Menu Schließen

Solaranlagen Ratgeber: Alles über Photovoltaik-Anlagen und Solar Panels (Solarzellen bzw. Solarziegel)

SolaranlagePhotovoltaikanlagen schonen die Umwelt und sind heutzutage sogar ohne staatliche Förderung rentabel.  Deshalb interessieren sich immer mehr Menschen für diese klimaschonende Form der Energieerzeugung, die neben dem positiven Nutzen für die Umwelt auch eine echte Erleichterung für den Geldbeutel mit sich bringt.

Allerdings ist das Thema ziemlich komplex und für den Nicht-Fachmann oft nicht einfach zu verstehen. Auch werden oft die Begriffe Solar und Photovoltaik synonym verwendet, obwohl es sich im Grunde genommen um unterschiedliche Konzepte handelt.

Wir haben deshalb in diesem Beitrag alle wichtigen Informationen zusammengetragen und geben Ihnen einen guten Überblick über Funktionsweise von Solaranlagen und mit welchen Kosten Sie für ein Einfamilienhaus ungefähr rechnen müssen. Zudem geben wir Ihnen Einblicke in die Planung und räumen mit einigen Missverständnissen und Fehlkonzeptionen auf.

Denn nur wer gut informiert ist, kann eine sinnvolle Entscheidung treffen.

Was ist denn Photovoltaik überhaupt?

Photovoltaik ist die Bezeichnung für eine Technologie, mit der aus Sonnenlicht Strom gewonnen wird. Hierfür werden sogenannte Photovoltaikmodule benutzt. Das Sonnenlicht trifft auf diese Module und verursacht in ihrem Inneren eine chemische Reaktion, bei der ein Stromfluss erzeugt wird.

Oft wird der Begriff „Solaranlage“ synonym verwendet. Dies ist so nicht hundertprozentig richtig, denn der Begriff Solaranlage ist wesentlich allgemeiner und benennt eine Anlage, die sich Sonnenenergie nutzbar macht. So kann es sich hierbei z.B. auch um einen Solarthermie-Anlage handeln, welche nicht Strom, sondern lediglich Wärme erzeugt. In anderen Worten: Jede Photovoltaikanlage ist eine Solaranlage, aber nicht jede Solaranlage ist eine Photovoltaikanlage.

Die Klimabilanz der Photovoltaik Technologie

Viele Menschen interessieren sich für eine Photovoltaikanlage, weil sie einen aktiven Beitrag zum Umweltschutz leisten möchten. Allerdings hört man immer wieder kritische Stimmen in Bezug auf die Energiebilanz der Photovoltaikanlagen. Das gängige Argument der Kritiker der Photovoltaik Technologie hierbei ist, dass die Herstellung der Module eine sehr grosse Menge Energie verbraucht, und deshalb unwirtschaftlich sei und im Endeffekt gar nicht so umweltschonend sein könne.

Prinzipiell ist dies sogar richtig, vernachlässigt aber den Punkt, dass die Photovoltaikmodule während ihrer Betriebszeit keinerlei Schadstoffemissionen abgeben. Vergleicht man diesen Aspekt mit der konventionellen Stromerzeugung, so ist die CO2 Einsparung der Photovoltaikanlage sehr beachtlich. Deshalb kann man ruhigen Gewissens und wissenschaftlich belegt feststellen, dass die Klimabilanz der Photovoltaikanlagen positiv ausfällt.

Energetische Amortisation der Photovoltaikanlagen

Wirft man nun aber tatsächlich einen näheren Blick auf die Energiebilanz – auch energetische Amortisation bezeichnet – so stellt man dann fest, dass eine Photovoltaikanlage nach nur zwei bis drei Jahren ziemlich dieselbe Energie produziert, die für ihre Herstellung benötigt wurde. Ab diesem Zeitpunkt ist jeder weitere Energiegewinn auf del Plusseite der Bilanz aufzulisten. Die durchschnittliche Lebensdauer einer Photovoltaikanlage liegt bei beachtlichen 20-25 Jahren – oft sogar mehr. Mit anderen Worten erzeugt also eine Photovoltaikanlage 7-12 mal mehr Energie als bei ihrer Herstellung verbraucht wurde.

