Was ist eine Photovoltaikanlage?

Immer mehr Haus- oder Wohnungsbesitzer schaffen sich eine Photovoltaikanlage an. Je nach Größe und Leistung macht man sich damit zum größten Teil unabhängig von kommerziellen Stromanbietern. Eine PV-Anlage schafft damit mehr Sicherheit, vor allem im Hinblick auf steigende Energiepreise und sie ist auch ökologischen Gesichtspunkten eine Überlegung wert. Bevor man sich allerdings mit dem Kauf und den Kosten einer Photovoltaikanlage in Höhe von bis zu 20.000 Euro befasst, sollte man wissen:

Was ist eine Photovoltaikanlage?

Eine Photovoltaikanlage (PV-Anlage) wandelt über Solarmodule Sonnenlicht in elektrischen Strom um. Die Solarzellen der Module nehmen das Licht auf und erzeugen Gleichstrom. Damit dieser Strom von den Haushaltsgeräten genutzt werden kann, muss er von einem Wechselrichter in Wechselstrom mit einer Spannung von 230 Volt umgewandelt werden.

Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?

Beim Aufbau einer Photovoltaikanlage wird in zwei Hauptbestandteile unterschieden: in die Solarmodule und den Wechselrichter, auch Netzeinspeisegerät genannt. Die Module werden auf einer Unterkonstruktion beziehungsweise einem Montagegestell befestigt und mit Solarkabeln verbunden beziehungsweise angeschlossen. Zudem gibt es noch einen Stromzähler und optional einen Batteriespeicher, mit dem sich die erzeugte Energie auch nutzen lässt, wenn die Sonne nicht scheint.

In der Regel werden größere Solaranlagen auf ein Dach montiert. Warum kommt die Photovoltaikanlage aufs Dach? Die Antwort ist simpel: Sie nimmt dort keinen Platz weg und hat dort den in den meisten Fällen idealen Standort für einen optimalen Ertrag.

Warum eine Photovoltaikanlage?

Trotz der relativ hohen Anschaffungskosten und den gesunkenen Einspeisevergütungen ist eine eigene Photovoltaikanlage immer noch sinnvoll. Mit einem zusätzlichen Batteriespeicher kann der Eigenverbrauch auf 60 bis 80 Prozent erhöht werden. Damit ist man zum Großteil unabhängig von kommerziellen Stromanbietern und kann den selbst produzierten Strom auch in den Abend- und Nachtstunden nutzen.

Dass ein Haushalt überwiegend autark von kommerziellen Stromversorgern leben kann, ist heutzutage der wichtigste Grund für die Anschaffung einer eigenen PV-Anlage. Damit lassen sich die laufenden Stromkosten senken, wodurch sich nach durchschnittlich 10 bis 15 Jahren die Anschaffungskosten amortisiert haben.

Bei den Kosten sollten 1.500 Euro pro Kilowatt Peak (kWp) Leistung eingeplant werden. Hinzu kommen nochmals rund 1.800 Euro pro Kilowattstunde des Batteriespeichers. Im Durchschnitt haben PV-Anlagen, die eine Familie mit Solarstrom versorgen sollen, eine Leistung von 10 kWp. Mit einem Batteriespeicher reichen 6 kWp völlig aus, um den Jahresbedarf von rund 4500 Kilowattstunden zu decken. Die Anschaffungskosten liegen dann bei knapp 20.000 Euro – und dennoch gibt es viele stichhaltige Gründe, die für eine eigene PV-Anlage sprechen.

Mit der neuen Generation an Batteriespeichern, die leistungsstärker, unempfindlicher und sogar preiswerter geworden sind, wird eine eigene PV-Anlage für den Privathaushalt immer attraktiver. Den Anschaffungskosten stehen die Einnahmen (Einspeisevergütung) und die nicht entstehenden Kosten durch den Strombezug vom öffentlichen Anbieter entgegen. Ein Batteriespeicher lohnt sich insbesondere für eine Solaranlage, wenn die verschiedenen Fördermöglichkeiten genutzt werden und der Eigenstromverbrauch so hoch wie möglich ist.

