Photovoltaikanlage – Grüner Strom für die Umwelt

Sofian Oweideh 7. August 2017 Energieberatung Hinterlassen Sie einen Kommentar. 418 Aufrufe

Etwas zur Geschichte der Photovoltaikanlage

Bereits im Jahre 1839 entdeckte der damals 19-jährige Alexandre Edmond Becquerel den photovoltaischen Effekt (Umwandlung von Licht in Strom) bei Experimenten mit Batterien. Der französische Physiker fand jedoch noch keine Erklärung für die erhöhte elektrische Spannung, die unmittelbar nach der Bestrahlung der Batterien mit Licht erfolgte.

Erst einige Jahre später – im Jahre 1877 – wies der englische Ingenieur Wilboughby Smith diesen Effekt am Element Selen nach. Von diesem Zeitpunkt an wurde intensiver zu diesem Thema geforscht. Der Photoeffekt konnte erst 1905 erklärt und bewiesen werden und zwar mit der Quantentheorie Albert Einsteins.

Zum Einsatz kamen Solarzellen jedoch erst in den siebziger Jahren und zunächst lediglich für die Raumfahrt. Ende der siebziger Jahre wurde Solarenergie aufgrund einer erneuten Ölkrise populärer und in den achtziger Jahren wurden erste Photovoltaikanlagen auf Dächer von Hausbesitzern installiert.

Funktion der Photovoltaikanlage

Für die Stromgewinnung mittels Photovoltaikanlage wird die Sonnenkraft genutzt:

Sonnenstrahlen treffen auf die aus Silizium bestehenden Solarzellen
Neutral geladene Teilchen werden dadurch angeregt, sodass Elektronen freigesetzt werden
An den Solarzellen befinden sich Metallkontakte
Über diese Kontakte gelangen die Elektronen in Form von verfügbarem Strom aus den Zellen
Der Strom wird an die Verbrauchsgeräte weitergeleitet

Durch einen in sich geschlossenen Kreislauf werden die Elektronen wieder in die Solarzelle zurückgeleitet. Dort verbinden sie sich mit positiv geladenen Teilchen zu neutral geladenen Teilchen.

Aufgrund dieses fortlaufend wiederholten Prozesses erzeugt eine Photovoltaikanlage elektrische Energie. Da eine einzelne Solarzelle nur eine unzureichend hohe Spannung aufbauen kann, werden die Zellen zu Modulen verbunden. Die durch eine Photovoltaikanlage erzeugte elektrische Energie kann als Gleichstrom sofort verwendet werden.

Verschiedene Photovoltaik-Module

Grundsätzlich lässt sich zwischen polykristallinen und monokristallinen Modulen unterscheiden. Meistens werden polykristalline Photovoltaik-Module aufgrund des guten Preis-Leistungs-Verhältnisses eingesetzt. Der Wirkungsgrad ist jedoch bei monokristallinen Photovoltaik-Modulen höher. Diese Module sind aber in der Anschaffung teurer.

Eine weitere Art sind die sogenannten Dünnschichtmodule, die zunehmend beliebter werden. Der Wirkungskreis ist zwar geringer, dafür sind sie preiswert und erweisen sich bei diffusen Lichtverhältnissen als hoch effizient. Außerdem werden bei der Herstellung weniger Rohstoffe verbraucht.

Inverter für Photovoltaikanlagen

Photovoltaikanlagen erzeugen Gleichstrom. Für die Haushaltsgeräte ist jedoch Wechselstrom notwendig. Ebenfalls wird für die Einspeisung Wechselstrom benötigt. Somit muss die Photovoltaikanlage mit einem Inverter (Wechselrichter) ausgestattet sein, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt.

Im Handel gibt es viele Hersteller und Anbieter von Solarwechselrichter und ebenso umfangreich ist das Angebot der Inverter. Die verschiedenen Typen unterscheiden sich in ihrer technischen Arbeitsweise und zudem im Preis. Zudem muss beim Kauf eines Wechselrichters darauf geachtet werden, dass er zur Größe der Anlage passt. Für eine Photovoltaikanlage normaler Größe kann mit einem Preis gerechnet werden, der rund zwanzig Prozent der gesamten Kosten ausmacht.

Photovoltaikanlage montieren und befestigen

Für die Montage von Photovoltaikanlagen stehen zwei Systeme zur Verfügung: Aufdach-System und Indach-System. Eine weitere Option stellen Solardachziegeln dar. Meistens wird das Aufdach-System verwendet, da die Umsetzung relativ einfach ist.

