Der Photovoltaik Guide für Einsteiger: Die umfassende Schritt-für-Schritt-Komplettanleitung zur unabhängigen Stromerzeugung mit eigener Solaranlage - inkl. Checklisten, Steuertipps u.v.m. E-Book
Sebastian Bruno
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- Herausgeber: Psiana Verlag
- Kategorie: Fachliteratur
- Sprache: Deutsch
Sie spielen mit dem Gedanken, Ihr Dach mit einer Photovoltaikanlage aufzuwerten? Liebäugeln vielleicht mit einem kleinen Balkonmodul? Oder Sie interessieren sich grundsätzlich für die zukunftsweisende Alltagstechnologie? Dann schnappen Sie sich diesen Ratgeber und finden Sie heraus, wie Sie die Kraft der Sonne ganz einfach für sich nutzen! Ein paar schwarze Platten aufs Dach montiert und schon übernimmt die Sonne Ihre Stromrechnung. Das ist zwar stark vereinfacht, aber im Prinzip die Idee hinter einer Photovoltaikanlage: Die Kraft der Solarstrahlung wird in Strom umgewandelt, den Sie selbst verwenden und ins Netz einspeisen können. Klimafreundlichkeit, Umweltschutz und Kostenersparnis sind nur drei der Vorteile und mittlerweile können Sie den Solartraum fast in jedem Zuhause problemlos verwirklichen. Damit das ohne böse Überraschungen klappt, macht dieses Buch Sie zunächst unkompliziert mit den physikalisch-technischen Grundlagen vertraut und erläutert präzise die entscheidenden Faktoren rund um Standort, verschiedene Modelle und Konzepte, Rechtliches und Finanzielles. Anschließend machen Sie sich mit einfachen Anleitungen an Montage, Anschluss und Betrieb und erfahren das Wichtigste zu Wartung, Reparatur und Recycling. Sie sind interessiert, aber ahnungslos? Keine Sorge! Denn dieses Praxisbuch richtet sich an Laien ohne Vorkenntnisse und führt Sie systematisch und leicht verständlich im Handumdrehen in Theorie und Praxis ein!
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Seitenzahl: 188
Veröffentlichungsjahr: 2025
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Für Fragen und Anregungen:
Auflage 2024
Inhalt
Nachhaltige Energiegewinnung für Ihr Zuhause
Licht als Energiespender
Die Kraft der Solarstrahlung
Sonneneinstrahlung & Sonnenstunden in Deutschland
Die Ökobilanz von Photovoltaik im Überblick
Grundsätzliches
Aufstellmöglichkeiten
Standortbedingungen
Konzeption
Auslegung
Rechtliches
Checkliste „Voraussetzungen“
Überlegungen vorab: Lohnt es sich?
Anschaffungskosten
Preisentwicklung von Solarmodulen
Betriebskosten
Wirtschaftlichkeitsberechnung
Sinkende Einspeisevergütung
Finanzielle Förderung
Die Planungsphase
Energiebedarf
Dimensionierung
Angebote einholen
Baugenehmigung
Anmeldung
Netzbetreiber
Checkliste „Planung“
Technische Aspekte
Photovoltaikanlage-Komponenten
Solarmodule
Wechselrichter
Stromzähler
Energiespeicher
Weitere Komponenten
Checkliste „Photovoltaik-Technik“
Risiken
Toxizität
How to: Montage & Anschluss
Montage
Schneelast
Windlast
Inbetriebnahme
Brandgefahr
Checkliste „Photovoltaik-Installation“
Der Betrieb der Solaranlagen
Regelmäßige Wartung
Reinigung
Reparaturen
Checkliste „Wartung durchführen“
Smarte Praxistipps
Extra-Tipp: PV-Repowering
Rücknahme und Recycling
Bonus: Smarte Steuertipps für Photovoltaik
Ist eine PV-Anlage steuerlich relevant?
