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Was ist Photovoltaik und wie funktioniert sie? Die wichtigsten Fragen – beantwortet

Mit Hilfe der Sonne selbst für Strom sorgen: mit Photovoltaik kein Problem. Nach einem Boom ist es still geworden um die klimafreundliche Technologie; vor allem wegen der geringeren Förderung. Doch durch steigende Strompreise und günstigere Speicher lohnt sich Photovoltaik wieder – und kann ihre Vorteile jetzt voll ausspielen.

SolardachCheck: Photovoltaik prüfen

Würde sich Photovoltaik auf Ihrem Dach lohnen? Was bringt ein Speicher in Ihrem Fall? Finden Sie heraus, mit welchen Erträgen Sie rechnen können:

Die wichtigsten Fakten im Überblick

  • vergleichsweise einfache Funktionsweise als großer Vorteil von Photovoltaik
  • mit Photovoltaik zwischen 45 und 71 Prozent je Kilowattstunde sparen
  • Eigenverbrauch bei Photovoltaik inzwischen wichtiger als Einspeisung
  • Kosten für Wartung und Entsorgung nicht zu unterschätzen

Was ist Photovoltaik? (Definition)

Unter Photovoltaik (oder auch Fotovoltaik) versteht man Generatoren, die Lichtenergie in elektrischen Strom umwandeln. Vom Licht stammt die erste Silbe: „Photo“ – manchmal auch „Foto“ geschrieben. Und „voltaik“ bezieht sich auf Volt, die Einheit für die elektrische Spannung.

Welche Vorteile hat die Photovoltaik?

Ein Vorteil von Photovoltaik ist, dass sie sehr einfach funktioniert:

  • Sonnenlicht fällt auf eine Halbleiterzelle,
  • darin entsteht eine Spannung,
  • fließt ein elektrischer Strom.

Die Zellen ...

  • brauchen keine bewegten Teile,
  • keine hohen Temperaturen (wie etwa in einem Gasbrenner),
  • keine gefährlichen Brennstoffe und
  • stoßen keine schädlichen Abgase aus.

Der wichtigste Vorteil: Mit Photovoltaik können Sie sich von den Energieversorgern und den steigenden Strompreisen zumindest ein Stück weit unabhängig machen. Nutzen Sie den Sonnenstrom im eigenen Haus möglichst vollständig aus. So können Sie richtig Geld sparen.

Wie viel kann ich mit Photovoltaik verdienen?

Früher haben Photovoltaiknutzer ihren Sonnenstrom ins Stromnetz eingespeist und bekamen dafür eine satte Einspeisevergütung vom Staat. Diese Vergütung gibt es immer noch, aber sie wurde drastisch abgesenkt. Viel cleverer ist es deswegen, den Strom im Haus selber zu verwenden. Jede Kilowattstunde selbsterzeugter und selbstverbrauchter Sonnenstrom spart den Kauf einer Kilowattstunde Netzstrom. Netzstrom kostet je nach Region zwischen 22 und 32 Cent, Sonnenstrom zwischen 9 und 12 Cent. Die Einsparung liegt also zwischen 13 und 20 Cent – je Kilowattstunde Solarstrom. Oder 45 bis 71 Prozent.

Kosten von Netzstrom und Sonnenstrom im Vergleich

Kosten für Netzstrom:22 bis 32 Cent je kWh
Kosten für Sonnenstrom: 9 bis 12 Cent je kWh
Einsparung: 13 bis 20 Cent je kWh (45 bis 71 Prozent)

Wie viel kostet Photovoltaik?

In Deutschland kostet das Kilowatt Photovoltaik mit Solarmodulen, Verkabelung, Montagesystem (Schrägdach) und Wechselrichter zwischen 900 und 1.400 Euro, zuzüglich Mehrwertsteuer. Inbegriffen sind bereits die Montagekosten durch den Handwerker und der Zähler am Hausanschluss (zur Abrechnung des eingespeisten Solarstroms mit dem Netzbetreiber). Für ein durchschnittliches Ein- oder Zweifamilienhaus kostet Photovoltaik mit Speicher etwa zwischen 6.000 und 21.000 Euro. Zudem sollten Sie mit durchschnittlich rund 200 bis 300 Euro im Jahr für technische Inspektionen und Wartung oder Reinigung sowie Versicherungen rechnen. Die Kosten dafür werden oft unterschätzt.