Beachtliche CO2-Bilanz

Bei der Herstellung der Photovoltaikmodule wird natürlich CO2 ausgestossen. Die so provozierte CO2-Emissionen liegt bei 70-90 g CO2 pro produzierte Kilowattstunde Solarstrom. Dieser Wert liegt sehr deutlich unter dem Vergleichswert für die Nutzung von fossilen Energieträgern. So verursacht eine Kilowattstunde Strom aus einem Erdgaskraftwerk eine CO2 Emission von 450 g – also ca. 5-6 Mal so viel wie die Kilowattstunde aus Solarstrom.

Ausserdem verbessert sich das Panorama dann noch dadurch, dass jede funktionierende Photovoltaikanlage den Anteil der erneuerbaren Energien an der Gesamtstromgewinnung erhöht. Dieser Umstand führt dazu, dass sich die Klimabilanz der Photovoltaikanlagen stetig verbessert.

Funktionsweise und Aufbau – so funktioniert die Photovoltaikanlage

Das Prinzip der Photovoltaikanlagen ist den meisten Menschen ziemlich klar. Die Strahlungsenergie der Sonne wird in nutzbaren Strom umgewandelt. Wie genau allerdings die Photovoltaik Technologie funktioniert, ist den meisten Menschen nicht klar. Sehen wir uns die Funktionsweise also mal im Detail an, denn bevor Sie sich deine Photovoltaikanlage auf das Dach Ihres Einfamilienhauses installieren lassen, sollte Sie sinnvollerweise einen ungefähren Überblick über den Aufbau und die Funktionsweise der Anlage haben.

Unterschied zwischen Photovoltaikanlage und Solaranlage

Wie bereits weiter oben angesprochen, werden oft beide Begriffe – Photovoltaikanlage und Solaranlage – synonym verwendet. Allerdings ist das nicht korrekt, denn eine Solarthermieanlage ist ebenfalls eine Solaranlage, aber eben keine Photovoltaikanlage. Solaranlage ist somit ein Oberbegriff für verschiedene Formen der Solartechnologie. In beiden Fällen wird zwar die Energie der Sonne aufgefangen und umgewandelt, der Unterschied liegt dann jedoch darin, dass im Falle der Photovoltaik Strom erzeugt wird, während im Falle der Solarthermie aus Sonnenenergie Wärme gewonnen wird, die dann Heiz- und Brauchwasser erhitzt.

Der Begriff Photovoltaik ist aus dem griechischen Wort für Licht (phos oder photos) und aus dem Wort Volt (nach Alessandro Volta), welches die Einheit für die elektrische Spannung darstellt, zusammengesetzt. Es wird also vereinfacht gesagt aus Licht Strom erzeugt.

Was genau passiert in der sogenannten Solarzelle?

Jede Photovoltaikanlage besteht aus vielen Solarzellen, Jede dieser Solarzelle besteht aus Silizium – einem Halbleitermaterial. Das wichtigste Merkmal von Halbleitern ist die deutlich verbesserte Leitfähigkeit, sobald Energie zugeführt wird. Im Falle der Photovoltaik erfolgt die Energiezufuhr durch Sonnenlicht.

Fällt also Sonnenlicht auf die Solarzelle, so werden in dieser Elektronen angeregt. Sie bewegen sich und diese Bewegung der Elektronen bedeutet im Endeffekt Strom. Der durch die Bewegung der Elektronen erzeugte Strom wandert dann über spezielle Stromkabel weiter in das betreffende Haus.

Aus welchen Komponenten besteht eine Photovoltaikanlage?

Der Hauptbestandteil und Basis der Photovoltaikanlage sind die sogenannten Photovoltaikmodule. In diesen Modulen wird das Sonnenlicht durch den oben beschriebenen Sachverhalt in Strom umgewandelt.

Zur Befestigung diese Module auf dem Hausdach werden spezielle Montagesysteme benutzt. Besondere Solarkabel transportieren dann den in den Modulen erzeugten Strom in das Haus.

Nun kommt der sogenannte Wechselrichter zum Einsatz. Er hat die Aufgabe, den in den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in netztauglichen Wechselstrom umzuwandeln.

Zudem besitzen viele Anlagen auch noch über einen Einspeisezähler, mit dessen Hilfe erfasst wird, wieviel Strom in das Netz eingespeist wird.

Eine weiter Komponente – die allerdings optional ist, wenn auch sehr sinnvoll – ist der Stromspeicher. Er speichert überschüssigen Solarstrom, damit er dann zur Verfügung stehen kann, wenn die Anlage nicht genug Strom für den Eigenbedarf produziert. Dies kann beispielsweise bei schlechtem Wetter oder wenn aus irgendeinem Grund mehr Strom als Üblich verbraucht wird, der Fall sein.