Überblick über Photovoltaikanlagen im Einkommen- und Umsatzsteuerrecht
Gewinnerzielungsabsicht: Steuerpflicht und mögliche Sonderabschreibung
Sonderregelungen bei Batteriespeichern
Das Wichtigste im Überblick
Stichwortregister
Quellenverzeichnis
Nachhaltige Energiegewinnung für Ihr Zuhause
Unabhängig davon, ob Sie sich gerade konkret mit der Installation einer eigenen Photovoltaikanlage beschäftigen oder sich erst einmal über die Möglichkeiten und Anforderungen informieren möchten: In diesem Ratgeber finden Sie umfassende Antworten auf die wichtigsten Fragen rund um die Selbstinstallation einer Solaranlage. Von den Grundlagen der Energiegewinnung über die verschiedenen Systemtypen bis hin zu den aktuellen Entwicklungen in Forschung und Technik – dieser Leitfaden bietet Ihnen das nötige Wissen, um fundierte Entscheidungen zu treffen. Die Sonne ist dabei natürlich das Herzstück jeder Solaranlage. Doch wie genau kann ihr Licht effektiv für die Stromerzeugung genutzt werden? Welche Auswirkungen hat dies auf die Umwelt, und wie sieht es mit der Nachhaltigkeit der Photovoltaik aus? Hier finden Sie nicht nur technische Informationen, sondern auch eine Betrachtung der ökologischen Bilanz, um sicherzustellen, dass die positiven Effekte nicht durch den Ressourcenverbrauch bei der Herstellung zunichtegemacht werden. Aktuelle Studien und Berechnungen zur Ökobilanz sind ebenfalls Bestandteil dieses Ratgebers.
Egal, ob ein Hausdach, eine Fassade oder eine Freifläche zur Verfügung steht, hier werden verschiedene Aufstellmöglichkeiten aufgezeigt und erläutert, welche Anlagen für Ihre individuellen Voraussetzungen geeignet sind. Lernen Sie, wie die optimale Leistung der Anlage bestimmt wird, welche Komponenten nötig sind und welche Funktionen diese erfüllen. Mit ausführlichen Kostenübersichten und Hinweisen zu möglichen Förderungen lässt sich die Wirtschaftlichkeit der Investition selbst bewerten.
Von der Planung bis zur Montage gibt es eine Schritt-für-Schritt-Anleitung. Hilfreiche Checklisten, Tabellen und praxisnahe Tipps, etwa zur Vermeidung typischer Fehler bei der Installation und Wartung, sorgen dafür, dass die Photovoltaikanlage reibungslos in Betrieb geht und langfristig zuverlässig arbeitet. Darüber hinaus erhalten Sie Informationen zu möglichen Risiken und wie diese minimiert werden können. Wichtige rechtliche und steuerliche Aspekte werden ebenfalls ausführlich behandelt, sodass eine umfassende Vorbereitung gewährleistet ist. Konkrete Produktempfehlungen für bestimmte Hersteller werden Sie hier jedoch nicht finden, da sich der Markt ständig verändert. Stattdessen liegt der Fokus auf allgemeinen Prinzipien und praxisbewährten Tipps, um Unabhängigkeit und Flexibilität zu gewährleisten. Mit diesem umfassenden Ratgeber steht der erfolgreichen Installation der eigenen Photovoltaikanlage nichts mehr im Weg!
Licht als Energiespender
Licht liefert Energie. Und das bereits seit Millionen von Jahren. Unsere natürliche Lichtquelle ist die Sonne. Sie ist nicht nur für unsere Natur bei der Photosynthese unabdingbar, sondern löst auch bei uns Menschen im Körper viele positive Prozesse aus.
Photosynthese: Pflanzen nutzen die Energie des Sonnenlichts in einem Prozess namens Photosynthese, um Kohlendioxid und Wasser in Glukose und Sauerstoff umzuwandeln. Dieser Prozess ist für das Wachstum von Pflanzen und somit für die Nahrungsmittelproduktion unerlässlich.
Durch die Sonneneinstrahlung erhöht sich die Zellteilung, die Blutgefäße weiten sich und senken dadurch den Blutdruck. Zusätzlich verdickt sich durch die UVB-Strahlung die Hornschicht der Haut, was den natürlichen Sonnenschutz erhöht. Gleichzeitig werden bestimmte weiße Blutkörperchen aktiviert, die uns vor Viren und Bakterien schützen. Die Sonne reguliert auch unseren Tag-Nacht-Rhythmus durch die Bildung der richtigen Dosis der Hormone Cortisol und Melatonin. Auch für die Bildung des Vitamins D, welches besonders wichtig für die Knochengesundheit und das Immunsystem ist, ist die Sonne hauptsächlich verantwortlich.