Welche Nachteile hat die Photovoltaik?

Nachts oder an sehr grauen Wintertagen liefert Photovoltaik keinen Strom. Sie können aber den Sonnenstrom in einem Speicher sammeln, um ihn beispielsweise am Abend oder in der Nacht zu nutzen. Weniger ein Nachteil, als eine technische Notwendigkeit: Siliziumzellen brauchen möglichst senkrechtes Licht, deshalb sind sie zur Sonne auszurichten. Das Dach, auf dem Photovoltaik montiert wird, muss das Gewicht der Solarmodule und der Untergestelle aushalten, ebenso die Lasten aus Wind oder Schnee.

Vorteile und Nachteile von Photovoltaik im Überblick

VorteileNachteile
vergleichsweise einfache Funktionsweisenachts und bei starker Bewölkung (vor allem im Winter) kein Strom
keine bewegten TeileAusrichtung gen Sonne nötig
keine hohen Temperaturenhohes Gewicht, hohe Lasten Wind und Schnee
keine gefährlichen Brennstoffe oder Emissionen
Autarkie zumindest teilweise möglich

Photovoltaik: Was wird benötigt?

Eine einfache Photovoltaikanlage besteht

  1. aus den Solarmodulen mit den photoaktiven Solarzellen,
  2. aus der Verkabelung,
  3. dem Montagesystem für das Dach (oder Balkon, Carport, Fassade oder Freigelände) und
  4. einem Wechselrichter, der aus dem Gleichstrom vom Dach Wechselstrom macht.

Um möglichst viel Sonnenstrom selbst zu verbrauchen, bietet sich ein Photovoltaikspeicher an, auch Stromspeicher oder Solarstromspeicher genannt.

Photovoltaik: Aufbau und Funktion

Infografik zur Photovoltaik: Zeichnung eines Hauses mit Solarmodulen, Speicher, Wechselrichter und Energiemanager, Zweirichtungszähler und Eigenverbrauchern wie Licht und Elektroauto; dazu ein Strommast und eine Stromleitung zum Haus

Welches Dach ist für Photovoltaik geeignet?

Die Solartechnik ist so ausgereift, dass faktisch jedes Dach für Solarmodule nutzbar ist, auch auf dem Carport oder dem Schuppen. Vorausgesetzt, die Unterkonstruktion des Daches trägt das Gewicht der Module und die damit verbundenen Belastungen durch Wind oder Schnee.

Rund sechs Quadratmeter ergeben 1 bis 1,2 Kilowatt Photovoltaikleistung. Eine Photovoltaikanlage mit 4 Kilowatt (rund 4.000 Kilowattstunden) braucht demnach ein zwischen 20 und 24 Quadratmeter großes Dach.

Welche Arten der Photovoltaik gibt es?

Für Ein- und Zweifamilienhäuser kommen vor allem zwei Arten von Solarmodulen in Frage:

  • Siliziummodule und
  • Dünnschichtmodule.

Siliziummodule haben verschiedene Größen (12, 24, 36, 48, 60, 72 oder 96 Zellen), um jedes Dach optimal zu nutzen. Verschiedene Module können kombiniert werden. Auch unterschiedliche Ausrichtung der Module ist kein Problem. Belegte man früher vor allem Süddächer, werden heute alle Dächer genutzt. Einzig zu beachten: Sie dürfen nicht verschattet sein, etwa durch Bäume oder nebenstehende Gebäude.

Neben den weit verbreiteten Siliziummodulen gibt es Dünnschichtmodule mit Halbleitern aus Kupfer und Indium. Auch sie eignen sich für die Dächer von Ein- und Zweifamilienhäusern, sehen manchmal sogar besser aus.

Wann produziert eine Photovoltaikanlage Strom?

Ganz einfach: Immer wenn die Sonne scheint, produziert Photovoltaik Strom. Das sollte möglichst direkte Sonneneinstrahlung sein, kann aber auch diffuses Licht sein, etwa an Tagen mit Bewölkung. Mit einem Photovoltaikspeicher können Sie den Sonnenstrom auch zeitversetzt nutzen, zum Beispiel nachts oder an trüben Wintertagen.

Wie viel Photovoltaik brauche ich?