Aufdach-System

Bei diesem System wird zunächst ein Montagestell am Dach befestigt. Auf das Gestell wird die Photovoltaikanlage montiert. Das Aufdach-System wird aufgrund der einfachen Umsetzung bei bestehenden Dächern bevorzugt und ist für schräge Dächer aus Ziegel, Bleck, Wellplatten oder Schiefer geeignet. Sollte die Dachneigung zu flach sein, lässt sich dies mittels speziellen Haken kompensieren.

Indach-System

Beim Indach-System werden die Module in das Dach integriert. Die Photovoltaikanlage bildet also mit der Dacheindeckung eine Einheit und wirkt somit ästhetischer. Empfehlenswert ist das Indach-System dann, wenn ein Neubau oder eine Dachsanierung geplant ist.

Allerdings kann dieses System nicht in alle Dächer montiert werden. Für Bitumen- und Blechdächer ist das System nicht geeignet. Da ein reibungsloser Abfluss von Regenwasser gewährleistet sein muss, ist das Indach-System nur für Schrägdächer mit entsprechend großem Neigungswinkel praktikabel.

Zu bedenken ist außerdem, dass Ertrag und Leistung der Anlage sinken können, da aufgrund der Integration in das Dach keine Kühlung der Photovoltaikanlage gegeben ist.

Solardachziegel

Solardachziegel entsprechen der Optik von normalen Dachziegeln und sind dadurch fast nicht sichtbar. Sie werden in erster Linie bei Gebäuden verwendet, die unter Denkmalschutz stehen, sodass die Optik des Gebäudes erhalten bleiben kann. Der Anschaffungspreis von Solardachziegel ist höher. Zudem ist die Stromerzeugung weniger effizient.

Photovoltaikanlage Förderung: Einspeisevergütung

Im Rahmen des im Jahre 2000 verabschiedeten Erneuerbaren Energie Gesetzes (EEG) erhält man eine Einspeisevergütung als Betreiber einer Photovoltaikanlage. Das heißt: Der durch die Anlage erzeugte Solarstrom wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist und dies wird mit einer Vergütung gefördert, die auf zwanzig Jahre festgelegt ist und konstant bleibt.

Die Einspeisevergütung ist jedoch in den letzten Jahren immer weiter gesunken, sodass sich heute mit dem Verkauf des Solarstroms kaum Geld verdienen lässt. Rentabler ist die Abdeckung des Eigenverbrauchs mit einer kleinen Photovoltaikanlage.

Photovoltaikanlage: Autarkiegrad und Eigenverbrauch

Über die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage entscheiden drei maßgebliche Aspekte zusammen: Leistung, Eigenverbrauch, Autarkiegrad.

Der Strombedarf ist je nach Nutzungsdauer und Anzahl der Verbraucher von Haushalt zu Haushalt unterschiedlich. Bei einem durchschnittlichen Einfamilienhaus kann von einem jährlichen Strombedarf von rund 4 000 Kilowattstunden ausgegangen werden.

Leistung einer Photovoltaikanlage

Für den privaten Haushalt sollte die Leistung der Anlage dem Strombedarf entsprechen. Für die Berechnung wird die Sonneneinstrahlung sowie die Ausrichtung der Anlage mit einbezogen und es wird von einem kWp (Kilowatt Peak) pro Megawattstunde ausgegangen. Die jährliche Stromerzeugung in Deutschland liegt bei 800 bis 1 000 Kilowattstunden pro kWp. Für einen Jahresstrombedarf von 4 000 Kilowattstunden sollte somit die Leistung der Photovoltaikanlage
4 kWp betragen.

Eigenverbrauch

Die im eigenen Haushalt verbrauchte Strommenge wird als Eigenverbrauch bezeichnet. In der Regel liegt der Anteil des Eigenverbrauchs bei etwa dreißig Prozent. Die restliche erzeugte Strommenge wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist.

Autarkiegrad

Mit dem Autarkiegrad lässt sich der Grad der Unabhängigkeit von externen Stromversorgern erkennen. Dabei beschreibt der Autarkiegrad das Verhältnis zwischen der Leistung der Photovoltaikanlage, dem Eigenverbrauch und dem Stromverbrauch.

Liegt also der Jahresstrombedarf bei 4 000 Kilowattstunde und es wurde eine Anlage mit einer Leistung von 2 kWp installiert, beträgt der jährliche Stromgewinn bei rund 2 000 Kilowattstunden. Somit wird der erzeugte Strom zu hundert Prozent selbst verbraucht. Da der eigens produzierte Strom jedoch den Strombedarf nicht abdeckt, müssen die restlichen 2 000 Kilowattstunden von externen Stromanbietern gekauft werden. Der Autarkiegrad liegt in diesem Beispiel bei fünfzig Prozent.