Cortisol ist ein Hormon, das von den Nebennieren produziert wird. Es gehört zur Gruppe der Glukokortikoide und übernimmt eine wichtige Rolle im Körper, insbesondere bei der Reaktion auf Stress. Cortisol hat verschiedene Funktionen, darunter die Regulierung des Stoffwechsels, die Unterstützung des Immunsystems, die Kontrolle des Blutzuckerspiegels und die Modulation des Blutdrucks. Es wird oft als „Stresshormon“ bezeichnet, da sein Spiegel während stressiger Situationen ansteigt, um dem Körper die Energiebereitstellung zu erleichtern und ihn auf die Bewältigung der Belastung vorzubereiten.
Melatonin ist ein Hormon, das hauptsächlich von der Zirbeldrüse im Gehirn produziert wird, obwohl es auch in anderen Teilen des Körpers vorkommt, wie zum Beispiel im Darm. Es übernimmt eine wichtige Rolle bei der Regulation des Schlaf-Wach-Zyklus, auch bekannt als der zirkadiane Rhythmus.
Die Produktion von Melatonin wird normalerweise durch Licht beeinflusst. Bei Dunkelheit steigt die Produktion an, was dazu beiträgt, den Körper auf den Schlaf vorzubereiten. Im Gegensatz dazu wird die Produktion während des Tages durch das Licht unterdrückt. Dieser Mechanismus ist einer der Gründe, warum es wichtig ist, sich an einen regelmäßigen Schlaf-Wach-Zyklus zu halten und helles Licht vor dem Schlafengehen zu vermeiden, da es die Produktion von Melatonin behindern kann.
Die Sonne sendet uns kontinuierlich Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung aus. Ein Teil dieser Strahlung erreicht die Erde in Form von unsichtbaren Strahlen wie Infrarot- und UV-Strahlung, ein anderer Teil in Form von sichtbarem Licht. Folglich versorgt uns die Sonne nicht nur mit Licht, sie liefert uns einen riesigen, unerschöpflich funktionierenden Fusionsreaktor. Das jährlich auf die Erdoberfläche einfallende Sonnenlicht erzeugt hierbei eine Energiemenge, die etwa dem 7000- bis 8000-Fachen des weltweiten Primärenergiebedarfs entspricht. Was die Natur uns schon seit langem vormacht, versucht die Menschheit, in der Technik nachzubauen, indem wir die Sonne als Wärmequelle nutzen. Denn das Sonnenlicht erwärmt die Erdoberfläche, was nicht nur das Klima beeinflusst und das Leben auf der Erde erst möglich machte – das riesige Potenzial der Wärmeenergie wird durch Sonnenkollektoren gesammelt und für die Erzeugung von Solarthermie genutzt.
Solarthermie: Durch Sonnenkollektoren kann im Haushalt sowohl das Brauchwasser erwärmt als auch die Wärme für die Heizungsunterstützung genutzt werden.
Das ist nicht nur günstig, es werden dabei auch wichtige Ressourcen wie Öl und Gas eingespart. Zum anderen wird die Solarenergie als Stromquelle genutzt und mit Hilfe von Photovoltaikzellen in elektrische Energie umgewandelt. Diese Solarenergie wird immer häufiger genutzt, um sauberen und erneuerbaren Strom zu erzeugen, der in Haushalten und Unternehmen verwendet wird.
Die Kraft der Solarstrahlung
Eine Photovoltaikanlage nutzt die Kraft der Solarstrahlung und wandelt sie in Strom um. Um die Effizienz einer Photovoltaikanlage beurteilen zu können, kommen wir an dieser Stelle nicht drumherum, einige physikalische Zusammenhänge näher zu betrachten.
Die Sonnenstrahlung wird auch als Solarstrahlung bezeichnet und als Solarkonstante (E0) in Watt/m² angegeben.
Solarstrahlung: Die Solarstrahlung bezeichnet die gesamte elektromagnetische Energie, die uns von der Sonne aus in Richtung Erde geschickt wird. An der Grenze zur Erdatmosphäre beträgt sie etwa 1.367 W/m².
