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Photovoltaik & Stromspeicher

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Inhaltsverzeichnis

Einleitung und Geschichte

Bild: Photovoltaik-Anlage
Photovoltaik-Anlage | © PublicDomainPictures / pixabay.com CC0

Die Photovoltaik-Anlage gilt gemeinhin als Sinnbild der Energiewende, aber wussten Sie, dass in deutschen Haushalten nur etwa 15 Prozent des Energiebedarfs auf Strom entfallen?

Die restlichen 85 Prozent werden tatsächlich für das tägliche Heizen und die Warmwasserbereitung verwendet. Unter dem Strich ist eine Photovoltaik-Anlage trotzdem eine sinnvolle Investition, aber nicht die erste, die getätigt werden sollte, um Energie und Geld zu sparen.

Historisch lassen sich die Anfänge der Photovoltaik-Anlage auf das Jahr 1873 zurückverfolgen, als der britische Ingenieur Willoughby Smith und sein Assistent Joseph May entdeckten, dass das chemische Element Selen seinen elektrischen Widerstand veränderte, sobald es belichtet wurde. Der großflächige Einsatz von Photovoltaik-Anlagen begann jedoch erst Ende der 1970er Jahre. Eine streng wissenschaftliche und sehr ausführliche Abhandlung zur künftigen Entwicklung von Photovoltaik-Anlagen und Stromspeichern finden Sie hier.

Erklärvideo zur Photovoltaik-Anlage | Energieheld-Whiteboard

Quelle: © Energieheld / youtube.com

In diesem Energieheld-Whiteboard informieren wir über die Funktionsweise, die Kosten* und die Förderungen einer Photovoltaik-Anlage.

*ACHTUNG: Wir beziehen uns in den Energieheld-Whiteboards stets auf durchschnittliche Werte für ein bereits bestehendes Ein- bzw. Mehrfamilienhaus. Alle Zahlen und Kosten sind als ungefähre Näherungswerte zu verstehen.

Funktionsweise einer Photovoltaik-Anlage

Bild: Flachdach PV-Anlage
Flachdach-Photovoltaik-Anlage | © lucasgouvea0 / pixabay.com CC0

Eine Photovoltaik-Anlage nutzt die Kraft der Sonne um Strom zu gewinnen. Bei diesem Prozess gelangen Sonnenstrahlen (Photonen) auf die Solarzellen, die aus Silizium bestehen. Dabei werden neutral geladene Teilchen angeregt und so Elektronen freigesetzt.

Über kleine Metallkontakte an der Solarzelle gelangen die Elektronen als verfügbarer Strom aus der Zelle und werden zum Verbrauchsgerät weitergeleitet. Ein in sich geschlossener Kreislauf leitet die Elektronen dann an die Rückseitenkontakte zurück in die Solarzelle, wo sie sich wieder mit positiv geladenen Teilchen (Löchern) zu Teilchen mit neutraler Ladung verbinden.

Dieser Prozess wiederholt sich fortlaufend, die Photovoltaik-Anlage erzeugt somit elektrischen Strom. Die einzelnen Solarzellen sind zu Photovoltaik-Modulen verbunden, denn eine einzelne Zelle ist nicht in der Lage für eine ausreichend hohe Spannung zu sorgen. Der durch die PV-Anlage generierte Strom steht als Gleichstrom für eine Verwendung augenblicklich zur Verfügung.

Photovoltaik - Module

Generell kann zwischen monokristallinen und polykristallinen Photovoltaik-Modulen unterschieden werden. Besonders häufig kommen polykristalline Module zum Einsatz. Sie bieten ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis, weisen aber auch einen geringeren Wirkungsgrad auf. Die monokristallinen Module sind bei einem höheren Wirkungsgrad entsprechend teurer.

Eine dritte Art von Photovoltaik-Modulen wird als Dünnschichtmodul bezeichnet. Dünnschichtmodule werden immer beliebter und finden neben dem polykristallinen Photovoltaik-Modul einen großen Nutzerkreis. Sie sind preiswert, haben bei der Produktion einen geringen Rohstoffverbrauch und weisen eine hohe Effizienz bei diffusen Lichtverhältnissen auf. Der Nachteil ist hier jedoch ein geringerer Wirkungsgrad.