Das Photovoltaik- bzw. Solarmodul

Die wichtigste Einheit einer jeden Photovoltaikanlage ist ganz sicher das Photovoltaikmodul, auch Solar-Panel, Solarziegel oder Solarmodul genannt. Es setzt sich aus mehreren miteinander verbundenen Solarzellen zusammen, welche wie oben beschrieben das Sonnenlicht in Strom verwandelt. Der auf diese Weise erzeugte Strom wird dann vom Solar-Panel über spezielle Kabel in das Haus selbst, oder aber weiter ins Stromnetz geleitet.

Es gibt im Wesentlichen zwei verschiedene Arten von Solarpanel für Photovoltaikanlagen: mono- und polykristallinen Solarmodule. Zudem gibt es noch sogenannte Dünnschicht Module.

Monokristalline Module

Monokristalline Solarzellen kommen ursprünglich aus der Raumfahrttechnik und wurden speziell für Satelliten entwickelt. Monokristalline Solarmodule sind für ihren sehr hohen Wirkungsgrad bekannt und werden daher gern für Photovoltaik-Anlagen für Eigenheime genutzt. Allerdings sind monokristalline Solarziegel teurer als polykristalline Optionen.

Monokristalline Solarzellen für Photovoltaik Anlagen werden aus dem Halbleitermaterial Silizium hergestellt und das Verfahren ist ziemlich aufwendig. Im Rahmen des Herstellungsprozesses werden einkristalline Stäbe aus einer sogenannten Siliziumschmelze gezogen. Im Anschluss daran, werden die gewonnenen Stäbe in sehr dünne Scheiben gesägt. Diese Scheiben werden „Wafer“ genannt.

Die vielen einzelnen monokristallinen Solarzellen werden dann untereinander verschaltet und werden so zum monokristallinen Photovoltaikmodul.

Durch die Serienschaltung der Solarzellen wird eine höhere Spannung erreicht. Ein Umstand, der vor allem für kleinere Anlagen sehr funktionell ist. Schaltet man die Solarzellen hingegen parallel, so bekommt man insbesondere bei teilweise im Schatten liegenden Solarzellen einen besseren Durchschnittsertrag.

Bei direkter Sonneneinstrahlung sind monokristalline Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von rund 20 Prozent die Solarzellen mit der höchsten Effektivität. Deshalb kann man sie auch gut anwenden, wenn wenig Dachfläche zur Verfügung steht, bzw. wenn man eine hohe Leistung erzielen muss.

Allerdings sind die monokristallinen Solarmodule auch die teuerste Option, da das Herstellungsverfahren sehr aufwendig ist. Zudem sinkt ihre Leistung bei diffusem Licht. Bei einer nicht direkt nach Süden ausgerichteten Dachfläche wird der Wirkungsgrad daher reduziert.

Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass monokristalline Solar-Panel länger benötigen bis sie sich energetisch amortisieren. Diese schlechtere Umweltbilanz wird durch die zeit- und energieaufwendige Herstellung verursacht. Sie brauchen länger, bis der Solarertrag den Energieaufwand bei der Herstellung übersteigt.

Heutzutage werden ca. ein Drittel aller Photovoltaik-Anlagen mit monokristallinen Solarzellen betrieben.

Polykristalline Module

Polykristalline Module haben im Vergleich mit den bereits vorgestellten monokristallinen Solarmodulen einen geringeren Wirkungsgrad, sind dafür aber auch eindeutig preiswerter. Aus diesem Grund sind Polykristalline Photovoltaikmodule die am häufigsten verwendeten Solarpanels in Privathäusern.

Polykristalline Solarzellen sind ebenfalls aus Silizium hergestellt. Im Unterschied zu den monokristallinen Solarzellen ist das verwendete Silizium jedoch nicht ganz so rein. Bei der Herstellung wird ein Siliziumblock gegossen und dann langsam abgekühlt. Hierbei entstehen Kristallstrukturen in verschiedenen Grössen. Von dem abgekühlten Block werden dann Scheiben abgetrennt, die dann die polykristallinen Solarzellen bilden.

Auch hier werden dann mehrere polykristalline Solarzellen zu einem Solarmodul zusammengeschlossen – entweder durch Serien- oder Parallelschaltung (seltener genutzt).

Die polykristallinen Solarzellen werden dann in transparentem Ethylen-Vinyl-Acetat eingeschlossen, mit einer Glasscheibe abgedeckt und einem Rahmen aus Aluminium oder Edelstahl versehen. Auf diese Weise entsteht das komplette Photovoltaikmodul (Solarziegel).