Ein Teil dieser Strahlung wird durch die Atmosphäre der Erde reflektiert und steht uns für die Stromproduktion nicht zur Verfügung. Der restliche Teil, die Globalstrahlung, trifft direkt auf die Erdoberfläche. Auch hierbei wird nochmals ein Teil der Strahlung reflektiert und in Wärme umgewandelt. Die letztendlich auf die Solarmodule auftretende Strahlung wird ebenfalls in Watt/m² angegeben und ist sehr stark von der Jahreszeit und der Bewölkung abhängig. Bei optimalen Bedingungen kann die Globalstrahlung 1.000 Watt/m² betragen, unter schlechten Bedingungen jedoch auf 50 Watt/m² absinken. Der Deutsche Wetterdienst erstellt Karten mit monatlichen und jährlichen Werten der Globalstrahlung. Diese ist somit ein wichtiger Faktor für die Produktivität der Photovoltaikanlage.
Sonneneinstrahlung & Sonnenstunden in Deutschland
Die durchschnittliche Sonneneinstrahlung in Deutschland liegt jährlich bei ca. 1.000 Kilowattstunden (kWh) pro Quadratmeter. Die Höhe wird außerdem von dem Wetter (Bewölkung), dem Standort (Höhe über dem Meeresspiegel) und der Tageslänge beeinflusst. Somit ist die Strahlung in den Sommermonaten Mai, Juni, Juli und August um das 5-Fache höher als im Winter. Durch die technische Weiterentwicklung des Wirkungsgrades und des Schwachlichtverhaltens produzieren Photovoltaikanlagen mittlerweile auch in den Monaten September bis April Strom und sind deshalb das ganze Jahr über produktiv.
Ein wichtiger Indikator für die Sonneneinstrahlung sind die Sonnenstunden. Sie werden vom Deutschen Wetterdienst ermittelt und betragen in Gesamtdeutschland, von insgesamt jährlich 8.760 Zeitstunden, im Durchschnitt nur 1.300 bis 1.900 Sonnenstunden. Dabei werden nur wolkenfreie Stunden berücksichtigt, die direkte Sonnenstrahlung beträgt dabei senkrecht zur Sonnenrichtung mindestens 120 W/m². Die meisten Sonnenstunden können Menschen in Süddeutschland genießen, gefolgt von Norddeutschland und dann Mitteldeutschland.
Die Ökobilanz von Photovoltaik im Überblick
Die Installation einer Photovoltaikanlage hat verschiedene Gründe. Neben wirtschaftlichen Berechnungen werden die Umweltaspekte von vielen Menschen immer stärker gewichtet. Der Klimawandel ist nicht mehr nur ein abstrakter Begriff, sondern dessen Auswirkungen werden auch im „klimafreundlichen“ Deutschland immer häufiger in Form von Überschwemmungen und Waldbränden in Folge von Trockenperioden spürbar. Das Vorurteil, die Produktion und die Entsorgung einer Photovoltaikanlage seien so umweltschädlich, dass der Betrieb und die produzierte Energie für eine positive Bilanz nicht ausreichen, ist weit verbreitet. Nachfolgend erfahren Sie interessante Informationen zu den neuesten Statistiken und Berechnungen zur Ökobilanz von Photovoltaikanlagen und können für sich so die notwendigen Schlüsse ziehen.
Um die Auswirkungen dieser Technologie auf die Umwelt beurteilen zu können, müssen verschiedene Aspekte und Bereiche berücksichtigt werden.
Als Erstes schauen wir uns die Produktion und die Rohstoffe der Module an, die bei der Herstellung verwendet werden.
Da für die Produktion natürlich Strom benötigt wird, ist ein wichtiger Faktor für die Betrachtung der Standort der Produktionsanlagen. Liegt er in einem Land mit einem hohen Anteil an fossiler Energieerzeugung, wie China, sind auch die dabei entstehenden CO2-Emissionen höher als z. B. bei der Produktion in Deutschland, wo auch schon bei der Herstellung Solarstrom verwendet wird. Zusätzliche Einsparung von CO₂ bei der Produktion der Module in Deutschland entsteht durch die kurzen Transportwege. Neben CO₂-Emission entstehen weitere Umweltbelastungen durch die Silizium-Gewinnung.