Wechselrichter für PV-Anlagen

Bild: Wechselrichter
Installation eines Wechselrichters | © pagaling / pixabay.com CC0

Ein Wechselrichter, manchmal auch Solarwechselrichter oder Inverter genannt, ist ein zentrales Teil der Photovoltaik-Anlage. Photovoltaik-Anlagen produzieren Gleichstrom, Ihre Haushaltsgeräte benötigen jedoch Wechselstrom.

Auch der Strom für die Einspeisung muss Wechselstrom sein. Der Wechselrichter wandelt also den erzeugten Gleichstrom aus den Solarmodulen in netzkonformen Wechselstrom um.

Je nach Größe der Photovoltaik-Anlage gibt es hier unterschiedliche Typen, deren technische Arbeitsweise sich in kleinen Details unterscheidet. Zusätzlich gibt es auch sehr viele Anbieter und Hersteller. Ebenso vielfältig, wie das Angebot für Wechselrichter, ist auch die Preisspanne. Für eine normale Photovoltaik-Anlage liegen die Kosten etwa bei 20 Prozent der Gesamtkosten.

Montage und Befestigung

Befestigung oder Montage werden in zwei Haupt-Systeme unterschieden. Die Anlagen können als Aufdach–System (häufige Verwendung, einfach umsetzbar) oder als Indach-System montiert werden. Weiterhin ist eine Verwendung von Solardachziegeln möglich.

Aufdach-System zur Montage der Photovoltaik-Anlage

Bei dem Aufdach-System wird die Photovoltaik-Anlage mit Hilfe eines Montagegestells direkt auf dem Dach befestigt. Im Gegensatz zum Indach-System, ist das Aufach-System für bereits bestehende Dächer die effektivste Option und wird daher präferiert.

Dieses System eignet sich für schräge Ziegeldächer, Blechdächer, Schieferdächer und Wellplatten. Die Montage ist relativ einfach und preisgünstig. Im Falle einer zu flachen Dachneigung kann dies durch spezielle Haken bis zu einem gewissen Grad kompensiert werden.

Indach-System zur Montage der Photovoltaik-Anlage

Bild: Montage PV-Anlage
Indach-System | © de:Freedom_Wizard / wikimedia.org CC-BY-SA

Wenn Sie vorhaben, Ihr Dach zu sanieren oder einen Neubau zu planen, wird meist das Indach-System empfohlen. Jedoch ist die Montage nicht für jedes Dach möglich.

Bei Blechdächern und Bitumendächern ist von einer Installation der Module abzuraten. Des Weiteren muss es sich um ein Schrägdach handeln. Nur das Schrägdach mit einem großen Neigungswinkel kann einen reibungslosen Regenwasserabfluss gewährleisten.

Das Indach-System ist ästhetisch ansprechender als das Aufdach-System, da die Anlage eine Einheit mit der übrigen Dacheindeckung bildet. Eine Kühlung der Anlage ist hier nicht gegeben. Die Indach-Module können sich erhitzen, wodurch Leistung und Ertrag der PV-Anlage sinken.

Solardachziegel als Photovoltaik-Anlage

Für besondere Fälle einer optisch angepassten Photovoltaik-Anlage, die ebenso nachhaltig wirken soll, bieten sich Solardachziegel an. Diese Ziegel sind kaum sichtbar, da sie den eigentlichen Dachziegeln optisch entsprechen.

Allerdings sind Solardachziegel teurer in der Anschaffung und zudem weniger effizient in der Stromerzeugung. Sie kommen im Grunde nur bei Gebäuden in Frage, welche auf Grund von Denkmalschutz-Bestimmungen einen besonders hohen Anspruch an die Optik der Photovoltaik-Anlage aufweisen.

Einspeisevergütung - mit der PV-Anlage Geld verdienen

Bild: Einspeisevergütung
Die Einspeisevergütung sinkt | © eliseocabrera / pixabay.com CC0

Um den aus der Photovoltaik-Anlage generierten Strom in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen, ist ein Wechselrichter nötig, denn das Stromnetz wird mit Wechselstrom betrieben.

