Die 15 wichtigsten Antworten zum Thema Solarstrom

Was ist Photovoltaik und wie entsteht aus Licht elektrischer Strom?

Photovoltaik als Teilbereich der Solartechnik beschäftigt sich mit der direkten Umwandlung des Sonnenlichts in elektrischen Strom mittels Solarzellen. Die Solarzellen bestehen aus hochreinem Silicium, das durch eine so genannte Dotierung die Eigenschaften eines Halbleiters erhält. Trifft Sonnenlicht auf die Oberfläche der Solarzelle, entsteht zwischen der Ober- und der Unterseite der Zelle eine Spannung. Verbindet man nun die beiden Seiten der Solarzelle miteinander, so fließt elektrischer Strom und die Zelle gibt Leistung ab. Das Ganze passiert lautlos und emissionsfrei.

Was ist das Prinzip einer Photovoltaikanlage?

Eine typische Photovoltaikanlage besteht aus einer beliebigen Anzahl an miteinander verschalteten Solarmodulen. Die darin eingebetteten Solarzellen bestehen meist aus kristallinem Silicium oder basieren auf Dünnschicht-Technologien und machen sich den so genannten photovoltaischen Effekt zu nutze, bei dem das einfallende Sonnenlicht in Gleichstrom umgewandelt wird. Ein Rahmen verleiht dem Modul Stabilität. Im Modul sind die Solarzellen vor Witterungseinflüssen und mechanischen Störungen sicher geschützt. Ein Leiter aus Metall führt den erzeugten Gleichstrom zu einem Wechselrichter, der ihn in Wechselstrom umwandelt. Der Strom wird von einem Zähler registriert und anschließend in das öffentliche Stromnetz eingespeist, oder aber der Hausbesitzer deckt damit seinen Eigenbedarf. In beiden Fällen erhalten die Betreiber der Anlage eine gesetzlich festgelegte Vergütung. Diese ist durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) festgelegt.

Was ist das EEG?

Zur Verbesserung des Klimaschutzes hat der Deutsche Bundestag im Februar 2000 das „Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien“ verabschiedet – auch bekannt als Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Das Prinzip des EEG ist einfach: Betreiber, die Strom aus regenerativen Energien in das öffentliche Netz einspeisen, erhalten vom Netzbetreiber eine über mehrere Jahre gesetzlich festgelegte Vergütung auf die eingespeiste Strommenge. Bei Photovoltaikanlagen beträgt der Zeitraum 20 Jahre zuzüglich des Jahres der Inbetriebnahme der Anlage. Wer beispielsweise jetzt in eine Photovoltaikanlage investiert, profitiert über zwei Jahrzehnte von diesem festgelegten Einspeisetarif – die Anlage finanziert sich bei der derzeit geltenden Einspeisevergütung und typischen Finanzierungskonditionen somit über die Laufzeit der Einspeisevergütung durch den Stromertrag praktisch von selbst. Die im Jahr der Inbetriebnahme gewährte Einspeisevergütung bleibt über den Zeitraum von 20 Jahren konstant.

Details zur Vergütung im EEG finden Sie hier.

Wie kann ich beim Betrieb meiner Solaranlage Geld sparen?

Auch steuerliche Aspekte haben Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage:

Der Betreiber einer Photovoltaikanlage - im Sinne des Erneuerbare Energien Gesetzes (EEG) - gilt steuerrechtlich als Unternehmer. Er kann dies durch den "Verzicht auf die Umsatzsteuerbefreiung" mit einer einfachen Mitteilung an das Finanzamt geltend machen. Der Verzicht ist für fünf Jahre bindend, danach kann neu entschieden werden. Als gewerblicher Anlagenbetreiber muss er für jedes Jahr eine Umsatzsteuererklärung beim Finanzamt abgeben und die durch den Stromverkauf erhaltene Umsatzsteuer abführen, erhält aber dafür die Mehrwertsteuer des Kaufpreises zurück. Wichtig ist hierbei, dass er den Energieversorger über den gewerblichen Betrieb der Anlage in Kenntnis setzt. Dieser muss die Mehrwertsteuer in den Abrechnungen unbedingt ausweisen.
   
Tritt er nach fünf Jahren von dem "Verzicht auf Umsatzsteuerbefreiung" zurück, muss er lediglich seinen Energieversorger von diesem Schritt informieren, so dass die Mehrwertsteuer nicht mehr ausgewiesen wird. Vorteil: Der Anlagenbetreiber erhält die im EEG festgelegte Vergütung zuzüglich Mehrwertsteuer. Er zahlt aber effektiv nur den Netto-Kaufpreis der Anlage.

Bei gewerblichem Betrieb hat der Betreiber einer Solarstromanlage zusätzlich die Möglichkeit, diese steuerlich abzuschreiben.

