Balkonkraftwerke - Stromerzeugung mit Photovoltaik und Solarmodulen für Balkon, Garage oder Garten E-Book

Stiftung Warentest

• Herausgeber: Stiftung Warentest
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 232

Veröffentlichungsjahr: 2024

Beschreibung

Solarstrom für alle - Stromkosten sparen mit Sonnenenergie Sie können oder wollen keine komplette Photovoltaikanlage auf dem eigenen Dach installieren? Dann sind sogenannte Steckersolaranlagen, auch Balkonkraftwerke genannt, eine preiswerte und einfach zu handhabende Alternative für Sie. In diesem Ratgeber erfahren Sie, wie Sie Ihren eigenen Strom erzeugen und eine kleine Solarstromanlage auf Ihrem Balkon, Garagendach oder Ihrer Terrasse selbst installieren können. Solarpanele für den Balkon sind prädestiniert für Heimwerker, denn sie müssen nicht vom Elektriker angeschlossen werden und die Genehmigung des Vermieters oder der Eigentümergemeinschaft kann nur in besonderen Fällen verweigert werden. Balkonkraftwerke können bis zu 20 Prozent des Grundbedarfs an Strom decken. Die Musterrechnungen im Handbuch helfen Ihnen, die beste und günstigste Lösung für Ihren persönlichen Bedarf zu finden, egal ob Sie Photovoltaikmodule an der Balkonbrüstung befestigen oder auf dem Flachdach einer Garage aufstellen wollen. Je nach Leistung hat sich eine Balkonsolaranlage innerhalb von sechs bis neun Jahren amortisiert. Das Buch unterstützt Sie nicht nur bei der Planung und Auswahl des für Sie geeigneten Solarkraftwerks, sondern auch bei der Umsetzung mit detaillierten Anleitungen zu Installation, Betrieb und Wartung. Außerdem berät Sie der Leitfaden bei allen technischen und rechtlichen Fragen. - Strom erzeugen mit Solarenergie – Ökobilanz von Solarstrom und Technik - Wie Balkonkraftwerke funktionieren – Module, Wechselrichter, Leistung, Ertrag, Stand der Technik - Voraussetzungen für den Betrieb – Recht & Gesetz, Gewährleistung & Garantie, Versicherungen, Förderung - PV-Anlage planen – Stromverbrauch und -bedarf, Kaufen, Bastler & Recycler - Balkonkraftwerk installieren – Optimierung, Montageanleitung - Die Solaranlage optimal nutzen – Pufferspeicher, Smart Home, Pflege & Wartung

Leseprobe

Balkonkraftwerke

Modellauswahl, Installation, Ertrag, Speicherung

Inhaltsverzeichnis

Was wollen Sie wissen?

Strom erzeugen mit der Energie der Sonne

Einführung in die Photovoltaik

So funktioniert Photovoltaik

Solarstrom und Umweltbilanz

Strom speichern: die Technik

Der Boom der Balkonkraftwerke

Wie Balkonkraftwerke funktionieren

Module und Wechselrichter

Leistung und Ertrag

Aktuelle Entwicklungen und Stand der Technik

Voraussetzungen für den Betrieb

Was sagt das Gesetz?

Ihr gutes Recht

Gewährleistung und Garantie

Widerruf und Umtausch

Stecker-Kraftwerke im Schrebergarten

Versicherungen

Fördermöglichkeiten

Anlage zusammenstellen und kaufen

Den aktuellen Stromverbrauch ermitteln

Mehr Power für den künftigen Strombedarf?

Was ist wichtig beim Anlagenkauf?

Für Bastler und Recycler: ein Balkonkraftwerk selbst bauen

Ein Balkonkraftwerk installieren

Den besten Ertrag herausholen

Installation am Balkon

Die Solaranlage optimal nutzen

Pufferspeicher und Balkonkraftwerk

Balkonkraftwerk und Smart Home

Pflege, Wartung und Erweiterung

Hilfe

Glossar

Wohngebäudeversicherung: Top-Tarife aus unserem Test

Privathaftpflichtversicherung: die 21 besten Tarife

Stichwortverzeichnis

Was wollen Sie wissen?

Ihre Nachbarn haben es schon und schwärmen von den eingesparten Stromkosten? Sie lesen vom Boom der Mini-Photovoltaikanlagen und kommen jetzt auch ins Grübeln? Bevor Sie eine „Stecker-Solaranlage“ an der Balkonbrüstung befestigen oder auf dem Flachdach einer Garage aufstellen, gibt es noch einige Fragen zu klären.

Panels mit 900 oder 2000 Wp, Wechselrichter mit 600 oder 800 W? Was stimmt denn nun?

Das sogenannte Solarpaket der Bundesregierung zur Förderung der Photovoltaik in Deutschland hat auch Änderungen für die Leistungswerte und die Genehmigung von „Stecker-Solarkraftwerken“ beziehungsweise Balkonkraftwerken gebracht. Die Leistung der Photovoltaikpanels darf jetzt bis 2000 Watt Peak gehen. Die erlaubte Einspeiseleistung des Wechselrichters wurde von bisher maximal 600 Watt auf jetzt 800 Watt angehoben. Die Anmeldung beziehungsweise Registrierung der Anlagen muss nicht mehr beim Stromversorger erfolgen, sondern nur noch in einer vereinfachten Version beim Marktstammdatenregister (siehe Seite 138).