Nach dem Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) erhalten Betreiber einer Photovoltaik-Anlage eine Vergütung, die für 20 Jahre ab Inanspruchnahme garantiert wird. Da die Einspeisevergütung in den letzten Jahren stetig gesunken ist, lohnt sich der reine Verkauf des gewonnenen Stroms kaum noch. Heutzutage lohnt es sich eher, mit kleinen Photovoltaik-Anlagen den Eigenverbrauch bestmöglich abzudecken.

Inbetriebnahme Anlage bis
10 kWp
(Cent pro kWh)
10 bis 40 kWp
(Cent pro kWh)
40 bis 1.000 kWp
(Cent pro kWh)
ab 01.01.2015 12,56 12,22 10,92
ab 01.02.2015 12,53 12,18 10,90
ab 01.03.2015 12,50 12,15 10,87
ab 01.04.2015 12,47 12,12 10,84
ab 01.05.2015 12,43 12,09 10,82
ab 01.06.2015 12,40 12,06 10,79
ab 01.07.2015 12,37 12,03 10,76
ab 01.08.2015 12,34 12,00 10,73
ab 01.09.2015 12,31 11,97 10,71
ab 01.10.2015 12,31 11,97 10,71
ab 01.11.2015 12,31 11,97 10,71 
ab 01.12.2015 12,31 11,97 10,71
ab 01.01.2016 12,31 11,97 10,71
ab 01.02.2016 12,31 11,97 10,71
ab 01.03.2016 12,31 11,97 10,71
ab 01.04.2016 12,31 11,97 10,71
ab 01.05.2016 12,31 11,97 10,71
ab 01.06.2016 12,31 11,97 10,71
ab 01.07.2016 12,31 11,97 10,71
ab 01.08.2016 12,31 11,97 10,71
ab 01.09.2016 12,31 11,97 10,71
ab 01.10.2016 12,31 11,97 10,71
ab 01.11.2016 12,31 11,97 10,71
ab 01.12.2016 12,31 11,97 10,71
ab 01.01.2017 12,30 11,96 10,69
ab 01.02.2017 12,30 11,96 10,69
ab 01.03.2017 12,30 11,96 10,69
ab 01.04.2017 12,30 11,96 10,69
ab 01.05.2017 12,27 11,93 10,66
ab 01.06.2017 12,24 11,90 10,63
ab 01.07.2017 12,20 11,87 10,61
ab 01.08.2017 12,20 11,87 10,61
ab 01.09.2017 12,20 11,87 10,61
ab 01.10.2017 12,20 11,87 10,61

Eigenverbrauch und Autarkiegrad der PV-Anlage

Maßgebliche Kennwerte einer Photovoltaik-Anlage sind neben der Leistung besonders der Eigenverbrauch und der Autarkiegrad. Das Wechselspiel aus den drei Aspekten entscheidet letztendlich über die Wirtschaftlichkeit der Anlage.

Strombedarf

Der Strombedarf ist in jedem Haushalt unterschiedlich. Die Anzahl und Art der Verbraucher, aber auch die Nutzungsdauer entscheiden hier über den Jahresbedarf an Strom. Für ein durschnittliches Einfamilienhaus kann man jedoch mit etwa 4.000 Kilowattstunden pro Jahr rechnen.

PV-Leistung

Die Leistung der Photovoltaik-Anlage sollte bei privater Anwendung an den Strombedarf angepasst werden. Je nach Ausrichtung und Sonneneinstrahlung rechnet man hier etwa mit 1 Kilowatt Peak (kWp) pro Megawattstunde. In Deutschland werden pro kWp etwa 800 bis 1000 Kilowattstunden Strom pro Jahr erzeugt. Für 4.000 Kilowattstunden werden also etwa 4 Kilowatt Peak benötigt.

Grafik: Stromspeicher Größe
Beispiel für eine ideale Photovoltaik-Speicher-Größe (in naher Zukunft) | © Energieheld

Eigenverbrauch

Unter Eigenverbrauch versteht man die Menge des gewonnenen Stroms, die im eigenen Haushalt verbraucht wird. Ohne Stomspeicher beträgt der Eigenverbrauchsanteil in der Regel nicht mehr als 30 Prozent. Der restliche Strom wird gegen eine Einspeisevergütung ins öffentliche Netz eingespeist.