Soll ein Autarkiegrad von hundert Prozent erreicht werden, müsste im obigen Beispiel mit einem Jahresstrombedarf von 4 000 Kilowattstunden eine Anlage montiert werden, die eine Leistung von
4 kWp hervorbringt. Dann wird der Eigenbedarf gedeckt und es muss kein Strom von externen Stromversorgern hinzugekauft werden.

Was kostet eine Photovoltaikanlage?

Die Kosten werden letztlich durch die Größe der Anlage bestimmt. Wie groß die Photovoltaikanlage sein sollte, hängt vom Strombedarf ab und ob möglicherweise ein Stromspeicher angeschafft wird. Man kann für ein normales Einfamilienhaus von 5 000 Euro bis 10 000 Euro ausgehen.

Für eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung zwischen 4 kWp und 6 kWp entstehen folgende Gesamtkosten:

Bauelement	Einzelpreise	Gesamtkosten
Solarmodule	pro kWp 700 bis 800 Euro	2 800 bis 3 200 Euro
Inverter	1 000 bis 1 200 Euro	1 000 bis 1 200 Euro
Befestigung und Verkabelung	600 bis 800 Euro	600 bis 800 Euro
Montage	1 000 bis 1 200 Euro	1 000 bis 1 200 Euro
Gesamtkosten ohne Stromspeicher		5 400 bis 6 400 Euro

Möchte man die Anlage mit einem Stromspeicher ausstatten, entstehen zusätzliche Kosten von
6 000 Euro (pro kWh 1 500 Euro). Dann belaufen sich die Gesamtkosten auf 11 400 bis 12 400 Euro.

Die laufenden Kosten für eine Photovoltaikanlage setzen sich aus den Kosten für Versicherung, Reinigung und Wartung zusammen und liegen zwischen 200 und 400 Euro pro Jahr.

Photovoltaikanlage versichern

Es besteht keine Pflicht eine Photovoltaikanlage zu versichern. Dennoch sollte sich über folgende Versicherungen Gedanken gemacht werden:

Haftpflichtversicherung

Mit einer Haftpflichtversicherung wird die Anlage gegen Schäden an Dritte abgesichert. In der Regel lässt sich die Photovoltaikanlage in die Haftpflichtversicherung des Hauses oder des Grundbesitzers einbeziehen.

Versicherung gegen Gewitter- und Hagelschäden

Die jährlichen Kosten für eine einfache Versicherung, die die Anlage gegen Schäden durch Hagel oder Gewitter absichert, belaufen sich auf 65 und 100 Euro.

Versicherung um Betriebsausfälle abzudecken

Um eventuelle Betriebsausfälle abzudecken kann eine Versicherung abgeschlossen werden, die zwischen 120 und 200 Euro jährlich kostet.

Photovoltaik Steuern

Theoretisch muss ein Unternehmen gegründet werden, wenn man den selbst erzeugten Strom der Photovoltaikanlage ins öffentliche Stromnetz einspeisen möchte. Auf Wunsch werden Anlagen mit einer Leistung bis 10 kWp von der Regelung ausgenommen. Die steuerlichen Unterschiede liegen darin, ob man als Kleinunternehmer oder Unternehmer auftritt:

	Vorteil	Nachteil
Unternehmer	Rückerstattung der Mehrwertsteuer des Kaufpreises der Anlage	Jährliche Steuerabgaben
Kleinunternehmer	Keine jährlichen Steuerabgaben	Keine Rückerstattung der Mehrwertsteuer des Kaufpreises der Anlage

Meistens ist es lohnenswerter ein Kleinunternehmen zu gründen. Geht man von Investitionskosten in Höhe von 8 000 Euro aus, betragen die Steuerabgaben nach 20 Jahren als Unternehmer 2 340 Euro, wobei die rückerstatteten Mehrwertsteuern (19%) lediglich 1 520 Euro betragen.

Förderung der Photovoltaikanlage

Eine dauerhafte Förderung der Photovoltaikanlage ist durch die Einspeisevergütung gegeben. Zudem besteht die Möglichkeit eines zinsgünstigen Kredits durch die Kreditanstalt für Wiederaufbau. Diesen Kredit kann man beim Kauf einer Anlage und eines Stromspeichers in Anspruch nehmen:

Für den Kauf einer Photovoltaikanlage kann ein Kredit mit einem effektiven Jahreszins von 1,36 % in Anspruch genommen werden (Programm „Erneuerbare Energien Standard)
Für den Kauf eines Stromspeichers ist ein Kredit mit einem effektiven Jahreszins von 1,05 % plus einem Tilgungszuschuss von 16,0 % zu erhalten (Programm „Erneuerbare Energien Speicher)

Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage

Bei einer Laufzeit zwischen 20 und 25 Jahren und unter normalen Bedingungen rechnet sich eine Photovoltaikanlage nach etwa 12 bis 17 Jahren. Die genaue Wirtschaftlichkeit der Anlage ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Die Amortisationszeit tritt wesentlich schneller ein, wenn Smart Home Systeme eingesetzt werden oder die Strompreise steigen. Wirtschaftlich ist die Anlage auf jeden Fall, wenn die Leistung an den Strombedarf angepasst ist (pro Megawattstunde Strombedarf
1 kWp Leistung).