Fragen Sie hierzu Ihren Steuerberater oder das zuständige Finanzamt.

Aus welchen Komponenten besteht eine PV Solarstromanlage?

Die Solarstromanlage besteht aus den folgenden Komponenten:

• Solarmodule zur Umwandlung von Licht in elektrischen Strom
• Wechselrichter zur Aufbereitung des Solarstroms in Netzqualität
• Sicherheitskomponenten zur elektrischen Absicherung der Anlage
• Wechselstromzähler zur Erfassung des Ertrags

Woraus besteht eine Solarzelle und was ist ein Modul?

Die Zelle ist das Kernstück einer Photovoltaikanlage. In ihr findet der Prozess statt, bei dem die Strahlungsenergie des Sonnenlichtes in elektrische Energie umgewandelt wird. Solarzellen bestehen meistens aus einem anorganischen Halbleitermaterial, in der Regel Silicium. Es gibt auch Zellen aus anderen Halbleitermaterialien wie Galliumarsenid, Cadmiumtellurid, Kupfer-Indium-Diselenid und sogar Zellen aus organischen Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Am gängigsten sind aber Silicium-Solarzellen.

Die Solarzellen sind weit weniger als einen Millimeter dünn und dadurch sehr empfindlich. Sie müssen vor äußeren Einflüssen geschützt werden. Dazu werden die Zellen in ein Solarmodul eingebaut. Das Solarmodul besteht aus einer gehärteten Glasscheibe, hinter der die Zellen aufgereiht werden. Auf der Rückseite werden die Zellen durch eine Kunststoffschicht oder durch eine weitere Glasscheibe geschützt. Die elektrischen Anschlüsse der Zellen werden aus dem Modul heraus zu einer Anschlussdose geführt.

Worin unterscheiden sich monokristalline, polykristalline und Dünnschicht-Solarzellen?

Monokristallin versus polykristallin
Ein Unterscheidungsmerkmal bei Silicium-Solarzellen ist die Kristallstruktur. Bei so genannten monokristallinen Solarzellen besteht das Silicium aus einem einzigen Kristall mit homogenem Kristallgitter. Durch die einheitliche Form des Kristalls lässt sich aus dem Sonnenlicht mehr Energie gewinnen als bei Zellen mit uneinheitlicher Kristallstruktur. Allerdings ist das eingesetzte monokristalline Silicium in der Herstellung relativ teuer. Außerdem muss bei der Herstellung von monokristallinen Solarzellen mehr Energie eingesetzt werden, was sich auf die Energierücklaufzeit auswirkt.

Bei der polykristallinen Variante ist dies anders. Hier besteht das Silicium aus vielen kleinen Einzelkristallen. Polykristalline Solarzellen sind günstiger in der Herstellung, und die Energierücklaufzeit ist wesentlich kürzer. Daher gelten sie als Solarzellen mit einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis, auch wenn der Wirkungsgrad etwas schwächer ist als bei der monokristallinen Variante.

 
 
Kristallin versus Dünnschicht
Das verwendete Halbleitermaterial ist ebenfalls ein Unterscheidungskriterium von Solarzellen. Sowohl mono- als auch polykristalline Solarzellen gehören in die Kategorie der siliciumbasierten Solarzellen. Eine Alternative sind so genannte Dünnschichtverfahren. Bei der amorphen Silicium-Technologie (a-Si) wird amorphes Silicium aus einem Plasma hauchdünn auf einer Glasplatte abgeschieden. Das spart sowohl Material als auch Energie. Weitere Vorteile der Dünnschicht-Module: Selbst schwaches und diffuses Licht wandeln sie in der Regel besser in Strom um als ihr kristallines Pendant. Darüber hinaus bleibt die Stromausbeute an heißen Tagen im Sommer konstant, während sie bei kristallinen Modulen mit zunehmender Temperatur abnimmt. Außerdem lassen sich Dünnschicht-Module in Größe, Design und Leistung auf individuelle Erfordernisse zuschneiden. Daher kommen sie besonders oft bei größeren Architekturprojekten zum Einsatz, bei denen Solarmodule beispielsweise direkt in die Gebäudehülle integriert werden.

Weil sie im Vergleich zu kristallinen Modulen nach dem derzeitigen Stand der Technik einen geringeren Wirkungsgrad haben, benötigen Dünnschichtmodule mehr Fläche für den gleichen Energie-Ertrag. Das bringt teilweise auch höhere Systemkosten mit sich, etwa für die Befestigung der Module. Aus diesem Grund wird bereits jetzt ein Nachfolgeverfahren auf Basis mikromorpher Technologie entwickelt, mit dem der Energieertrag pro Flächeneinheit voraussichtlich nochmals zunehmen wird.