Autarkiegrad

Der Autarkiegrad beschreibt das Verhältnis zwischen Strombedarf, PV-Leistung und Eigenverbrauch. Bei diesem Kennwert sehen Sie letztendlich, wie "unabhängig" Sie von externen Stromversorgern sind.

Hier ein Beispiel: Wenn Ihr Strombedarf 4.000 Kilowattstunden pro Jahr beträgt und Sie eine 2 kWp Photovoltaik-Anlage installiert haben, dann gewinnt man damit etwa 2.000 Kilowattstunden Strom pro Jahr. Sollten Sie den Strom nun (theoretisch) komplett im eigenen Haus nutzen können, dann beträgt Ihr Eigenverbrauchsanteil 100 Prozent. Der Autarkiegrad beträgt jedoch nur 50 Prozent, weil Sie weiterhin 2.000 Kilowattstunden Strom hinzukaufen müssen, um Ihren Bedarf zu decken.

Strombedarf PV-Leistung Eigenverbrauch Externer Strom Autarkiegrad
4.000 kWh 2 kWp 100 % 2.000 kWh 50 %
4.000 kWh 4 kWp 30 % 2.800 kWh 30 %
4.000 kWh 4 kWp 100 % 0 kWh 100 %

Kosten einer Photovoltaik-Anlage

Die Kosten einer Photovoltaik-Anlage hängen stark von der letztendlichen Größe ab. Für ein durchschnittliches Einfamilienhaus kann man jedoch mit Kosten zwischen 5.000 und 10.000 Euro rechnen. Die Größe der Anlage sollte auf Ihren Strombedarf und die mögliche Anschaffung eines Stromspeichers abgestimmt sein.

Gesamtkosten für eine PV-Anlage

Diese Kosten entstehen bei einer durschnittlichen Photovoltaik-Anlage zwischen 4 und 6 kWp:

Bauteil Größe Einzelkosten Gesamtkosten
PV-Module 4 kWp 700 - 800 € pro kWp 2.800 - 3.200 €
Wechselrichter - 1.000 - 1.200 € pro Stück 1.000 - 1.200 €
Stromspeicher
(optional)
4 kWh 1.500 € pro kWh 6.000 €
Verkabelung und Befestigung - 600 - 800 € 600 - 800 €
Montage - 1.000 - 1.200 € pro Anlage 1.000 - 1-200 €
Gesamtkosten:     ca. 8.000 €
      + 6.000 € (Stromspeicher)

Laufende Kosten für eine PV-Anlage

Im Bereich der laufenden Kosten müssen Sie die Wartung, Reinigung und Versicherung der Photovoltaik-Anlage berücksichtigen. Pro Jahr sollten Sie hierfür etwa 200 bis 400 Euro einplanen.

Versicherung für Ihre Photovoltaik-Anlage

Bild: PV Versicherung
Photovoltaik-Versicherung | © edar / pixabay.com CC0

Eine Versicherung für Photovoltaik-Anlagen ist nicht vorgeschrieben, kann aber zusätzliche Sicherheit geben. Um gegen Schäden an Dritten abgesichert zu sein, kann die Anlage in die Haftpflichtversicherung Ihres Hauses einbezogen werden.

Um auch gegen Schäden an der Anlage abgesichert zu sein, sollten Sie eine zusätzliche Photovoltaik-Versicherung abschließen. Je nach Vereinbarung können Hagel- und Gewitterschäden oder auch technische Ausfälle abgedeckt werden.

Wie bei jeder Versicherung "lohnt" sich das Ganze natürlich nur, wenn tatsächlich irgandwann ein Schadensfall eintritt. Hier müssen Sie selbst abwägen, ob Ihre Photovoltaik-Anlage eine Versicherung besitzen soll.

Versicherung Kosten pro Jahr
Haftpflichtversicherung Teil der bestehenden Haus- und Grundbesitzerhaftpflichtversicherung
Einfache Versicherung gegen Hagel- und Gewitterschäden 65 - 100 € pro Jahr
Abdeckung aller Betriebsausfälle 120 - 200 € pro Jahr

Photovoltaik-Steuer

Wenn Sie in Deutschland Strom aus Ihrer Photovoltaik-Anlage in das öffentliche Netz einspeisen, dann muss damit theoretisch eine Unternehmensgründung einhergehen. Anlagen bis 10 Kilowatt Peak können von dieser Regelung auf Wunsch auch ausgenommen werden. Sie müssen sich also entscheiden, ob Sie lieber als Unternehmer oder als Kleinunternehmer auftreten wollen. Beides hat Vorteile und Nachteile.