Für rund die Hälfte aller Photovoltaik-Anlagen werden polykristalline Solarmodule genutzt. Den restlichen Marktanteil teilen sich monokristalline Module (s.o.) oder Dünnschicht Solarzellen (s.u.).

Polykristalline Module besitzen das beste Preis-Leistungs-Verhältnis der Solarmodule

Die Herstellung dieser Solar-Panel ist wesentlich einfacher als die der monokristallinen Module. Zudem fällt aufgrund ihrer quadratischen Form wesentlich weniger Abfall an. Aus diesem Grund sind diese Photovoltaikmodule deutlich preiswerter als die monokristalline Variante. Ein weiteres Plus ist auch die positivere Umweltbilanz, da weniger Energie zu ihrer Herstellung nötig ist.

Der Wirkungsgrad der polykristallinen Solarzellen ist jedoch geringer als der der monokristallinen Solarmodule, da das verwendete Silizium weniger rein ist. Er liegt bei ca. 15% also rund 5% niedriger als der Wirkungsgrad der monokristallinen Solarzellen.

Aufgrund der geringeren Effizienz, werden diese Solarzellen besonders auch sehr grossen Dachflächen eingesetzt, wo die Energieleistung jeden einzelnen Photovoltaikmoduls nicht so ausschlaggebend ist.

Dünnschichtmodule

Den geringsten Wirkungsgrad aller Photovoltaikmodule weisen die sogenannten Dünnschichtmodule vor. Sie sind sehr flexibel und leicht und lassen sich vielseitig verwenden. Vom Solartaschenrechner, bis hin zu Photovoltaikanlagen.

Dünnschichtmodule werden in der Regel aus sogenannten amorphen Solarzellen produziert und sind deutlich dünner und leichter als poly- oder monokristalline Solarzellen. Im Herstellungsprozess werden Silizium, Cadmiumtellurid oder Kupferindiumdiselenid in einer sehr dünnen Schicht auf ein Trägermaterial aufgedampft oder aufgesprüht. Als Trägermaterial wird z.B. oft Glas verwendet. Eine solche Schicht ist lediglich ca. einen Millimeter dick.

Das Dünnschichtmodul wird dann direkt verschaltet und mit einer zusätzlichen Glasschicht geschlossen.

Typischerweise sind die Dünnschichtmodule deutlich kleiner als kristalline Solarmodule. Ihre Fläche ist sehr homogen und die Farbe kann eine dunkelgrüne, bräunliche oder schwarze Färbung aufweisen.

Da für die Herstellung der Dünnschicht Solarpanels nur sehr wenig Halbleitermaterial benutzt wird, sind sie preislich ziemlich günstig. Zudem kann der Herstellungsprozess für diese Art von Photovoltaikmodulen sehr stark automatisiert werden. Dies ermöglicht eine Massenherstellung von Solarziegel, was sich ebenfalls günstig auf den Preis auswirkt.

Durch die geringen Dicke ist ein Dünnschichtmodul sehr flexibel und kann praktisch überall als Energiequelle genutzt werden. Sehr beliebt ist die Nutzung von Dünnschichtmodulen in Kleingeräten wie z.B. Taschenrechnern. In diesen Fällen wird als Trägermaterial dann Kunststoff statt Glas genutzt.

Aufgrund seiner sehr günstigen Preisstruktur, steigt der Marktanteil von Dünnschichtmodulen für Photovoltaik Anlagen kontinuierlich an. Schon vor rund 10 Jahren -genauer gesagt im Jahr 2007 – hatten diese Dünnschichtmodule einen Marktanteil von ca. 10 Prozent und ein weiteres Steigen wird erwartet.

Der deutlichste Nachteil von Dünnschichtmodulen ist ganz sicher der sehr geringe Wirkungsgrad. Dieser liegt bei lediglich 4 bis 10%. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass ein Dünnschichtmodul für eine Photovoltaik Anlage eine geringere Leistung pro Quadratmeter erreicht, als die ein polykristallines (15%) oder gar ein monokristallines Modul (20%) tut.

Deshalb lohnt sich diese Art von Solurmodul vor allem dann, wenn eine wirklich grosse Dachfläche zur Verfügung steht.

Ein Vorteil ist die grössere Wärmeresistenz – d.h. bei steigenden Temperaturen verringert sich der Wirkungsgrad der Dünnschichtmod