Silizium: Silizium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Si und der Ordnungszahl 14. Es ist ein Halbmetall und das zweithäufigste Element in der Erdkruste nach Sauerstoff. Silizium kommt in verschiedenen Formen vor, darunter Siliziumdioxid (Sand) und Siliziumkarbid. Es wird hauptsächlich in der Elektronikindustrie verwendet, um Halbleiter herzustellen, die in Computerchips, Solarzellen und anderen elektronischen Geräten verwendet werden. Silizium ist ein wichtiger Rohstoff für die moderne Technologie und spielt eine wichtige Rolle in vielen Industriebereichen.
Zusammen mit der Produktion der Module werden somit schon rund 90 % der gesamten CO₂-Emission einer PV-Anlage erzeugt. Deshalb ist für die Ökobilanz nicht nur der Standort der Produktion wichtig, sondern auch die bauliche Art der verwendeten Module. Es wird hauptsächlich in drei unterschiedliche Arten unterteilt:
Monokristalline Module
Den größten Marktanteil, von ca. 80 %, haben die monokristallinen Module. Ursprünglich für die Raumfahrt und für Satelliten entwickelt, haben sie einen sehr hohen Wirkungsgrad von ca. 22 % oder mehr.
Wirkungsgrad: Der Wirkungsgrad von Solarmodulen weist den Prozentsatz aus, der aus Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet, dass ein Solarmodul mehr Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandeln kann und somit eine höhere Leistung pro Fläche erzielt. Das spielt eine Rolle bei der Entscheidung für bestimmte Solarmodule, je nach den individuellen Anforderungen und Gegebenheiten eines Projekts.
Bei der Produktion werden aus einer Siliziumschmelze Stäbe gezogen und diese werden anschließend in dünne Scheiben (Wafer) zersägt.
Wafer: Ein Wafer ist eine dünne Scheibe aus einem Halbleitermaterial wie Silizium, die sehr häufig in der Mikroelektronik verwendet wird. Auf einem Wafer werden elektronische Bauelemente wie Transistoren und integrierte Schaltkreise hergestellt. Wafer sind die Grundlage für die Produktion von Computerchips und anderen elektronischen Geräten.
Das aber benötigt viel Zeit und Energie. Aus diesem Grund sind sie recht teuer und haben eine schlechtere Ökobilanz im Vergleich zu den zwei anderen Arten der Module. Der hohe Bedarf an Silizium ist die Hauptursache dafür. Es gibt aber inzwischen auch Verfahren, bei denen bis zu 50 % dieses Rohstoffes eingespart werden können und die energetische Amortisation sich somit deutlich verkürzen lässt.
Amortisation: ist der Zeitraum, in dem die Einnahmen oder Einsparungen einer Investition die Ausgaben dafür erreicht oder übertroffen haben. Je kürzer die Zeit ist, desto effektiver ist die Investition.
Polykristalline Module
Die polykristallinen Module haben einen Marktanteil von etwa 15 % und unterscheiden sich nicht nur optisch durch ihre bläuliche Färbung von den monokristallinen Modulen, sondern auch in der Herstellung. Dabei wird ebenso meistens Silizium (es gibt auch Solarzellen aus anderen oder aus mehreren Materialien) eingeschmolzen. Beim Abkühlen entstehen unterschiedlich große Kristallstrukturen. Je nach Verfahren werden von diesen Blöcken oder Ingots (ein Block aus einem Halbleitermaterial) bei der Weiterverarbeitung dünne Streifen abgeschnitten. Durch die dabei entstehenden Verschmutzungen reduziert sich der Wirkungsgrad auf ca. 18 %. Jedoch ist die Produktion bei diesen Verfahren nicht so energieaufwendig und dadurch günstiger und umweltfreundlicher als bei den monokristallinen Modulen.
Dünnschicht-Module
Diese Module benötigen bei der Herstellung nur eine geringe Menge an Rohstoffen. Das kann entweder Silizium, Cadmiumtellurid oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid sein.