Unternehmer

Als Unternehmer haben Sie mit einer Photovoltaik-Anlage den Vorteil, dass Ihnen die 19 Prozent Mehrwertsteuer, die beim Kauf der Anlage anfallen (normalerweise zwischen 1.500 und 4.000 Euro), vom Finanzamt zurückerstattet werden. Im Gegenzug muss jedoch eine Jährliche Umsatzsteuer gezahlt werden, die meist zwischen 80 und 150 Euro liegt. Auf Dauer ist es daher meist günstiger, sich als Kleinunternehmer eintragen zu lassen.

Kleinunternehmer

Der Kleinunternehmer erhält beim Kauf der Photovoltaik-Anlage nicht die Mehrwertsteuer zurück, dafür muss jedoch auch keine Umsatzsteuer gezahlt werden. Mit einer normalen Anlage für Einfamilienhäuser lohnt sich die Variante "Kleinunternehmer" in fast jedem Fall.

Unternehmensform Investitionskosten Erstattete Steuer Steuerabgaben nach 20 Jahren
Kleinunternehmer 8.000 € 0 € 0 €
Unternehmer 8.000 € 1.520 € 2.340 €

Förderung für Ihre Photovoltaik-Anlage

Die Einspeisevergütung repräsentiert quasi die dauerhafte Förderung für Ihre Photovoltaik-Anlage. Einen reinen Zuschuss erhalten Sie darüber hinaus nicht. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) bietet jedoch zinsgünstige Kredite für PV-Anlagen und Stromspeicher, die beim Kauf in Anspruch genommen werden können.

Programm Kredit
Erneuerbare Energien Standard (270) 1,26 % effektiver Jahreszins, max. 50 Mio. Euro
Erneuerbare Energien Speicher (275) 1,10 % effektiver Jahreszins, max. 25 Mio. Euro + 16 % Tilgungszuschuss

Wirtschaftlichkeit - amortisiert sich eine Photovoltaik-Anlage?

Eine Photovoltaik-Anlage amortisiert sich unter normalen Bedingungen nach 12 bis 17 Jahren - bei einer Laufzeit von 20 bis 25 Jahren. Ob und wie schnell sich die Anlage amortisiert, hängt von vielen Faktoren ab, die sich zudem gegenseitig beeinflussen.

Bei einer installierten Leistung von 1 Kilowatt Peak pro Megawattstunde Strombedarf sind Sie in jedem Fall auf der sicheren Seite. Steigende Strompreise oder sinnvoll eingesetzte Smart Home Systeme können die Amortisationszeit erheblich verkürzen.

Bild: Amortisation Photovoltaik Stromspeicher
Amortisation von Photovoltaik-Anlagen und Speichern | © Energieheld

PV-Stromspeicher - aktuell noch zu teuer

Bild: Stromspeicher
Stromspeicher für den Hausgebrauch | © IBC Solar

Der Stromspeicher für Photovoltaik-Anlagen wird immer wieder heiß diskutiert. Grundsätzlich wäre es damit möglich, sich von den großen Stromversorgern komplett abzunabeln. In der Realität gestaltet sich das Ganze aber etwas komplizierter, weil so ein Stromspeicher eben auch bezahlt werden will.

Theoretisch lässt sich Strom auf direkte oder indirekte Art in verschiedensten Formen speichern (Druckluftspeicher, Pumpspeicherkraftwerke etc.), aber durch den zunehmenden Erfolg von Elektroautos hat sich der Batterriespeicher als zukunftsweisendste Lösung herauskristallisiert.

Es wird angenommen, dass Stromspeicher für Photovoltaik-Anlagen etwa ab dem Jahr 2020 zu erschwinglichen Preisen verfügbar sein werden. Seit 2013 ist der Preis jährlich um rund 18 Prozent gesunken. Heute (2018) liegen die Kosten noch etwa bei gut 1.000 bis 1.100 Euro pro Kilowattstunde (kWh) Speicherleistung.

