Photovoltaikanlagen: Umweltfreundlichen Strom selbst produzieren

Eine Photovoltaikanlage wandelt Licht in elektrischen Strom um. Die Anlage besteht aus Solarzellen, Wechselrichtern, einem Zweirichtungszähler zur Erfassung der ein- und ausgehenden Strommenge sowie einer Unterkonstruktion zur Befestigung der Solarzellen auf dem Dach.

Hierzu wird die Solarenergie in Solarzellen gesammelt. Der komplette Verbund an Solarzellen wird Solarkollektor genannt. Dieser Kollektor nimmt die Sonnenergie auf und setzt eine chemisch-physikalische Reaktion in Gang, die einen Generator antreibt. Dieser wiederum erzeugt den benötigten Strom.

Grundsätzlich gilt, dass Photovoltaikanlagen eine deutlich günstigere Energiebilanz aufweisen als Kraftwerke, die mit fossilen Energieträgern Strom erzeugen. Allerdings muss auch bei Photovoltaikmodulen bedacht werden, dass die Produktion der Solarmodule selbst sehr energieintensiv ist.

Allgemeine Berechnungen gehen davon aus, dass eine Solaranlage mehrere Jahre in Betrieb sein muss, um den Strom zu erzeugen, den ihre eigene Herstellung benötigt hat. Im Vergleich mit Strom aus Kohle oder Gas ist Photovoltaik dennoch die nachhaltigere Technik.

Vorteile einer Photovoltaikanlage

• Deutliche Reduzierung von CO2-Emissionen und bessere Energiebilanz als konventionell erzeugter Strom
• Sonne ist kostenlose Energiequelle und steht jederzeit zur Verfügung, sobald sie scheint
• Attraktive Renditen bei der Einspeisung von erzeugtem Strom ins öffentliche Netz möglich
• Technik ist in der Regel wartungsarm
• Anlagen verursachen keine Lärm-, Geruchs- oder Schadstoffbelästigung
• Einfache Montage und Demontage
• Verbraucher werden unabhängiger von Stromanbietern
• Ungefährliche Technologie
• Anlagen können flexibel an Bedarf angepasst werden
• Dezentrale Energieversorgung möglich; Strom wird dort produziert, wo er gebraucht wird, und ein großes Leitungsnetz wird überflüssig
• Investierte Energie für die Produktion hat sich nach wenigen Jahren Laufzeit amortisiert

Nachteile einer Photovoltaikanlage

• Module verlieren mit der Laufzeit an Leistung
• Sonnenschein ist Voraussetzung für Stromerzeugung
• Investitionskosten amortisieren sich erst nach mehr als zehn Jahren
• Verschleißteile müssen häufiger ausgetauscht werden
• Bei Einspeisung müssen Steuern auf Einnahmen gezahlt werden
• Nutzen nur bei geeigneter Dachfläche vorhanden
• Stromerzeugung ist nicht gleichmäßig; Speicher müssen zusätzlich gekauft werden
• Betreiber hat das unternehmerische Risiko

Komponenten der Anlage

Eine Photovoltaikanlage besteht aus verschiedenen Solarzellen. Diese bilden das Photovoltaikmodul. In jeder einzelnen Zelle der Solarkollektoren befinden sich Siliziumkristalle. Das sind sogenannte „Halbleiter“, die Energie nur dann weiterleiten, wenn bestimmte Voraussetzungen gegeben sind.

Sobald das Sonnenlicht auf die Kollektoren trifft, erhöht sich die Energie der Elektronen im Silizium. Damit ist eine Voraussetzung für die Weiterleitung der Energie geschaffen: Die Elektronen bewegen sich. Durch diese Bewegung spalten sich die Kristalle auf. Dieser Effekt wird auch „innerer Photoeffekt“ genannt. Die Siliziumkristalle erhalten dadurch kleine Löcher, welche für eine energetische Aufladung sorgen. Der Experte spricht dabei von „Elektronen-Lochpaaren“.

Diese Paare werden nun getrennt und es entsteht Stromspannung. Diese Spannung führt die Elektronen zu den vorhandenen „Löchern“. Dabei wird Energie freigesetzt, die im sogenannten „Photovoltaikgenerator" an einen Wechselrichter geleitet wird. Diese Komponente hat die Aufgabe, den Gleichstrom der Solaranlage in Wechselstrom umzuwandeln. Diese Umwandlung ist notwendig, damit der Strom überhaupt ins Stromnetz eingespeist werden kann.

Der Wechselrichter ist außerdem wichtig, weil damit die erzeugte Strommenge gemessen wird und darüber Steuerung und Kontrolle der Anlage erfolgen. Eine alternative Bezeichnung für den Wechselrichter ist auch NEG. Das Kürzel steht für Netzeinspeisegerät. Es führt den erzeugten Strom nicht nur in das öffentliche Stromnetz über, sondern kann auch den eigenen Haushalt sowie einen Stromspeicher mit Strom versorgen.