Bei Investitionskosten von knapp 20.000 Euro für eine Anlage mit Batteriespeicher für eine 4-köpfige Familie ist es empfehlenswert, sich von verschiedenen Anbietern und Fachbetrieben ein Angebot oder einen Kostenvoranschlag einzuholen. Ideal ist es, wenn sich der Anbieter bei einem Vor-Ort-Termin die Begebenheiten anschaut.

Zusätzlich zu den einmaligen Anschaffungskosten sollten für die laufenden Betriebskosten rund 30 Euro pro Kilowatt im Jahr gerechnet werden. Außerdem fallen noch Abgaben, Gebühren und Steuern an, die individuell verschieden sind.

Wie ist eine Photovoltaikanlage aufgebaut?

Eine PV-Anlage zum Beispiel fürs Dach besteht aus folgenden Bauteilen:

Bauteil #1: Montagegestell

Zur Befestigung der Solarmodule ist eine Unterkonstruktion notwendig. Sie muss neben dem eigentlichen Gewicht der PV-Anlage auch eine zusätzliche Windlast tragen. Je nach Wohnort kann auch eine Schneelast hinzukommen.

Die Unterkonstruktion muss mit den tragenden Dachbalken verbunden werden, die das Hausdach halten und das zusätzliche Gewicht normalerweise ohne Probleme aufnehmen können. Bei älteren Dächern oder Flachdächern sollte ein Statiker hinzugezogen werden, der das zusätzliche Gewicht berechnet und feststellen kann, ob das Dach die PV-Anlage trägt.

In die Balken werden die Dachhaken mit sogenannten Tellerkopfschrauben aus Edelstahl verschraubt. Die Haken werden anschließend mit einer Aluminiumschiene verbunden. 

Das Montagegestell sichert einen ausreichenden Abstand zwischen dem Dach und den Solarmodulen, da letztere eine gute Belüftung und eine ausreichende Abkühlung benötigen.

Bauteil #2: Solarmodule

Die Kernzelle jeder Photovoltaikanlage sind die Solarmodule, die den Strom erzeugen. Die in Reihe geschalteten Module werden als Strang oder String bezeichnet, und so kann jede PV-Anlage aus mehreren Strängen bestehen. Es ist auch möglich, die Module parallel zu verschalten.

Beim Anschaffen der Solarmodule rate ich als Landschaftsgärtner dazu, etwas mehr Geld in angemessene Qualität und Technik zu investieren, was sich am Ende durch höhere und langfristige Erträge bezahlt macht. Wichtige Kaufkriterien sind neben der Lebensdauer der Wirkungsgrad und die Leistung. Ein modernes Modul hat eine Maximalleistung von bis zu 350 Watt Peak und benötigt rund 1,7 Quadratmeter Fläche.

Der Fachhandel hat verschiedene Arten von Solarmodulen wie monokristalline oder polykristalline Module, Dünnschichtmodule oder Module mit organischen Solarzellen im Angebot. Polykristalline Module haben ein besseres Kosten-Nutzen-Verhältnis und werden daher häufiger als monokristalline Zellen genutzt. Für den privaten Gebrauch sind monokristalline Module immer dann sinnvoll, wenn eine geringe Fläche zur Verfügung steht.

Dünnschichtmodule haben ein etwas besseres Schwachlichtverhalten als polykristalline oder monokristalline Module. Allerdings variieren die Werte auch innerhalb des Modultyps zum Teil sehr stark, sodass sich ein Blick auf die Werte im Datenblatt auf jeden Fall lohnt.

Bauteil #3: Wechselrichter

Ein wichtiges Bauteil jeder PV-Anlage ist der Wechselrichter, der auch Umrichter oder Konverter genannt wird. Da der gewonnene Solarstrom als Gleichstrom für die elektrischen Geräte im Haus nicht direkt nutzbar ist, muss ein Wechselrichter den Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln.

Wichtig ist dabei, dass der Wechselrichter passend zur Größe der Photovoltaikanlage dimensioniert ist. Er sollte nie zu groß sein, sondern eher leicht unterdimensioniert sein. Denn Wechselrichter haben eine hohe maximale Generatorleistung, während PV-Anlagen auf 70 Prozent der Wirkleistung begrenzt werden. Das heißt, um eine Überlastung des öffentlichen Netzes zu vermeiden, dürfen höchsten 70 Prozent der Nennleistung eingespeist werden.