Auch bisher bestehende technische Hinderungsgründe wurden jetzt beseitigt.

Ein Zweirichtungszähler – also digitaler Stromzähler – ist nicht zwingend Voraussetzung. Übergangsweise dürfen die Anlagen weiterhin alte Ferraris-Zähler ohne Rücklaufsperre nutzen. Die laufen dann einfach rückwärts, wenn Strom eingespeist wird.

Gibt es denn eine Förderung, wenn ich ein Stecker-Solarkraftwerk installiere?

Eine bundesweite Förderung für die Installation eines Balkonkraftwerks in privaten Haushalten durch die Regierung gibt es aktuell (1. Oktober 2024) nicht. Allerdings wird seit Januar 2023 von Staats wegen auf den Kauf der Solaranlage und der dazugehörigen Komponenten keine Umsatzsteuer erhoben, sodass die Angebotspreise attraktiver werden konnten.

Erkundigen Sie sich aber vor dem Kauf eines Balkonkraftwerks nach Zuschüssen und Förderungen durch die zuständigen Landesregierungen und nach Förderprogrammen Ihrer Stadt oder Gemeinde. Es gibt da viele Angebote, deren Konditionen und Zugangsvoraussetzungen sich schnell ändern können, wie unsere Beispiele ab Seite 108 beschreiben.

Ich bin begeisterter Bastler und möchte mir selber ein Balkonkraftwerk zusammenstellen, geht das?

Ja, Sie können die Komponenten natürlich einzeln kaufen und selber ein Balkonkraftwerk aufbauen. Dabei ist aber zu beachten, dass die Komponenten technisch zusammenpassen und die Leistungsdaten von Panels, Wechselrichter(n) und Batteriespeichern harmonieren müssen. Wie Sie dabei am besten vorgehen, beantworten wir ab Seite 111. Interessant kann es auch sein, gebrauchte Solarpanels von abgebauten Anlagen zu erwerben und weiter zu verwenden (siehe dazu Seite 128).

Auch wenn die nicht so leistungsfähig sind wie aktuelle Panels, trägt die Weiternutzung dazu bei, auf ökologisch sinnvolle Weise Ressourcen zu sparen und die CO2-Freisetzung zu reduzieren.

Muss ich ein paar Solarpanels an der Balkonbrüstung genehmigen lassen?

Ja, der Vermieter und im Mehrparteienhaus die Eigentümergemeinschaft müssen ihre Zustimmung geben, bevor Sie ein Balkonkraftwerk von außen sichtbar anbringen dürfen. In der Vergangenheit gab es dazu mehrere Gerichtsverfahren mit unterschiedlichem Ausgang. Im Wohnungseigentumsgesetz ist inzwischen aber die Anbringung eines Balkonkraftwerks für Mieter und Wohnungseigentümer einfacher geworden, seit diese zu den „privilegierten Maßnahmen“ gehört. Die Genehmigung durch die Eigentümer(-gemeinschaft) kann jetzt nur noch in besonderen Fällen verweigert werden (siehe Seite 69). Unverändert gilt, dass die Genehmigung unter Vorbehalten erteilt werden kann, welche Anlage wie und von wem installiert werden darf.

Ist ein Balkon-Solarkraftwerk als Hausrat versichert?

Bei unserer letzten Untersuchung zur Hausratversicherung (Finanztest 7/2024) wurde das noch nicht berücksichtigt. Bei einer nachträglichen Befragung der Versicherer hat sich jedoch ein uneinheitliches Bild ergeben. Bei vielen Hausratversicherungstarifen gehören die mobilen Balkon-Solaranlagen zum Hausrat. Die Risiken Sturm und Hagel im Freien werden oftmals ausgeschlossen, bei einigen Anbietern sind sie über die Premium-Tarife abzusichern. Bei einigen Versicherern können Überspannungsschäden durch Blitz oder weitere Naturgefahren zusätzlich versichert werden. Aufgrund des sehr unterschiedlichen Versicherungsumfangs in den Tarifen raten wir, sich direkt bei Ihrem Hausratversicherer zu erkundigen, welche Risiken in Ihrem Tarif mit versichert sind. Vereinzelt kann auch eine Sondervereinbarung zum Einschluss der Anlage abgeschlossen werden. Die besten Verträge zur Hausratversicherung finden Sie hier auf Seite 102.

Was ist, wenn mein Balkonkraftwerk bei weitem nicht die Leistung liefert, die rechnerisch zu erwarten wäre?

Je nachdem, wo Sie gekauft haben, haben Sie unterschiedliche gesetzliche Rechte auf die Rückgabe oder den Umtausch von nicht funktionierenden Bauteilen Ihres Balkonkraftwerks. Kompliziert wird es, wenn Sie nicht ein Komplettpaket erworben haben, sondern sich die Komponenten nach eigenen Kriterien zusammengestellt haben. Hier müssen Sie erst einmal herausfinden, wo genau der Fehler liegt, bevor Sie das kaputte Bauteil beim Verkäufer reklamieren können (siehe „Gewährleistung und Garantie“, Seite 85).