Der Markt für Dünnschichtmodule wird nach Einschätzung der Landesbank Baden-Württemberg und anderen Marktbeobachtern in den nächsten Jahren weiter wachsen, die kristalline Technologie auf Dauer jedoch nicht ablösen. Vielmehr werden beide Produktionsverfahren voraussichtlich nebeneinander existieren, sich in den jeweiligen Anwendungsgebieten ergänzen und so den jeweiligen Wünschen und Anforderungen der Verbraucher Rechnung tragen.

Wie muss mein Dach beschaffen sein?

Solarmodule eignen sich gut für Fassaden, doch die im Privatgebrauch typische Form der Installation ist die Anbringung auf dem Dach, das möglichst zur Sonne in Richtung Süden ausgerichtet ist (Südost bis Südwest). Die optimale Dachneigung liegt zwischen 20 und 45 Grad. Auch die Dachfläche spielt eine wichtige Rolle: Mindestens 10 Quadratmeter sollte der Betreiber einplanen. Diese Fläche an miteinander verschalteten Modulen benötigt er, um eine Leistung von einem Kilowatt zu erhalten. Unter optimalen Bedingungen lässt sich auf dem der Sonne zugewandten Dach eines Privathauses von 30 bis 50 Quadratmetern eine Leistung von drei bis fünf Kilowatt installieren. Die mit einer solchen Anlage über das Jahr erzeugte elektrische Energie (rund 2.500 bis 5.000 kWh) entspricht dem typischen Stromverbrauch einer drei- bis vierköpfigen Familie.

Die für die Solarstromanlage vorgesehene Dachfläche sollte ganzjährig frei von Schatten sein. Wenn keine geeigneten Flächen auf dem Dach verfügbar sind, oder als Ergänzung zu einer Dachanlage, besteht zudem die Möglichkeit, die Module beispielsweise senkrecht an Gebäudeaußenwänden anzubringen.

Bei welcher Sonneneinstrahlung ist eine PV-Solarstromanlage rentabel?

Die Sonneneinstrahlung in Deutschland variiert von Nord nach Süd um etwa +/- 10 Prozent. Die Durchschnittliche Einstrahlung in Deutschland liegt bei 900 kWh/m² im Jahr. Auch wenn auf der Globalstrahlungskarte die südlichen Regionen für Solarstromanlagen prädestiniert erscheinen, rechnen sich fachmännisch ausgelegte Anlagen mit hochwertigen Komponenten auch in den nördlichen Bundesländern. Besonders die küstennahen Gebiete an Nord- und Ostsee haben gute Einstrahlungsdaten.

Sehen Sie sich hier die Globalstrahlungskarte für Deutschland an:

Wie sammeln die Solarmodule möglichst viel Energie?

Solarmodule erzeugen Gleichstrom sobald sie von der Sonne beschienen werden. Dieser muss in Wechselstrom umgewandelt werden, wenn die Solaranlage in das Hausnetz einspeisen soll.

Der Wechselrichter ist die Komponente, die den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Dabei erfüllt der Wechselrichter noch weitere Aufgaben.

Es gibt einen Betriebspunkt, an dem die Solarmodule die meiste Energie abgeben. Dieser Maximum- Power -Point (MPP) ist abhängig von der Strahlungsintensität und der Temperatur des Solarmoduls.

Der Wechselrichter sucht während des Betriebs der Solaranlage laufend den MPP und passt entsprechend den Strom und die Spannung der Solarmodule so an, dass stets die maximale Leistung in das Netz eingespeist wird.

Der Wechselrichter überwacht zusätzlich den Netzanschluss und stellt somit auch einen fehlerfreien Parallelbetrieb mit dem öffentlichen Stromnetz sicher.

Für die Energiegewinnung aus Sonnenlicht spielt es eine erhebliche Rolle, in welchem Winkel das Solarmodul zur Sonne steht und wie es beschienen wird.

Brauche ich eine Baugenehmigung?

Für Solarstromanlagen, die parallel zur Dachfläche oder auf Flachdächer aufgeständert werden, ist keine Baugenehmigung erforderlich

Was ist mit Verschmutzung der Module?

Bei einem Neigungswinkel der Solarstromanlage von mehr als 20° aus der Horizontalen reinigt der Regen die Module ganz automatisch (der so genannte Selbstreinigungseffekt der Module). Wenn viele Bäume in der Nähe stehen und sich Blätter auf den Modulen sammeln, sollten diese möglichst schnell entfernt werden. Schon die Verschattung einzelner Zellen eines Moduls kann zu erheblichen Ertragsverlusten in der gesamten Anlage führen.

Lohnt es sich, die Module der Sonne nachzuführen?