Hauseigentümer sollten ihre Dächer und Vordächer voll ausnutzen. Dann lässt sich der elektrische Strombedarf des Hauses bis weit in den Herbst hinein decken. Und am besten denken Sie dabei auch gleich über ein Elektroauto nach – auch wenn es bis zum Kauf vielleicht noch ein paar Jährchen dauert. Das Elektroauto erhöht zwar den Strombedarf, allerdings haben Sie dann die Tankstelle direkt am Haus.

Wie viel muss die Anlage leisten?

So viel, wie es geht, also die Dächer für Photovoltaik hergeben. Denn je größer die Photovoltaikanlage, desto mehr Strom bekommen Sie im zeitigen Frühjahr, bis weit in den Herbst oder an klaren Wintertagen. Generell kann man in Deutschland zwischen 900 und 1.100 Kilowattstunden Solarstrom je installiertem Kilowatt Solarleistung erzielen – übers ganze Jahr gerechnet.

Was bedeuten Wp (Wattpeak) oder kWp (Kilowattpeak)?

Die Photovoltaik erzeugt eine elektrische Gleichspannung, keine Wechselspannung, wie wir sie vom Stromnetz oder der Steckdose kennen. Die elektrische Nennleistung wird in Kilowatt (kW) angegeben, bei Photovoltaikanlagen manchmal auch in Kilowattpeak (kWp), seltener in Wattpeak (Wp).

Die Laufzeit (zum Beispiel von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang) multipliziert mit seiner Nennleistung, ergibt überschlägig die nutzbare Energiemenge (auch Strommenge genannt) in Kilowattstunden (kWh).

Wie viel Sonnenstrom kann ich von meinem Dach ernten?

Eine Photovoltaikanlage mit 5 Kilowatt (kW) Nennleistung läuft 8 Stunden (von 9 Uhr bis 17 Uhr). In dieser Zeit erzeugt sie theoretisch 40 Kilowattstunden (kWh) Strom.

Allerdings laufen die Solarmodule nicht vom Morgen bis zum Abend auf voller Leistung. Die Sonne steigt erst zum Zenit und sinkt danach ab. Auch übers Jahr verändern sich die Sonnenstände. Im Winter steht die Sonne flacher überm Horizont und beschreibt eine kürze Bahn. Deshalb ist die Photovoltaikanlage so zu bauen, dass möglichst viel Strom im Winter erzeugt werden kann. Denn im Winter ist in der Regel Strom aus dem Netz nötig.

Prozentuale Verteilung des Ertrags einer Photovoltaikanlage in einem Jahr

MärzAprilMaiJuniJuliAug.Sept.Okt.Nov.Dez.Jan.Feb.
Anteil in % 7,911,313,412,413,612,29,27,43,21,92,94,5
FrühlingSommerHerbstWinter
Anteil in %32,638,319,89,3

Wer darf Photovoltaik installieren?

Photovoltaikanlagen sind elektrische Systeme, die nur vom Fachmann installiert und in Betrieb gesetzt werden dürfen. Zudem brauchen sie einmal im Jahr eine professionelle Durchsicht. Die Anlagen müssen brandsicher sein, und sie sollten mindestens zwanzig Jahre laufen. Deshalb ist von Eigenbau unbedingt abzuraten. Fehler können zu einem Lichtbogen auf dem Dach führen, zu Kurzschlüssen oder Bränden.

Wie finde ich den richtigen Handwerker?

Einen geeigneten Installateur für Photovoltaik und Haustechnik erkennen Sie an seinen Referenzen. Der Handwerksbetrieb sollte in Ihrer Region ansässig sein, um sich mit speziellen örtlichen Anforderungen wie Windlasten, Schneelasten oder Hagel auszukennen. Auch sollte er neben der Elektrik die Heizungstechnik beherrschen oder mit einem zuverlässigen Heizungsbauer kooperieren. Denn mit Photovoltaik lässt sich beim Warmwasser einiges sparen. Doch vor allem: Die Chemie sollte stimmen – im persönlichen Gespräch, bei der Besichtigung Ihres Daches und Gebäudes.

Kann ich Photovoltaik einfach ans Haus anschließen?