Unser Balkonkraftwerk speist mittags bis zu 800 Watt ein, was wir tagsüber gar nicht brauchen. Was machen mit dem Überschuss?

Verkaufen lohnt sich nicht. Die Strommengen, die als Überschuss ins Netz gehen, sind erfahrungsgemäß nicht so groß, dass sich der kommerzielle Betrieb lohnt, weil die Einspeisung mit Eigenverbrauch seit August 2024 nur mit bis zu 8 Cent pro kWh vergütet wird. Oder Sie speisen den Überschuss tagsüber in einen Batteriespeicher ein und rufen den Strom abends ab. Noch Ende 2023 war das wirtschaftlich nicht so interessant. Aber mit den höheren Leistungsdaten und seit dem starken Preisverfall für die Stecker-Solaranlagen – zum Teil auch inklusive Akkuspeicher – kann sich das inzwischen in überschaubaren Zeiträumen rentieren, wie unsere Modellrechnungen (siehe ab Seite 47) zeigen.

Strom erzeugen mit der Energie der Sonne

Die fossilen Energieträger haben in den letzten Jahren manchen Preisschock ausgelöst. Ursache waren aber eher politische Gründe als ein Mangel an Förderkapazitäten. Also einfach abwarten, bis die Preise wieder sinken?

Beim Thema „Energie“ geht es heute nicht mehr nur darum, die eigene Stromrechnung möglichst klein zu halten. Die Diskussion um fossile Energieträger, hauptsächlich sind das Erdöl und Erdgas, und die Folgen der Verbrennung zu unter anderem CO2 auf das globale Klimageschehen wogt seit Jahrzehnten durch die Medien.

Zunehmende Konzentrationen von CO2 und Methan in der Atmosphäre gehen einher mit weltweit steigenden Temperaturen. Die Folgen eines beschleunigten Klimawandels auf der Erde sind schon an vielen Stellen unübersehbar und werden in den nächsten Jahrzehnten weiter zunehmen. Demzufolge gilt es, den Ausstoß klimaschädlicher Gase, die den Treibhauseffekt verstärken, stark zu reduzieren. In erster Linie sind das eben CO2 und Methan.

Nachwachsende Rohstoffe wie Holz (zum Heizen zu Pellets verarbeitet), die praktisch eine CO2-neutrale Bilanz aufweisen, können – weltweit betrachtet – nur einen kleinen Beitrag leisten und das Problem der Energieversorgung nicht auf Dauer lösen.

Wind und Sonnegibt es in Deutschland frei Haus. Die Abhängigkeit von Gas- und Ölimporten sinkt.

Überdies sind die auf der Erde noch vorhandenen fossilen Energiestoffe endlich. Bereits seit längerer Zeit führen geopolitische Einflussnahmen zur Sicherung der letzten Rohstoffreserven auf dieser Erde zu Krisen, Kriegen und Abhängigkeiten, die auch in Europa zu spüren sind. Der Krieg in der Ukraine und die als Reaktion darauf ausgerufene „Zeitenwende“ führen uns deutlich die Abhängigkeiten in der Energieversorgung vor Augen. „Billiges“ Gas und Öl haben uns in den vergangenen Jahren eine gewisse Komfortzone beschert – was dazu geführt hat, dass mögliche Folgen dieser Abhängigkeiten ausgeblendet wurden.

Es gilt also, neue Energiequellen zu erschließen und auszubauen, die wir als saubere Technologien bezeichnen. Die universellste Form nutzbarer Energie ist elektrischer Strom.

Dieser wird schon seit Langem in Großanlagen zur Elektrizitätserzeugung wie Staudämmen, Windkraftanlagen, Gezeitenkraftwerken, Solarparks und Atomkraftwerken produziert. Wirtschaftlich ließ sich die Erzeugung elektrischen Stroms aber bis vor wenigen Jahrzehnten nicht dezentral in kleinen Anlagen bei den Verbrauchern selbst bewerkstelligen. Nicht zuletzt deshalb wurden und werden kleine Photovoltaikanlagen politisch gefördert und finanziell unterstützt.

Photovoltaik nutzt als primäre Energiequelle die überall verfügbare Sonneneinstrahlung. Man muss den Energieträger also nicht aus Lagerstätten fördern und aufwendig zu Großanlagen für die Energiegewinnung transportieren, was per se umweltschonend ist. Und weil die „Produktionseinheiten“, also die bekannten Photovoltaikpanels, vergleichsweise klein und leicht sind, braucht man keine aufwendige Großstruktur, um sie zu betreiben. Das bietet zudem die Chance, dass viele vorhandene (zugebaute) Flächen zur emissionsfreien Energiegewinnung genutzt werden können. Am bekanntesten dafür sind wohl die Dachflächen von Häusern und Industriegebäuden. Das erspart ein weiteres Versiegeln wertvoller Bodenflächen.

Das mögliche Potenzial in Deutschland für die Installation von Photovoltaik (PV) beträgt bei den vorhandenen Dach- und Fassaden- sowie brachliegenden Bodenflächen mehr als 1 000 Gigawatt (GW). Damit ließen sich pro Jahr mehr als 1 000 Terawattstunden (TWh) elektrischer Energie produzieren – und damit weit mehr, als der derzeitige deutsche Strombedarf beträgt.