Cadmiumtellurid: Cadmiumtellurid ist ein Halbleitermaterial, das aus den Elementen Cadmium und Tellur besteht. Es wird häufig in der Photovoltaik-Industrie verwendet, um Dünnschicht-Solarzellen herzustellen. Cadmiumtellurid ist jedoch auch ein giftiges Material und kann bei unsachgemäßer Handhabung oder Entsorgung Umwelt- und Gesundheitsschäden verursachen. Daher ist es wichtig, bei der Verwendung von Cadmiumtellurid entsprechende Sicherheitsmaßnahmen zu treffen und auf eine ordnungsgemäße Entsorgung zu achten.
Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS): Dies ist ein Halbleitermaterial, das häufig in der Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen verwendet wird. Es besteht aus den Elementen Kupfer, Indium, Gallium und Selen. CIGS-Solarzellen zeichnen sich durch eine hohe Energieumwandlungseffizienz und Flexibilität aus, was sie für verschiedene Anwendungen attraktiv macht. Sie können auch bei diffusem Licht gut arbeiten und haben eine hohe Leistungsdichte. Die Verwendung von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid als Rohstoff in der Solarindustrie trägt zur Entwicklung von umweltfreundlichen und nachhaltigen Energiequellen bei.
Diese werden dann in einer Schicht von nur wenigen Mikrometern auf ein Trägermaterial aufgebracht. Dadurch sind sie relativ günstig in der Anschaffung und aufgrund des geringen Gewichtes eignen sich die Module auch für Dächer mit geringer Tragfähigkeit. Zusätzliche Vorteile sind die hohe Flexibilität der Module und die gute Effizienz auch bei nicht optimalen Lichtverhältnissen. Dadurch eignen sich die Module des Weiteren sehr gut für den Einsatz auf Fensterflächen, Hausfassaden oder in Kleingeräten wie Taschenrechnern. Sogar eingenäht in Kleidung können sie als Energiequelle genutzt werden. Ein wesentlicher Nachteil ist jedoch der niedrige Wirkungsgrad von nur ca. 10 bis 13 %. Sie benötigen folglich fast die doppelte Fläche, um einen vergleichbaren Ertrag wie bei den monokristallinen Modulen zu erreichen. Der starke Leistungsabfall nach den ersten Monaten und die im Vergleich kürzere Lebensdauer der Module sollten bei der Anschaffung ebenfalls berücksichtigt werden.
Als nächsten Schritt in der Betrachtung der Ökobilanz schauen wir uns die Installation und den Betrieb von PV-Anlagen an.
Obwohl es hier nur einen geringen Teil der Umweltbelastung ausmacht, kann diese durch die Auswahl von regionalen Anbietern mit kurzen Lieferwegen weiter reduziert werden. Eine fachgerechte Montage trägt auch im Wesentlichen zu einem besseren Wirkungsgrad bei und verbessert somit die Ökobilanz. Beim Betrieb einer PV-Anlage wird kein CO₂ erzeugt.
Zum Schluss steht noch die Entsorgung der Module an.
Die Entsorgung ist teuer und umweltschädlich. Dieses hartnäckige Vorurteil hält sich schon sehr lange. Was viele nicht wissen: Gerade die mono- und polykristallinen Module lassen sich zu nahezu 90 % recyclen. Dabei werden unter anderem die Rohstoffe wie Silizium, Kupfer und Aluminium herausgetrennt und wiederverwendet – ein weiterer Pluspunkt für Solaranlagen. Bis es aber so weit ist, können 25 bis 30 Jahre vergehen. Dies ist nämlich die Lebensdauer von modernen Photovoltaikanlagen.
Nun haben wir uns ausführlich mit der negativen Seite der Bilanz beschäftigt. Wie sieht es aber auf der anderen Seite aus? Da auch hier verschiedene Faktoren den Ertrag einer PV-Anlage beeinflussen, gibt es keinen einheitlichen und genauen Wert, ab wann eine PV-Anlage mehr Energie produziert, als für die Herstellung aufgewendet wurde. Diese energetische Amortisationszeit hängt nämlich unter anderem von den Modulen, dem Standort, der Sonneneinstrahlung und der Größe ab. In Süddeutschland liegt die Amortisationszeit schon bei ca. 8 Monaten.