Ein wichtiger Bestandteil für einen Wechselrichter ist ein MPP-Tracker, der den Ertrag optimiert. Dieser ist je nach Temperatur und Stärke der Solarstrahlung verschieden. Moderne Wechselrichter sind mit einem multiplen MPP-Tracker versehen. Dies ist von Vorteil, da unterschiedliche Anlagenteile einzeln behandelt werden. So ist der Ertrag der PV-Anlage bei in Reihe geschalteten Solarmodulen immer vom schwächsten Glied abhängig. Schatten auf einem Modul beeinflussen den kompletten Strang negativ.

Ein Wechselrichter ist zudem mit einer Anlagenüberwachung ausgestattet, die über eine Internetverbindung läuft. Auf einem Online-Monitoring-Portal lässt sich damit auch die Tagesproduktion nachverfolgen, oder wie viel Strom aktuell ins öffentliche Netz eingespeist wird.

Bauteil #4: Solarkabel

Der von den Solarmodulen erzeugte Strom fließt zunächst in spezielle Solarkabel. Die Kabel werden idealerweise so montiert, dass sie einen möglichst kurzen Weg haben, damit beim Transport der Energie keine Leitungsverluste entstehen. Da bei der Verkabelung erfahrungsgemäß die meisten Fehler bei der Installation einer PV-Anlage unterlaufen, sollte diese Arbeit an einen Fachmann übertragen werden.

Bauteil #5: Überspannungsschutz

Bevor das Solarkabel am Wechselrichter ankommt, muss dazwischen ein Überspannungsschutz montiert werden. Der Schutz, der verpflichtend ist, verhindert zum Beispiel bei einem Blitzschlag einen Totalschaden am Wechselrichter. Deren Hersteller schließen nämlich in ihren Garantieleistungen Überspannungsdefekte aus.

Bauteil #6: Stromzähler

Strom aus der eigenen PV-Anlage, der nicht selber verbraucht wird, fließt automatisch ins öffentliche Netz. Der verkaufte Solarstrom wird entsprechend der Einspeisevergütung entlohnt. Damit der Netzbetreiber weiß, wie viel Strom eingespeist wurde, ist ein Zähler notwendig. Der Zähler registriert zudem exakt, wie viel Strom produziert wird und welche Mengen selber verbraucht werden.

Bauteil #7: Batteriespeicher

Ein Batteriespeicher ist für eine PV-Anlage zwar nicht zwingend erforderlich, jedoch eine sehr zu empfehlende Komponente. Denn je mehr vom erzeugten Strom selber verbraucht wird, desto mehr Geld wird gespart. Mit einem Batteriespeicher kann der tagsüber erzeugte Strom auch in den Abend- und Nachtstunden verbraucht werden – wenn die meisten Menschen zu Hause sind und Strom benötigen.

Übliche Batteriespeicher haben eine Kapazität von 6 bis 12 Kilowattstunden und sind daher dazu geeignet, die Zeit zwischen Sonnenuntergang und Sonnenaufgang zu überbrücken. Als saisonaler Speicher ist das Gerät aufgrund der Größe nicht geeignet.

Thomas Ringhofer ist Diplomingenieur (FH) im Bereich Gartenbau und ausgebildeter Landschaftsgärtner mit einem umfangreichen fachlichen und handwerklichen Know-how. Als Redaktionsleiter und gelernter Redakteur kann Thomas Ringhofer auf eine vielseitige und langjährige Erfahrung bei verschiedenen Tageszeitungen und im privaten Hörfunk in den unterschiedlichsten Themenbereichen zurückgreifen. Aktuell ist er als Angestellter im öffentlichen Dienst unter anderem verantwortlich für die Pressearbeit. Seit rund zehn Jahren verfasst Thomas Ringhofer darüber hinaus für verschiedene Magazine und Websites Berichte und Artikel, unter anderem für Gartenpanda.de.

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