Der Haken dabei, vereinfacht ausgedrückt: Die Sonne scheint nicht immer mit konstanter Kraft. PV-Energie steht in Deutschland damit nicht konstant zur Verfügung. Jahreszeitlich und im Tagesverlauf stark schwankende Stromproduktion, die von der Sonneneinstrahlung abhängt, muss anderweitig ausgeglichen oder ergänzt werden. Selbst wenn man die Speicheroptionen in Großbatterien oder Batteriespeichern in allen Haushalten berücksichtigen würde, würde der damit erzeugbare Solarstrom nicht für die durchgehende Versorgung aller Haushalte und Industrieanlagen ausreichen. Zudem wird der Strombedarf aller Voraussicht nach in Zukunft weiter kräftig ansteigen. Man denke nur an E-Autos, gewaltige Rechenzentren für das Internet und angeschlossene Dienste, die Umstellung der Industrie auf Strom als Ersatz für Kohle, Öl und Gas. Für eine vollständig regenerative Energieversorgung ist in Deutschland daher ein Mix verschiedener erneuerbarer Energien erforderlich, wobei die größten Potenziale bei der Windenergie liegen, gefolgt von der Photovoltaik.

Neben den vielleicht rein finanziellen Vorteilen („Rechnet sich die Investition in absehbarer Zeit? Kann ich damit sparen?“) motiviert und treibt viele Menschen auch an, bei der Energieversorgung unabhängiger zu werden. Das Motto deshalb: „selbst in der Praxis etwas tun“ für den Umweltschutz. Mit Balkonkraftwerken ist dies mit kleinem Etat für jeden Bewohner einer Miet- oder Eigentumswohnung möglich, ohne dass man gleich für Zehntausende Euro die große Photovoltaikanlage aufs Dach des Mehrparteienhauses baut und sich dazu mit hohem bürokratischen und organisatorischen Aufwand herumschlagen muss.

Die Photovoltaik bietet gerade für einzelne Haushalte die Möglichkeit einer dezentralisierten und in manchen Fällen auch weitgehend autarken Energieversorgung. Daher ist diese Energieerzeugungsform ein spannendes Umfeld mit weiterem Entwicklungspotenzial und einer Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten, insbesondere in Eigenheimen. Mit einem Balkonkraftwerk werden Sie eine vollständige Eigenversorgung Ihres Haushalts zwar nicht erreichen, aber Sie können die Technologie im preiswerten Maßstab kennenlernen und persönlich einen Teil zur dezentralen Stromversorgung in Deutschland und Europa beitragen. Viele kleine Einzelbeiträge addieren sich über das ganze Land dennoch zu einer respektablen Größe hinsichtlich des Stromverbrauchs!

Kleines Strom-ABC

In diesem Ratgeber verwenden wir technische und elektrophysikalische Begriffe, die den meisten Leserinnen und Lesern nicht oder nicht mehr ganz geläufig sein werden. Die wichtigsten beschreiben wir hier kurz.

Elektrische Spannung. Wenn elektrische Ladungen auf zwei Seiten einer Trennschicht unterschiedlich verteilt sind, entsteht ein Ladungsgefälle, eine messbare Spannung zwischen den beiden Halbzellen. Angegeben wird die elektrische Spannung in der Einheit Volt oder kurz V. Das mathematische Formelzeichen für die elektrische Spannung wird mit U bezeichnet. Haushaltsstrom hat eine Spannung von 230 Volt.

Als Gleichspannung (DC) wird der gleichgerichtete Stromfluss bezeichnet, wie er zum Beispiel aus einer Batteriezelle oder auch aus einem Photovoltaikmodul kommt.

Mit elektrischer Wechselspannung (AC) hingegen wird im öffentlichen Stromnetz gearbeitet. Dabei schwingt die Stromrichtung in Deutschland 50-mal pro Sekunde, sie oszilliert mit der Frequenz von 50 Hertz.

Stromstärke. Fließen elektrische Ladungsträger (Elektronen) durch ein Medium, zum Beispiel durch ein Kupferkabel, kann man die Stromstärke messen, also die Anzahl der Ladungsträger pro Zeiteinheit, die durch das Kabel fließen. Die Maßeinheit für die elektrische Stromstärke ist das Ampere oder kurz A. Die Abkürzung in mathematischen Rechnungen lautet I.

Als Phase bezeichnet man im Haushalt den stromführenden Leiter (schwarzes Kabel), der Strom aus dem Netz zum Schalter oder zur Steckdose führt. (auch Phasenleiter oder Außenleiter). Das Kürzel für den Außenleiter ist L. Der in der Regel blaue Neutralleiter hat dagegen das Kürzel N. Das Kabel in einer grün-gelben Ummantelung ist der Schutzleiter (Abkürzung PE), der auch als Erdung bezeichnet wird.

Einführung in die Photovoltaik

Es ist schon eine faszinierende Technologie: Elektrischer Strom wird direkt aus der einfallenden Sonnenstrahlung erzeugt. Lautlos und ohne Abgase in die Umgebung zu blasen.