Selbst bei ungünstigen Bedingungen produziert eine PV-Anlage in der Regel nach zwei Jahren mehr Strom, als bei der Herstellung verbraucht wurde. In diesem Zusammenhang wird oft noch eine weitere Kennziffer ermittelt, der Erntefaktor (Energy Returned on Energy Invested, EroEI oder EROI). Diese Kennzahl gibt an, wie oft eine PV-Anlage während ihres Lebenszyklus die eingesetzte Energie wieder produziert oder an anderer Stelle einspart. Denn wo Solarstrom verwendet wird, müssen keine fossilen Energieträger eingesetzt werden. Diese Substitutionsfaktoren werden mit einer Simulation des europäischen Strommarktes ermittelt. Laut Umweltbundesamt ersetzt Solarstrom ca. 49 % Steinkohle, 33 % Gas, 18 % Braunkohle und 0,5 % Kernenergie. Geht man von einer Lebensdauer von ca. 25 bis 30 Jahren aus, erreicht nach neuesten Berichten der Erntefaktor einen Wert von 11 bis 18. Vereinfacht gesagt produziert eine PV-Anlage das 11-bis 18-Fache an Energie, welche bei der Herstellung verwendet wurde.
Zieht man jetzt einen Strich unter die Ökobilanz, wird ganz klar deutlich, wie effektiv und umweltfreundlich Solarstrom ist, und durch den technischen Fortschritt wird sich dieses Ergebnis sogar weiter verbessern.
Grundsätzliches
Prinzipiell eignet sich erst einmal so gut wie jedes Dach beziehungsweise jede freie Dachfläche für die Installation einer PV-Anlage. Die Flächen sind sowieso schon da und werden meistens nicht oder nur teilweise für etwas anderes genutzt. Einschränkungen sind nur dort gegeben, wo sich durch Dachaufbauten (Kamin, Gaube, Dachvorsprünge) oder in der Nähe befindlichen hohen Bewuchs Verschattungen ergeben. Ist die Dachfläche von der Größe her begrenzt und treten zudem Teilverschattungen auf, kann durch technische Ergänzungen, wie Ertragsoptimierer, die Ertragssituation verbessert werden. Ein weiterer Vorteil von Dachanlagen ist, dass keine weiteren Flächen in der Natur versiegelt werden.
Aufstellmöglichkeiten
Für die Effizienz einer PV-Anlage ist die Lage ein entscheidender Faktor. Wenn Sie sich für eine sogenannte Aufdachanlage entscheiden, müssen Sie sich das vorhandene Dachdesign anschauen. Haben Sie ein Schrägdach ohne Dachfenster und dazu eine Südausrichtung, sind das die idealen Bedingungen für eine PV-Anlage. Die Module werden meistens parallel zur Dacheindeckung montiert und verringern zusätzlich die Erwärmung des Dachgeschosses durch die Sonneneinstrahlung. Es gibt mittlerweile auch Module, die in das Dach integriert werden können und sogar die Dacheindeckung ersetzen. Dieses System wird auch gebäudeintegrierte Photovoltaik genannt. Im Vergleich zu einer Aufdachanlage ist sie jedoch teurer und bietet ca. 5 % weniger Leistung. Auch die weniger verbreiteten Flachdächer können zur Stromerzeugung genutzt werden. Der Vorteil hierbei ist, dass sowohl die Neigung der Module als auch die Ausrichtung optimal gewählt werden können.
Da die Module inkl. Montagesystem ein zusätzliches Gewicht von bis zu 20 kg/m² mitbringen können, sollte vor der Montage eine Prüfung der Statik der Dachkonstruktion, bei der auch die Wind- und Schneelasten berücksichtigt werden, erfolgen. In der Praxis wird dieser Schritt leider oft übersprungen. Auf den Rat eines fachkundigen Handwerkers sollten Sie daher eher nicht verzichten. Eine weitere Möglichkeit, die Gebäudehülle zu nutzen, ist, die Module als Fassadenelemente einzubauen oder als Vordächer zu nutzen. Diese Technik gehört auch zum Bestandteil einer gebäudeintegrierten Photovoltaik.