Bei frei beweglichen Anlagen sollte man genau abwägen: Auf der einen Seite kann die Energieausbeute bei einer nachgeführten Anlage in Deuschland um bis zu 30 Prozent höher sein, da die Module immer im optimalen Winkel zur Sonne stehen. Auf der anderen Seite entstehen durch Nachführsysteme jedoch auch zusätzliche Kosten – für die Anlage an sich und für ihre Wartung, denn die beweglichen Teile verschleißen. Ohne Nachführungssystem ist eine PV-Solarstromanlage fast wartungsfrei. Für eine typische Aufdachanlage ist die Nachführung daher im Regelfall nicht geeignet.

Muss die Anlage gewartet werden?

PV-Solarstromanlagen benötigen generell keine oder nur sehr wenig Wartung, da keine rotierenden Teile, Lager oder sonstige wartungsintensive Bauteile verbaut werden. Es empfiehlt sich aber dennoch, durch regelmäßige Kontrolle des Einspeisezählers oder Bilanzierung mit Computer/Datenlogger die Ertragswerte auf Plausibilität zu prüfen, um eventuelle Ausfälle der Anlage schnellstmöglich zu erkennen.

Kann Hagelschlag die Module zerstören?

Normalerweise sind PV Solarstrommodule sehr gut gegen Hagelschlag geschützt. Das Modul wird unter simulierten Wetterbedingungen getestet (Tests nach IEC-Norm) und zu Testzwecken mit Eiskugeln beschossen. Die Wahrscheinlichkeit, dass Module durch Hagelschlag zerstört werden, ist relativ gering.

Welchen Beitrag kann die Sonne zur Energieversorgung der Zukunft leisten?

Die Sonne als unerschöpfliche Energiequelle wird in Zukunft einen immer größeren Beitrag dazu leisten, die Energieversorgung der Menschheit zu sichern. Sonnenenergie hat technisch gesehen das höchste Potential. Umweltfreundlich, universal einsetzbar und zukunftsgerecht. Mit Solarstromanlagen bekommen die 2 Milliarden Menschen ohne Stromversorgung erstmals die Chance, Grundbedürfnisse unserer heutigen Zivilisation wie Licht, Kommunikation, Ausbildung und Krankenversorgung erfüllen zu können und am technischen Fortschritt teilzuhaben. Denn Energie ist die Basis jeder Entwicklung. Und Sonne gibt es überall frei Haus.

Seit wann ist es möglich, die Sonne als Energiequelle technisch nutzbar zu machen?

Erste Nutzung im Weltraum
1839 entdeckte der Physiker Becquerel den photovoltaischen Effekt: die direkte Umwandlung von Licht in Strom. Doch der Durchbruch in der Solarforschung kam erst in den 60er Jahren. Den entscheidenden Impuls gab die Raumfahrt. Für die Flugkörper musste eine extrem zuverlässige Form eigenständiger Energieversorgung gefunden werden, die nicht viel wiegen durfte. Solarstrom war die ideale Lösung. So entstanden die typischen Solarsegel, die auch heute Stand der Technik sind. Die Entwicklung der höchst effizienten Zellen lag in der Hand weniger Firmen, darunter die AEG Telefunken, die später in das Weltraumunternehmen DASA überging. Das wertvolle Know-how beider Unternehmen ist in die SCHOTT Solar eingegangen. Darauf bauen wir, um Lösungen mit Zukunft zu finden.

Weltweit in der Praxis bewährt
Die Nutzung von Solarstrom auf der Erde begann mit Kleinanwendungen, wie solarbetriebenen Taschenrechnern, die keine Batterie mehr brauchen. In den 80er Jahren wurden – vor allem in den USA – Solarstromanlagen erstmals zur autarken Versorgung abgelegener Häuser eingesetzt, deren Bewohner eine umweltfreundliche Alternative bzw. Ergänzung zu ihren Dieselaggregaten suchten. In den 90er Jahren brachten öffentliche Förderprogramme in einigen Schlüsselländern einen weiteren Schub für die Nachfrage. Durch den parallelen Aufbau von industriellen Serienfertigungsanlagen wurden die Herstellungskosten konsequent gesenkt und somit zunehmend mehr Marktsegmente erschlossen. Heute gilt die Photovoltaik als Technologie mit großer Zukunft. Denn sie vereinigt in idealer Synthese wirtschaftliche und ökologische Vorteile. So liegt die Energierücklaufzeit unserer Module je nach Einsatzgebiet zwischen zwei und sieben Jahren und damit deutlich unter der über 30-jährigen Lebenserwartung. Wir von SCHOTT Solar tragen mit Nachdruck dazu bei, diese Vorteile zu optimieren.

Gibt es noch andere Möglichkeiten, die Sonnenenergie zu nutzen?

Neben der Erzeugung von Solarstrom (Photovoltaik) kann die Sonnenenergie auch für Concentrated Solar Power-Anwendungen genutzt werden. Nähere Informationen dazu finden Sie unter: www.schottsolar.com