Lohnt sich die Anschaffung eines Stromspeichers?

Theoretisch könnte man sich mit der Anschaffung eines Stromspeichers komplett von externen Stromanbietern abnabeln. Somit ließe sich eine vollkommende Autarkie in Bezug auf Strom erzielen. Momentan sind jedoch die Anschaffungspreise für Speicher zu hoch. Pro kWh Speicherleistung muss derzeit von Kosten um 1 500 Euro ausgegangen werden. Ein Stromspeicher für ein durchschnittliches Einfamilienhaus kostet somit etwa 6 000 Euro.

Vermutlich werden die Kosten für Stromspeicher ab 2020 erschwinglicher sein und wahrscheinlich unter tausend Euro je kWh liegen. Dann kann mit einem sechzig prozentigen Eigenverbrauchsanteil gerechnet werden.

Wer sich dennoch für einen Stromspeicher entscheidet, sollte auf Batteriespeicher zurückgreifen. Diese haben sich als zukunftsweisender erwiesen, im Gegensatz zu den anderen Speichermöglichkeiten (z.B. Pumpspeicherkraftwerk, Druckluftspeicher o.a.).

Berechnung der Anlagen-Größe

Die Größe – sprich die Leistung – der Photovoltaikanlage sollte auf den Haushalt abgestimmt werden. Damit Stromkosten reduziert werden können sollte sich für eine Leistung von 1 kWp je Megawattstunde Strombedarf entschieden werden. Bei dieser Größenrechnung wurden die zukünftigen Strompreise und die aktuelle Einspeisevergütung berücksichtigt.

Mit einer Anlage dieser Größe wird etwa siebzig Prozent des erzeugten Stromes in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Mit dem dadurch entstehenden Gewinn kann der restliche benötigte Strom bezahlt werden.

Eine detaillierte Aussage zur Einsparung kann nur gemacht werden, wenn eine genaue Amortisationsrechnung aufgestellt wird. Grob lässt sich Folgendes aussagen:

Bei einem Jahresstrombedarf von 4 000 kWh, einer Anlagegröße von 4 bis 6 kWp und einem Eigenverbrauchsanteil von 30% können 400 bis 600 Euro jährlich eingespart werden

Muss eine Photovoltaikanlage regelmäßig gewartet werden?

Damit die Leistung der Photovoltaikanlage erhalten bleiben kann, müssen Ablagerungen von Regen, Moosen oder Bäumen regelmäßig beseitigt werden. Ebenso setzt sich Staub in den Modulen ab, das besonders in ländlichen Gebieten durch landwirtschaftliche Betriebe gehäuft auftritt. Weiterhin kann ein Leistungsverlust durch Autoabgase auftreten.

Um den Betrieb der Photovoltaikanlage langfristig gewährleistet zu können, ist eine regelmäßige Wartung und Reinigung unbedingt zu empfehlen.

Wie hoch ist die Lebensdauer von Photovoltaikanlagen?

Eine Photovoltaikanlage kann bis zu dreißig Jahre halten. Für die Kalkulation sollte jedoch von einer Lebensdauer von zwanzig Jahren ausgegangen werden. Innerhalb dieser Lebensdauer rentiert sich auch die Anlage ohne Stromspeicher. Der Speicher hingegen hat lediglich eine Lebensdauer von rund zehn Jahren.

Grundsätzlich besteht auch nach zwanzig Jahren die Funktionsfähigkeit der Anlage. Im Laufe der Zeit lässt jedoch die Leistung deutlich nach.

Ist eine Photovoltaikanlage recyclebar?

Laut offiziellen Angaben kann eine Photovoltaikanlage bis zu 95 % wiederverwertet werden. Seit dem Jahre 2002 wird vom Bundesumweltministerium ein Projekt gefördert, das der Forschung dient, das Recycling der Module umweltschonender und günstiger gestalten zu können. Gebrochene und ausgediente Module sowie Produktionsabfälle können schon heute aufbereitet werden.

Module-Hersteller können sich außerdem der Organisation „freiwillige Organisation PV-Cycle“ anschließen. Diese Organisation ist ein weltweiter Zusammenschluss von mittlerweile über 240 Herstellern, wobei die Mitgliederzahlen und das Netz stetig ausgebaut werden. Sind die Hersteller Mitglied dieser Organisation, können sie ihre Module kostenlos recyclen.

Hausundenergie.de