Die Solarmodule auf dem Dach liefern Gleichstrom. Im Haus wird aber Wechselstrom gebraucht. Deshalb setzt ein Wechselrichter die Gleichströme um, bevor die Energie ins Hausnetz abgegeben wird.

Die elektrischen Versorgungssysteme von Mietwohnungen in Mehrfamilienhäusern, Wochenendhäusern oder Bungalows sind in der Regel auf 230 Volt ausgelegt (einphasige Systeme). Ein- und Zweifamilienhäuser sind dagegen meist mit drei Phasen angeschlossen (400 Volt, auch Kraftstrom oder Drehstrom genannt). Deshalb unterscheidet man die Wechselrichter in einphasige und dreiphasige Geräte.

In Deutschland ist der einphasige Anschluss von Photovoltaikanlagen nur bis zu einer Nennleistung von 4,6 Kilowatt erlaubt. Alle höheren Leistungen dürfen nur dreiphasig angeschlossen werden. So oder so ist das Anschließen einer Photovoltaikanlage ein Fall für den Fachmann.

Photovoltaik: Was passiert nach 20 Jahren?

Normalerweise werden Photovoltaikanlagen auf zwanzig Jahre ausgelegt und berechnet. Erfahrungen zeigen, dass ordentlich installierte Systeme durchaus länger laufen können.

Nach zwanzig Jahren können Sie die Anlage einfach vom Dach nehmen und bei kommunalen Sammelstellen kostemlos entsorgen lassen: als Elektroaltgeräte (Solarmodule, Wechselrichter, Kabel) und als Schrott (Montagegestelle aus Stahl oder Aluminium). Denkbar ist allerdings auch, die Anlage nach zwanzig Jahren einfach weiter stromen zu lassen. Oder Sie lassen die alten Solarmodule abnehmen und neue, leistungsfähigere Module auf dem vorhandenen Montagegestell aus Metall installieren (Repowering).

Am besten ist es, bereits vor Ablauf der zwanzig Jahre Pläne zu machen. Denn je nach Entscheidung können zum Teil erhebliche Kosten für Demontage und Transport und/oder Repowering anfallen. Außerdem können Sie so frühzeitig an mit der Photovoltaik verbundene Dinge wie Elektromobilität, Heizung oder Warmwasserversorgung denken.

Wie wichtig ist der Anlagenpass?

Die korrekte Dokumentation der Photovoltaikanlage ist – ähnlich dem Scheckheft fürs Auto – unbedingt erforderlich. Denn zwanzig Jahre Mindestlaufzeit sind lang. Da gerät manches in Vergessenheit. Die Handwerksverbände des Elektrohandwerks und der Branchenverband der Solarwirtschaft haben deshalb einen Anlagenpass erstellt, in dem alle wichtigen Parameter einer Photovoltaikanlage erfasst sind:

  • technische Komponenten,
  • Installation und
  • Inbetriebnahme.

Der Anlagenpass soll dazu beitragen, dass wichtige Prüfungen nicht vergessen werden und dass die Basisinformationen zur Photovoltaikanlage auch nach Jahren noch schnell zur Hand sind – im Falle eines Schadens oder im Falle von Erweiterungen etwa durch Photovoltaikspeicher.

Wie gefährlich ist Photovoltaik?

Von einer korrekt geplanten und installierten Anlage geht normalerweise keine Gefahr aus. Doch je nach Generatorleistung sind die Spannungen und Ströme mitunter sehr hoch. Manchmal entstehen bei Photovoltaik von außen unsichtbare Schäden durch Hagelschlag oder Tierverbiss, die erhebliche Gefahren für Leib und Leben darstellen können. Deshalb sollten Sie die Photovoltaikanlage einmal im Jahr – im Frühjahr, kurz vor der nächsten Sonnensaison – durch einen Fachmann inspizieren lassen.

Was ist die Photovoltaiklüge?

Hinter der Photovoltaiklüge steckt die Behauptung, dass sich Sonnenstrom nur aufgrund hoher Subventionen vom Staat rechnet. Das war vor Beginn der Massenproduktion richtig, ist aber inzwischen schlichtweg falsch. Denn Photovoltaik ist mittlerweile die preiswerteste Technik, um elektrischen Strom zu erzeugen – auch in Deutschland und auch für Privatleute.

Autor: Heiko Schwarzburger, Fachjournalist für erneuerbare Energien

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