Denkt man an die Kraft der Sonne, denkt man wohl in erster Linie an angenehme Wärme. Diese wird schon sehr lange genutzt, um beispielsweise Warmwasser für den Haushalt bereitzustellen. Früher stellte man schwarz gefärbte Wassertanks auf das Dach, die sich tagsüber durch die Wärmestrahlung der Sonne erwärmten, später kamen die Solarkollektoren, die im Verbund mit isolierten Wassertanks und einer ausgeklügelten Regelungstechnik weit effizienter für die solare Warmwasserproduktion eingesetzt werden. Heute ist dieses Prinzip unter dem Begriff „Solarthermie“ bekannt.

Der klassische Weg zur Produktion elektrischen Stroms beruht hingegen auf der Erzeugung oder Nutzung mechanischer Bewegung, die durch Generatoren in elektrische Energie umgewandelt wird. Nicht so bei der Photovoltaik: Man setzt ein Material der Sonnenstrahlung aus und erhält damit direkt elektrischen Strom geliefert. Wie kam es eigentlich dazu?

Kurze Geschichte der Photovoltaik

Die Stromerzeugung aus warmen Lichtstrahlen indes liegt in der Vorstellung etwas fern. Bei der Stromproduktion kommt es weniger auf die Wärme an, sondern allein auf das Licht.

Grundlage hierzu bilden Materialien, die in einer speziellen funktionellen Zusammensetzung in der Lage sind, einfallendes Licht direkt in Strom umzuwandeln. Diese Umwandlung nennt man den photovoltaischen Effekt. Der Begriff leitet sich aus dem griechischen Wort für Licht (im Genitiv: photos) sowie aus der Einheit für die elektrische Spannung, dem Volt (nach Alessandro Volta), ab.

Diesen Effekt der Lichtumwandlung in elektrische Energie hat der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel im Jahr 1839 entdeckt. Im Zuge der weiteren Erforschung – insbesondere durch Albert Einstein mit seiner 1921 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichneten und bereits 1905 erschienenen Lichtquantentheorie – gelang es dann 1954, die ersten Siliziumsolarzellen zu produzieren – wenn auch noch mit einem geringen Wirkungsgrad von rund 6 Prozent. Möglich wurde dies unter anderem durch die Verfügbarkeit hochreinen Siliziums. Hieraus ergaben sich 1955 die ersten technischen Anwendungen für die Stromversorgung von Telefonverstärkern sowie für Belichtungsmesser in der Fotografie.

„Mikro-Solarkraftwerk“Solarzellen machten den wissenschaftlichen Taschenrechner von 1990 unabhängig von Batterien und Stromnetz. Das funktioniert auch heute noch … über 30Jahre später.

Seit Ende der 1950er-Jahre kommen PV-Zellen in der Satellitentechnik zur Anwendung. Gerade die Raumfahrt erbrachte durch die gestiegene Nachfrage insbesondere in den 1960er- und 1970er-Jahren erhebliche Fortschritte in der Entwicklung und Anwendung von solarer Technik.

Industrielle und weitreichendere Anwendungen der Photovoltaik wurden wegen der hohen Kosten als völlige Illusion betrachtet, da doch Erdöl und Erdgas billig und reichlich zur Verfügung standen.

Dennoch erkannte man den Vorteil seitens der Wissenschaft, weshalb entsprechende Entwicklungen nie eingestellt wurden. Das Ergebnis weiterer, zumindest noch stromnetzunabhängiger Anwendungen fand sich in den 1970er-Jahren mit kleinen Zellen bei Taschenrechnern und Uhren, welche damals aber zunächst noch Luxusartikel darstellten.

Spätestens durch die Nuklearunfälle von Harrisburg im Jahr 1979 und Tschernobyl 1986 setzte auch gesellschaftlich und politisch ein Umdenken in der Energieerzeugung ein. Ab Ende der 1980er-Jahre wurde die Technologie der Photovoltaik insbesondere in den USA, Japan und Deutschland gefördert und erforscht, um in erster Linie die Effizienz, also den Wirkungsgrad der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom, zu verbessern. Die Raumfahrt war hier ein Pionier, die industrielle Fertigung von Solarzellen und -modulen begann in Deutschland mit Kleinserien für die autonome Energieversorgung von Satelliten. Auf der Erde blieb der private Einsatz eher Technikenthusiasten vorbehalten.

Später begannen viele Regierungen – auch in Deutschland –, die Photovoltaik finanziell zu fördern, um den Markt anzukurbeln und die Technik mittels einer erhöhten Nachfrage wirtschaftlich konkurrenzfähiger zu machen. In Deutschland entstanden aber vorerst nur staatlich geförderte Demonstrationsprojekte sowie Inselanlagen ohne Anschluss ans allgemeine Stromnetz. Die breite Markteinführung hob in Deutschland dann 1990 mit dem finanziell geförderten „1 000-Dächer-Programm“ an, bei dem die ersten netzeinspeisenden PV-Anlagen installiert und betrieben wurden. Bald nach dem Ende dieses ersten Modellprojekts folgte im Jahr 1999 das deutlich größere „100 000-Dächer-Programm“.

Beide Programme erhielten günstige Finanzierungskonditionen von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW, heute KfW Bankengruppe). Zudem wurde den Betreibern von PV-Anlagen das gesetzlich verbriefte Recht zugesprochen, den selbst produzierten Strom ins öffentliche Netz einzuspeisen. Dafür erhielten sie eine finanzielle Vergütung, sie wurden also zu kleinen „Stromunternehmern“.