Für ein Einfamilienhaus mit einer Speicherleistung von 7 Kilowattstunden müssten Sie momentan also rund ca. 7.000 Euro inklusive Installation ausgeben. Künftig sollen die Speicher schon für unter 1.000 Euro pro kWh verfügbar sein. Vollkommene Strom-Autarkie wird sich jedoch erst in ferner Zukunft lohnen. Ab 2020 sollten Sie mit einem Eigenverbrauchsanteil von 60 Prozent rechnen.

Sinnvolle Größe der Photovoltaik-Anlage berechnen

Um die korrekte Größe für Ihre Photovoltaik-Anlage zu berechnen, sollten Sie sich zuerst darüber im Klaren sein, was Sie mit der Anlage anstellen möchten. Theoretisch können Sie sich vollkommen eigenständig mit PV-Strom versorgen - wirklich profitabel ist das jedoch nicht. Um tatsächlich mit der Photovoltaik-Anlage Geld zu sparen, sollte diese genau auf Ihren Haushalt abgestimmt sein.

Unter Berücksichtigung der aktuellen Einspeisevergütung (12,31 Cent pro Kilowattstunde, Februar 2016) und den künftigen Strompreisen ist es sinnvoll, sich auf eine Größe von 1 kWp pro Megawattstunde Strombedarf festzulegen. So speisen Sie 70 Prozent Ihres Stroms in das öffentliche Netz ein und können dann aus diesen Gewinnen den restlichen Strom bezahlen, den Sie benötigen. Pauschale Angaben zu den Einsparungen sind nur grob möglich, da die Amortisationsrechnung sehr komplex ist.

Strombedarf PV-Leistung Eigenverbrauchsanteil Einsparungen pro Jahr
4.000 kWh 4 - 6 kWp 30 % 400 - 600 €

Reinigung und Wartung einer Photovoltaik-Anlage

Um einen langfristigen Betrieb Ihrer PV-Anlage zu gewährleisten, sollten Sie diese entsprechend regelmäßig warten lassen. Ablagerungen von Bäumen, Moosen oder Regen können die Leistung einer Photovoltaik-Anlage wesentlich beeinträchtigen.

Sollten Sie in einer ländlichen Region wohnen, kann sich beispielsweise Staub aus landwirtschaftlichem Betrieb auf den PV-Modulen absetzen. Auch Autoabgase auf der PV-Anlage führen zu einem Leistungsverlust. Nach einem starken Hagelschlag sollte die Anlage unbedingt auf Beschädigungen geprüft werden.

Lebensdauer und Recycling einer Photovoltaik-Anlage

Bild: Recycling
PV-Recycling | © MartinStadlober / pixabay.com CC0

Um sich nicht zu verkalkulieren, sollte man bei Photovoltaik-Anlagen grundsätzlich von einer 20 jährigen Lebensdauer ausgehen. Theoretisch sind auch 25 bis 30 Jahre möglich. Stromspeicher lassen sich nur etwa 10 Jahre einsetzen.

Grundsätzlich geht eine Photovoltaik-Anlage nicht "kaputt", sondern verliert mit zunehmenden Alter deutlich an Leistung. Ohne teuren Stromspeicher amortisiert sich eine PV-Anlage aber in jedem Fall innerhalb der angegebenen 20 Jahre.

Im Bezug auf das Recycling lassen laut offizieller Angaben bis zu 95 Prozent der Anlagen wiederverwerten. Das Bundesumweltministerium fördert seit 2002 ein Projekt, das daran forscht, Modulrecycling günstiger und umweltschonender zu machen.

Mittlerweile lassen sich mithilfe modernster Technologien Produktionsabfälle, ausgediente und gebrochene Module aufbereiten. In der "freiwillige Organisation PV-Cycle" haben sich bis heute 240 Unternehmen weltweit zusammengeschlossen. Die Organisation stellt Sammelstellen zur Verfügung. Module von Herstellern, die Mitglieder sind, werden kostenfrei recycelt. Die Organisation versucht stetig ihr Netz und die Mitgliederzahlen auszubauen.