Ertrag und Kosten

Wer eine Photovoltaikanlage betreibt und den damit erzeugten Strom in das öffentliche Netz einspeist, kann mit einer sogenannten „Einspeisevergütung“ rechnen. Dabei handelt es sich um Abnahmepreise, die durch das Erneuerbare Energiegesetz (EEG) für die Dauer von 20 Jahren ab Inbetriebnahme der Anlage durch den Bund garantiert werden.

Wie hoch der Ertrag einer Anlage ist, hängt zum einen von der Größe der Photovoltaikanlage sowie dem Standort ab. Je größer die Anlage und je mehr Sonnenschein, desto mehr Strom kann sie produzieren. Darüber hinaus ist die Art der Anlage ausschlaggebend dafür, wie hoch die Einspeisevergütung ausfällt.

Im Jahr 2017 liegt die Einspeisevergütung bei folgenden Tarifen:

Inbetriebnahme	Dachanlagen bis 10 kWp (Ct/kWh)	Dachanlagen über 10 kWp bis 40 kWp (Ct/kWh)	Dachanlagen über 40 kWp bis 100 kWp (Ct/kWh)	Anlagen auf Nichtwohngebäuden im Außenbereich, Dachanlagen und Anlagen auf Freiflächen bis 100 kWp (Ct/kWh)
Ab 01.01.2017	12,30	11,96	10,69	8,51
Ab 01.02.2017	12,30	11,96	10,69	8,51
Ab 01.03.2017	12,30	11,96	10,69	8,51
Ab 01.04.2017	12,30	11,96	10,69	8,51
Ab 01.05.2017	12,27	11,93	10,66	8,49
Ab 01.06.2017	12,24	11,90	10,63	8,47
Ab 01.07.2017	12,21	11,87	10,60	8,45

Kosten der Anlage

Die Kosten für Photovoltaikanlagen sind in den letzten Jahren deutlich gesunken. Wie teuer die Anschaffung letztlich wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zum einen bestimmt das gewählte Solarmodul-Modell den Preis und zum anderen dessen Größe. Darüber hinaus müssen Interessenten je nach Dach mit unterschiedlichen Installationskosten rechnen.

In der Regel müssen Verbraucher mit Kosten von 5.000 bis 6.000 Euro für die Anschaffung aller nötigen Module sowie die Installation einer einfachen Anlage rechnen. Für die Finanzierung eignet sich daher ein 5000 Euro Kredit. Soll ein komplettes Einfamilienhaus damit versorgt werden, werden in der Regel fünfstellige Beträge fällig.

Die laufenden Kosten für Wartung oder Reinigung sowie die Versicherung belaufen sich auf 200 bis 400 Euro. Eine weitere mögliche Annäherung sieht 0,5 bis ein Prozent der Investitionskosten als Nebenkosten vor.

Je nach Umfang der Stromerzeugung kann sich eine Photovoltaikanlage nach ungefähr zehn Jahren lohnen.

Finanzierung, Versicherung & Steuervorteile

Photovoltaikanlagen müssen nicht immer gekauft werden. Einige Anbieter bieten auch Mietmodelle an. Allerdings ist ein Kauf meist sinnvoller, da Sie damit von Fördermöglichkeiten profitieren und selbst entscheiden können, was mit Ihrer Anlage geschieht.

Zuschüsse vom Staat

Wer eine Photovoltaik-Anlage plant, kann von verschiedenen Stellen mit Zuschüssen rechnen:

• Kredite über die KfW: Bei der staatlichen KfW finden Sie einen günstigen Kredit für Hausbesitzer, die eine Photovoltaikanlage kaufen und installieren möchten. Empfehlenswert ist es, der Bank vor dem Bau einen Plan mit Kostenvoranschlag vorzulegen. Den passenden Kredit finden Sie am besten über einen Kreditvergleich.
• Einspeisevergütung: Durch die staatlich garantierte Einspeisevergütung erhalten Hausbesitzer indirekt eine Förderung ihrer PV-Anlage. Die Einnahmen durch die Anlage können für deren Finanzierung genutzt werden.
• Fördermöglichkeiten der Bundesländer: In verschiedenen Bundesländern gibt es eigene Programme zur Förderung von Photovoltaik. Aktuelle Programme existieren zum Beispiel im Saarland, in Bayern sowie in Nordrhein-Westfalen.
• Unterstützung durch Stromanbieter: Einige Anbieter von Ökostrom fördern die Errichtung von Solaranlagen durch Privatpersonen. Ein Beispiel für einen solchen Anbieter ist EWS.

Versicherung für Photovoltaikanlagen

Alle großen Versicherer bieten spezielle Versicherungen für Photovoltaikanlagen an. Die Höhe der Kosten richtet sich dabei nach der Größe und dem Wert der Anlage sowie dem Standort und der Nutzungsart. Darüber hinaus hängt der Tarif von den eingeschlossenen Risiken und möglichen Gefahrerhöhungen ab.

Steuervorteile

Wie Sie von Steuervorteilen mit Ihrer Photovoltaikanlage profitieren können, hängt von der Art der Nutzung ab. Wird die Anlage lediglich für den privaten Stromverbrauch verwendet, können Sie die Abschreibung verwenden.