Den stärksten Anstoß für den breiten Einsatz von Photovoltaikanlagen in der Privatwirtschaft gab in Deutschland die Förderung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) im Jahr 2000. Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit der Anlagen war, dass hier erstmalig eine weitgehend einheitliche Vergütung für alle PV-Anlagen gesetzlich garantiert wurde, egal ob als Installation auf einem Wohngebäude oder als Großanlage auf dem freien Feld. Damit konnten sich Interessenten bereits vor dem Kauf mit hoher Sicherheit ausrechnen, ob und innerhalb welches Zeitraums die geplante Anlage wirtschaftlich profitabel zu betreiben sein konnte, auch wenn die Technik damals noch sehr kostspielig war. Das Ziel der Förderung war schließlich, durch die Ausweitung der Serienproduktion und die wachsende Konkurrenz der Anbieter von PV-Anlagen die Kosten bei der Herstellung von PV-Modulen zu senken, sodass die Preise in den nächsten Jahren stetig sinken sollten. Deshalb wurde die garantierte Einspeisevergütung im Erneuerbare-Energien-Gesetz mit jedem Betriebsjahr stetig verringert.

Mit den wachsenden Kapazitäten beim Solarstrom rückte das Thema Eigenverbrauch stärker ins Bewusstsein. Um die Schwankungen im allgemeinen Stromnetz zu begrenzen, wurden Anreize geschaffen, den Solarstrom vor Ort gleich selbst zu verbrauchen.

Währenddessen hatten auch die europäischen Nachbarländer eigene Programme zur Förderung der Solarwirtschaft etabliert und konnten damit ebenfalls eine große Nachfrage nach PV-Anlagen auslösen.

Gesellschaftlich und dann auch politisch löste der Reaktorunfall in Fukushima im Jahr 2011 einen weiteren Schock und Zweifel an der Sicherheit von atomaren Energieerzeugungsanlagen aus. Deutschland beschloss den Ausstieg aus der Kernenergie zur Stromerzeugung. Ab 2012 gab es dann trotzdem einschneidende Veränderungen bei der Vergütung von Solarstrom, um den stark anwachsenden Zubau von Photovoltaikanlagen einzubremsen. Mehrere unmittelbar aufeinander folgende Kürzungen der Einspeisevergütung sowie die mit jedem Betriebsmonat sinkende Vergütung führten ab 2013 zum politisch gewünschten Ergebnis, zum deutlichen Rückgang der Neuinstallationen.

Weitere Novellierungen des EEG in den Jahren 2014 und 2017 folgten, die den Ausbau der Kapazitäten bei der Photovoltaik begrenzen sollten. Im Jahr 2017 wurde im EEG dann eine deutschlandweite Obergrenze für die staatliche Förderung von 52 Gigawatt (GW) beschlossen, was plakativ als „Solardeckel“ bezeichnet wurde. Demnach sollte es keine Vergütungsansprüche mehr nach EEG geben, sobald deutschlandweit 52 Gigawatt installierter Leistung von Solaranlagen überschritten werden. Politischer Widerstand führte im Jahr 2020 schließlich wieder zur Abschaffung des Solardeckels. Nicht zuletzt hätte das auch zu Konflikten mit den von der Politik selbst definierten Klimaschutzzielen aus dem Paris-Abkommen sowie dem gesetzlich geregelten Ausstieg aus der Kohleförderung geführt.

Die Novellierung des EEG und die „Zeitenwende“

Ende 2020 wurde eine weitere Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) beschlossen, die im Januar 2021 in Kraft trat. Allerdings schien diese neue Gesetzesgestaltung angesichts der gesteckten Ziele nicht ausreichend. Das erklärte Ziel, in Deutschland bis 2030 eine Versorgung mit 65 Prozent aus erneuerbaren Energien sicherzustellen, setzte die Messlatte sehr niedrig an, insbesondere da in Europa bereits heute rund 50 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Energien produziert werden. Außerdem ging die Politik im Gesetz bis zum Jahr 2030 von einem angenommenen Strombedarf von konstant 580 Terawattstunden (TWh) aus. Nicht zuletzt angesichts zunehmender Elektromobilität und des neuerdings steil ansteigenden Wachstums von KI-Anwendungen im Internet wird dieser Bedarf jedoch nicht reichen.

Zusätzlich ist das EEG im Lauf der Jahre so komplex geworden, dass der bürokratische Aufwand bei bestimmten Betreibermodellen neue Investoren verunsichert und eher abgeschreckt hat. Aus Sicht des Klimaschutzes hat dies den notwendigen ambitionierten Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland weiter abgebremst.

In Deutschland werden aktuell schätzungsweise etwa 3,5 Millionen PV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von rund 95 Gigawatt-Peak (Einheit für die Leistung von Solarzellen) betrieben.

Nach dem Regierungswechsel 2021 hat die neue Ampelkoalition aus SPD, Grünen und FDP im Regierungsprogramm festgeschrieben, dass die erneuerbaren Energien weit oben auf der Prioritätenliste stehen sollten. Als Konsequenz und auch unter dem Eindruck der eingetretenen Energiekrise wurde das EEG abermals abgeändert und im Juli 2023 als „EEG 2023“ verabschiedet. Der Bau von Anlagen zur Energieproduktion aus regenerativen Energiequellen wird darin zum „öffentlichen Interesse“ erklärt, gewinnt damit juristisch an Gewicht. Die sich auf den Strompreis kostentreibend auswirkende EEG-Umlage wurde abgeschafft.

