischen Umsatzsteuer und Kleinunternehmerregelung.