Speisen Sie den Strom zusätzlich ins öffentliche Netz ein, sind Sie Unternehmer im steuerrechtlichen Sinn. Dabei kommt es darauf an, ob Sie Kleinunternehmer oder umsatzsteuerpflichtig sind. So können zum Beispiel die Betriebskosten sowie die Anschaffungs- und Herstellungskosten als Investitionskosten abgesetzt werden. Auch hier gilt eine Abschreibung. Diese erfolgt linear über einen Zeitraum von 20 Jahren. Das bedeutet, dass Sie jährlich fünf Prozent Ihrer PV-Anlage abschreiben können.

Aufbau und Gebrauch

Grundsätzlich müssen auf Dächern oder an Fassaden montierte Photovoltaikanlagen nicht genehmigt werden. Allerdings gibt es je nach Landesbauordnung der Bundesländer unterschiedliche Regelungen, die dennoch eine Genehmigung erforderlich machen. Für freistehende Solaranlagen gelten außerdem andere Bedingungen.

Folgende aktuelle Regelungen gibt es:

Bundesland	Photovoltaikanlage genehmigungspflichtig
Baden-Württemberg	Für gebäudeunabhängige Anlagen über 3 m Höhe und 9 m Länge
Bayern	Für gebäudeunabhängige Anlagen über 3 m Höhe und 9 m Länge
Berlin	Flachdachanlagen über 10 qm oder Bauhöhe über 0,6 m, Freiflächenanlagen
Bremen	Anlagen in der Nähe von Kulturdenkmälern, Freianlagen
Hamburg	Für gebäudeunabhängige Anlagen über 3 m Höhe und 9 m Länge
Hessen	Freianlagen über 10 qm
Mecklenburg-Vorpommern	Für gebäudeunabhängige Anlagen über 3 m Höhe und 9 m Länge
Niedersachsen	Freianlagen
Nordrhein-Westfalen	Anlagen auf Gebäuden bei Nutzungsänderung des Gebäudes, Freianlagen
Rheinland-Pfalz	Freianlagen, Anlagen auf oder in der Nähe von Denkmälern
Saarland	Für gebäudeunabhängige Anlagen über 3 m Höhe und 10 m Länge
Sachsen	Für gebäudeunabhängige Anlagen über 3 m Höhe und 9 m Länge
Sachsen-Anhalt	Für gebäudeunabhängige Anlagen über 3 m Höhe und 9 m Länge
Schleswig-Holstein	Für gebäudeunabhängige Anlagen über 2,75 m Höhe und 9 m Länge; Anlagen an/auf und in der Nähe von Denkmälern
Thüringen	Für gebäudeunabhängige Anlagen über 3 m Höhe und 9 m Länge

Reinigung von Photovoltaikanlagen

Da Solaranlagen das ganze Jahr über Witterung und Natur ausgesetzt sind, kann sich Schmutz auf den Kollektoren ablagern oder es können Moose und Blätter darauf haften. Damit die Leistung der Anlage dadurch nicht beeinträchtigt wird, sollte sie regelmäßig gereinigt werden. Je niedriger der Neigungswinkel der Installation, desto höher ist in der Regel der Reinigungsbedarf. Wer nicht selbst aufs Dach steigen möchte, kann eine professionelle Reinigungsfirma beauftragen. Dies hat übrigens den Vorteil, dass die Kosten entweder als Betriebskosten oder bei Eigennutzung der Anlage als haushaltsnahe Dienstleistungen von der Steuer abgesetzt werden können.

Die Geschichte von Photovoltaik

Der Physiker Alexandre Edmond Becquerel hatte schon in der Mitte des 19. Jahrhunderts herausgefunden, dass Strom mithilfe von Licht entstehen kann. Auch Albert Einstein nutzte diese Erkenntnis bei der Entwicklung einer Theorie zu Lichtquanten. Der sogenannte „photoelektrische Effekt“ wurde jedoch erstmals in den 1950er-Jahren in den USA praktisch genutzt. US-amerikanische Forscher entwickelten damals spezielle Photovoltaikmodule für Satelliten. 1958 wurde erstmals ein Photovoltaikmodul mit einem Satelliten im Weltall genutzt. Die Raumfahrt war in den Folgejahrzehnten weiterhin der größte Innovator im Solarbereich.

Es dauerte jedoch bis in die 1970er-Jahre, bis Photovoltaik auch für die zivile Nutzung interessant wurde. Damals waren die Ölkrise sowie ein Atomunfall im US-Atommeiler Harrisburg maßgeblich für die Hinwendung zur Sonnenenergie verantwortlich. Spätestens seit dem Unfall in Tschernobyl wurde auch in Europa stärker mit Photovoltaik geforscht.

In Deutschland hat es einen regelrechten Run auf Solartechnik gegeben, als Solarmodule vom Staat gefördert wurden. Seitdem der Atomausstieg beschlossen wurde, wird hierzulande mit einem erneuten Nachfragehoch gerechnet. Studien gehen davon aus, dass im Jahr 2020 bis zu 500 Gigawatt an Energie mit Photovoltaik erzeugt werden.