Sonnenstrahlung und Windkraftsollen die größten Quellen regenerativer Energie werden.

Die letzte Novelle des EEG 2024 hat weiterhin zum Ziel, die Nutzung erneuerbarer Energiequellen zu fördern und die Energiewende weiter voranzubringen.

In Deutschland werden aktuell schätzungsweise etwa 3,5 Millionen PV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von rund 95 Gigawatt-Peak (Einheit für die Leistung von Solarzellen) betrieben. Dazu kommen rund 1 500 000 Speichersysteme mit einer Gesamtspeicherleistung von rund vier Gigawatt (nach Hochrechnungen des Bundesverbandes Solarwirtschaft – BSW für Ende 2022). Allein 2021 konnten mit Photovoltaik knapp 35 Millionen Tonnen klimaschädliches CO2 vermieden werden. Der Stromanteil der PV lag hier bei rund 10 Prozent. Einem weiteren kräftigen Ausbau der Photovoltaik steht nichts mehr im Wege.

Anreize für Photovoltaik

Von der ursprünglichen Vergütung von etwas mehr als 50 Cent pro Kilowattstunde (kWh) aus dem Jahr 2000 sind nach über 20 Jahren EEG aktuell für Kleinanlagen nur noch etwa 8 bis 13 ct/kWh übrig geblieben. Auf der anderen Seite haben sich die Kosten einer PV-Anlage im gleichen Zeitraum um etwa 70 bis 80 Prozent verringert.

Eine Bundesförderung für Balkonkraftwerke gibt es – Stand September 2024 – nicht. Die Länder Berlin, Mecklenburg-Vorpommern und Sachsen bezuschussen Balkonsolaranlagen, ebenso viele Städte. Eine Anfrage bei Ihrer Kommune kann sich also lohnen.

Auch bei einer geringeren staatlichen Förderung ist die Photovoltaik nicht weniger interessant geworden – im Gegenteil: Steigende Strompreise einerseits und Möglichkeiten der Eigenverbrauchsoptimierung bei PV-Anlagen andererseits führen zu vielfältig einsetzbaren und wirtschaftlichen Betriebssystemen.

Die Entwicklung effizienter und auf den Haushalt sowie Industrieanwendungen abgestimmter Energiespeicher ermöglicht unter Einsparung von Strombezugskosten eine weitere nachhaltige sowie wirtschaftliche Nutzung beim Bau neuer PV-Anlagen. PV-Anlagen sparen nicht nur Strombezugskosten ein, sondern können zur allgemeinen Energiekosteneinsparung beitragen.

Zur breiten Markteinführung sowie als Kaufanreiz für Stromspeicher wurde von der Bundesregierung ähnlich wie bei der Photovoltaik ein Förderprogramm geschaffen. Ein wesentliches Ziel der Förderprogramme war es, die Investition in dezentrale Batteriespeichersysteme anzureizen und somit zur Kostensenkung und weiteren technologischen Entwicklung der Systeme beizutragen. Die Förderung bot durch zinsgünstige Kredite und Tilgungszuschüsse einen finanziellen Anreiz für PV-Anlagenbetreiberinnen und -betreiber, da die Wirtschaftlichkeit von PV-Speichern zumindest in der Anfangszeit ohne Unterstützung häufig noch nicht gegeben war.

Nach Auslaufen der zeitlich befristeten bundesweiten Förderungen sind aktuell nur noch in wenigen Bundesländern entsprechende Programme verfügbar. Dennoch rechnet sich ein Stromspeicher bei Dachanlagen auch ohne Förderung, wenn man diesen effektiv plant und einsetzt.

Aber auch ganz ohne Speicher bietet die Photovoltaik – insbesondere bei den günstigen Stecker-Solaranlagen – eine sinnvolle und wirtschaftliche Entlastung des Eigenstromverbrauchs. Dies wird auch zukünftig so sein. Die heutzutage häufig gestellte Frage vieler Interessenten „Rentiert sich Photovoltaik eigentlich (noch)?“ kann daher, wie wir für die Balkonkraftwerke im Jahr 2024 noch zeigen, eindeutig mit Ja beantwortet werden.

Auch ganz ohne Speicher bietet die Photovoltaik – insbesondere bei den günstigen Stecker-Solaranlagen – eine sinnvolle und wirtschaftliche Entlastung des Eigenstromverbrauchs.

Soll das aktuelle Ziel der Politik, den CO2-Ausstoß im Vergleich zu 1990 bis 2030 um mindestens 65 Prozent zu verringern, erreicht werden, wird es zwangsläufig erforderlich werden, den Anteil erneuerbarer Energien deutlich zu erhöhen. Gleiches gilt auch für die Reduzierung der Kosten der Energieversorgung. Photovoltaik bietet eine attraktive Möglichkeit, sich an der regenerativen, umweltschonenden Stromerzeugung zu beteiligen und von Energiekosteneinsparungseffekten zu profitieren.