Wohnen Sie zur Miete und haben kein eigenes Dach, möchten aber trotzdem Solarstrom nutzen oder eine PV-Anlage betreiben? Auch dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten. Um die eigenen Stromkosten zu reduzieren, eignen sich hervorragend die Balkon-PV-Anlagen. Sie bestehen meistens aus einem Modul, es können aber auch mehrere Module sein, und einem Micro-Wechselrichter, der den Solarstrom direkt in das Hausstromnetz einspeist. Sogar eine Kombination mit einer Batterie ist möglich. Aufgrund der Größe werden diese Anlagen auch PV-Zwerge oder PV-Guerilla-Anlagen genannt. Diejenigen, die Geld mit Solarstrom verdienen möchten, können eine sogenannte Betreibergesellschaft gründen, alleine oder mit mehreren, und passende Dachflächen anmieten. Dazu eignen sich die kommunalen Gebäude sehr gut. Wenn Sie diesen Schritt in Erwägung ziehen, sollten Sie unbedingt weitere Informationen einholen, z. B. über Versicherung, steuerliche Aspekte und evtl. Eintragungen im Grundbuch.
Wem das nicht ausreicht, kann auch über den Betrieb einer PV-Anlage auf einer Freifläche nachdenken. Die Vorteile solcher Anlagen sind die optimale Ausrichtungsmöglichkeit, die relativ einfache Montage und sie sind sehr wartungsfreundlich. Es gibt allerdings auch Interessengruppen, die gegen solche Anlagen sind, weil dadurch unter anderem Flächen versiegelt werden und das Landschaftsbild „verunstaltet“ wird. Deshalb sollten nur Orte, die entweder gar nicht oder nur erschwert anderweitig genutzt werden können, für Freiflächenanlagen gewählt werden, zum Beispiel ehemalige Truppenübungsplätze oder anders belastete Flächen.
Vor- und Nachteile der Flächennutzung für Photovoltaikanlagen
Pro
Kontra
Schrägdach
Flachdach
Gebäudeintegrierte Technik
Freiflächen
Neben den bekannten und weit verbreitet genutzten Flächen auf dem Dach gibt es noch weitere interessante, effiziente Möglichkeiten, Solarstrom zu produzieren. Als Erstes wäre da der Solarzaun anzuführen.
Bei einem Photovoltaikzaun werden die Solarmodule senkrecht aufgestellt und dienen nicht nur zur Grundstücksbegrenzung, sondern bieten zusätzlich Sicht-, Lärm- oder auch Windschutz. Der Aufbau ist dabei mit den Aufdachanlagen identisch. Die verbauten Module produzieren ebenso Gleichstrom, welcher mit Hilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt werden muss. Die Kabel werden meistens gut versteckt und verlaufen geschützt in den Zaunpfosten. Verschiedene Hersteller bieten Zaunhöhen von etwa 1,1 bis 2 Meter. Die Module können dabei entweder senkrecht oder hochkant aufgestellt werden. Besonders gut eignen sich sogenannte Glas-Glas-Module, weil sie sehr widerstandsfähig sind und im Gegensatz zu Glas-Folien-Modulen von beiden Seiten vor Witterung und anderen Einflüssen geschützt sind.
Wie bei der Photovoltaikanlage auf dem Dach spielt die Ausrichtung des Solarzauns für die Effizienz ebenfalls eine sehr wichtige Rolle. Sehr gut geeignet ist hier eine Südausrichtung des Zauns, da die Mittagssonne meistens viel Energie liefert. Noch effektiver ist aber eine Ost-West-Ausrichtung in Verbindung mit bifazialen Solarmodulen.
Bifaziale Module: Bifaziale Solarmodule sind eine spezielle Art von Photovoltaikmodulen, die auf beiden Seiten Licht absorbieren und in elektrische Energie umwandeln können. Im Gegensatz zu herkömmlichen monofazialen Solarmodulen können bifaziale Solarmodule das reflektierte Licht von der Umgebung oder von der Unterseite des Moduls nutzen. Bifaziale Solarmodule haben auf beiden Seiten aktive Solarzellen, die entweder aus monokristallinem, polykristallinem oder amorphem Silizium bestehen können. Sie eignen sich besonders gut für Installationen mit hohem Reflexionsgrad, wie z. B. auf Schnee oder Wasser. Die Installation erfordert spezielle Montagesysteme, die eine optimale Ausrichtung und Neigung ermöglichen, um das reflektierte Licht effektiv zu nutzen.