So funktioniert Photovoltaik

Licht liefert Energie. Pflanzen kennen den Trick schon seit Millionen von Jahren. Sie betreiben Photosynthese, nutzen die Sonne als Energiequelle für das eigene Wachstum.

Die Menschheit kann aus Sonnenlicht Energie gewinnen, indem sie sich den photovoltaischen Effekt zunutze macht. Durch den Lichteinfall wird dabei zwischen zwei Elektroden eine elektrische Potenzialdifferenz erzeugt. Licht wird also direkt in elektrische Energie umgewandelt, die man technisch nutzen kann.

Die Sonne ist ein riesiger, unerschöpflich funktionierender Fusionsreaktor, der gewaltige Strahlungsmengen freisetzt. Trotz der mittleren Entfernung von 150 Millionen Kilometern bekommt die Erde mit dem einfallenden Sonnenlicht eine Energiemenge ab, die etwa dem Sieben- bis Achttausendfachen des weltweiten Primärenergiebedarfs entspricht.

Die Grafik auf Seite 22 oben veranschaulicht das Verhältnis der jährlichen Sonneneinstrahlung (gelber Würfel) zum kleinen weißen Würfelchen des Weltenergieverbrauchs und gegenüber den kleineren Würfeln – rot, grau, grün und schwarz – der Reserven an fossilen Energiestoffen. Bedacht werden muss, dass der große Würfel das weitgehend konstante jährliche solare Energieangebot darstellt, wogegen sich die kleineren Würfel der fossilen Energieträger von Jahr zu Jahr verkleinern – zwar langsam, aber stetig. Dagegen steigt der jährliche Energieverbrauch (weißer Würfel) zusehends an.

Solare Strahlung

Aufgrund der leicht elliptischen Umlaufbahn der Erde um die Sonne, der Neigung der Erdachse gegen die Umlaufebene und der Erdrotation schwankt die Bestrahlungsstärke auf der Erde – einmal durch den natürlichen Tagesverlauf der Sonne sowie durch deren Jahresverlauf. Zudem ist dies regional wetterabhängig, also davon, wie oft es bewölkt ist oder ein klarer Himmel vorherrscht.

Bei einer senkrecht zur Sonneneinstrahlung ausgerichteten Fläche beträgt die Einstrahlung in Deutschland außerhalb der Atmosphäre zwischen 1325 und 1420 W/m2 (Watt pro Quadratmeter).

Die Luftschicht der Erde reduziert die Sonneneinstrahlung durch Reflexion, Absorption und Streuung, sodass bei wolkenlosem Himmel am Boden die Bestrahlungsstärke rund 1000 W/m2 erreicht. Hierbei handelt es sich um direkte Sonneneinstrahlung.

Großes Potenzial für PhotovoltaikJährlich verfügbare Energie aus Solarstrahlung im Vergleich zu den Energiereserven fossiler Stoffe sowie dem jährlichen Weltenergieverbrauch

Bei der solaren Einstrahlung auf den Erdboden addiert sich neben der direkten Einstrahlung zusätzlich die diffuse oder reflektierte Strahlung hinzu. Diese ergibt sich zum Beispiel bei einem durchgehend bewölkten Himmel. Durch die Lichtreflexion an den Wolken können tagsüber bei wechselnder Bewölkung Spitzenwerte der Einstrahlung von bis zu 1 400 W/m2 erreicht werden.

Die Summe dieser Strahlungsarten nennt man Globalstrahlung. Summiert man die Leistung der Einstrahlung auf ein Jahr, so erhält man die jährliche Globalstrahlung (in Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr). In Deutschland liegen die Jahressummen der Globalstrahlung im langfristigen Mittel zwischen 940 kWh/m2 bis rund 1 290 kWh/m2. Dabei ergibt sich ein deutliches Süd-Nord-Gefälle.

Die jährliche Sonnenscheindauer liegt bei 1 300 bis 1 900 Stunden. Die regional unterschiedlichen Jahreseinstrahlungen lassen sich aus der Einstrahlungskarte des Deutschen Wetterdienstes recht deutlich erkennen (siehe Abbildung „Globalstrahlung in Deutschland“, Seite 24). Unter der Adresse dwd.de (Stichwort: Strahlungskarten) können die jeweils monatsaktuellen Karten eingesehen werden.

Die optimale AusrichtungIn Deutschland erreicht man mit einem Winkel von 30 – 40 Grad zum Boden die besten Jahreserträge.

Die auftreffende Strahlungsenergie der Sonnesetzt sich aus direkter und diffuser Einstrahlung zusammen (Daten für Würzburg von Meteonorm).

Die Grafik zeigt das langfristige Mittel. In den einzelnen Jahren kann die Einstrahlung vom Durchschnittswert abweichen. Die Streubreite liegt bei langfristiger Betrachtung bei plus/minus 15 Prozent. So lag zum Beispiel das Jahr 2004 mit etwa 14 Prozent deutlich über dem Mittelwert. 2013 hingegen waren die Einstrahlungswerte regional sogar bis zu etwa 18 Prozent niedriger. In den Jahren seit 2018 ist das Wetter durch extrem heiße Sommermonate geprägt – mit entsprechend gestiegener solarer Einstrahlung.