Photovoltaik

Photovoltaik macht sich das Licht der Sonne zunutze, um Energie zu erzeugen. Dabei fällt das Sonnenlicht auf sogenannte Solarzellen, die sich in Modulen befinden. In einem Modul können sich bis zu 72 Solarzellen befinden. Ein Einfamilienhaus benötigt ungefähr fünf Solarmodule und somit ungefähr 360 Solarzellen. Damit genügend Sonnenlicht auf die Solarmodule scheint, sind diese bei Einfamilienhäusern meist auf Hausdächern angebracht und zur Sonne ausgerichtet. Dabei können die Solarmodule auf das Dach gesetzt oder in das Dach integriert werden. Auf großen öffentlichen Flächen können sich hingegen bis zu 100 Module befinden.

Doch wie funktioniert der photoelektrische Effekt, den sich Photovoltaikanlagen zunutze machen? Die Solarzellen setzen sich aus verschiedenen Schichten eines Halbleitermaterials, üblicherweise Silizium, zusammen. Durch Beimischung von Phosphor und Bor entsteht je eine negativ und eine positiv geladene Siliziumschicht. So wird ein Plus- und ein Minuspol geschaffen. Trifft Sonnenlicht (Photonen) auf die Solarzellen, werden die darin enthaltenen Elektronen in Bewegung gebracht: Die negativen Elektronen wandern zur positiven Seite.

Ist ein Stromkreis angeschlossen, wird diese Spannung an einen Generator weitergeleitet und dort in Gleichstrom umgewandelt. In einem Wechselrichter wird dieser dann zu Wechselstrom und für uns nutzbar. Nachdem der Strom im Wechselrichter umgewandelt wurde, wird er dann in einem Stromspeicher gespeichert und kann zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden. Der Solarstrom kann für den Eigenverbrauch genutzt, aber auch in das öffentliche Netz eingespeist werden.

Sonnenenergie gehört zu den erneuerbaren Energien. Das bedeutet, dass bei der Erzeugung von Strom keine Emissionen wie CO2 entstehen. Da Photovoltaikanlagen Sonnenenergie nutzen, sind sie somit umweltfreundlich und nachhaltig. Die vermehrte Nutzung von erneuerbaren Energien kann zum Erreichen der Energiewende und den Klimazielen führen. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen müssen keine Rohstoffe unter hohem Energieaufwand abgetragen werden und Landschaften bleiben erhalten.

Darüber hinaus steht die Energie der Sonne unerschöpflich und kostenlos zur Verfügung. Wer eine Photovoltaikanlage besitzt, der ist von Preisschwankungen der Öl- und Gaspreise weniger betroffen. Solaranlagen sind in der Regel an das öffentliche Stromnetz angeschlossen. Wenn der Solarstrom im Stromspeicher also nicht mehr für den Eigenverbrauch benötigt wird, kann er in das öffentliche Stromnetz fließen. Für die Einspeisung erhalten Betreiber eine Einspeisevergütung pro Kilowattstunde. Die Höhe der Einspeisevergütung wird mithilfe eines Zählers ermittelt. Wärme aus Solarthermie hingegen kann nur für den Eigenverbrauch genutzt und nicht in das öffentliche Netz eingespeist werden. Zu guter Letzt ist eine Solaranlage langlebig und muss nur selten gewartet werden.

Zu den Nachteilen einer Photovoltaikanlage gehören die hohen Anschaffungskosten für die Betreiber. So rentiert sich die Anschaffung einer Solaranlage erst nach über zehn Jahren der Inbetriebnahme. Dadurch, dass die Anlagen auf Sonnenlicht angewiesen sind, ist der Energieertrag im Winter deutlich geringer als im Sommer. Im Winter ist somit meist eine zusätzliche Energiequelle, wie z.B. eine Wärmepumpe, nötig, um den Energieverbrauch zu decken. Gleichermaßen benötigen Photovoltaikanlagen entsprechende Freiflächen, die ein hohes Sonnenaufkommen genießen und ermöglichen.

Photovoltaikanlagen können nach dem Standort unterschieden werden. Es gibt Anlagen, die auf den Dächern von Häusern platziert werden, an Fassaden oder auf freien Flächen. Dachanlagen sind in Dächer integriert oder angebaut. Hier unterscheidet man noch einmal zwischen Anlagen für Flach- und Schrägdächer. Bei Flachdächern ist eine Ausrichtung und ein Unterbau auf der Dachfläche nötig. Sodass die Solarmodule, wie auch bei Freiflächenanlagen zur Sonne ausgerichtet werden können. Diese Anlagen findet man meist in Solarparks, die kommerziell Strom erzeugen. Es gibt aber auch mobile Anlagen, die nicht dauerhaft an einem Standort bleiben. Die Solaranlagen unterscheiden sich zudem in ihrer Leistung, die mit Kilowatt-Peak (kWp) angegeben wird.

Die Zahl der Photovoltaikanlagen ist in Deutschland gestiegen und lag im März 2022 laut dem Statistischen Bundesamt bei 2,2 Millionen. Die Anlagen wurden nicht nur auf privaten und öffentlichen Dächern verbaut, sondern auch auf freien Grundstücken. Vor vier Jahren waren es ungefähr 1,7 Millionen Anlagen – die Anzahl der Anlagen ist somit um knapp 34 % gestiegen. Die Nennleistung lag 2022 somit bei 58.400 Megawatt. Dabei werden die Anlagen nicht nur für die private Energieversorgung genutzt, sondern durch die Einspeisevergütung auch als Einnahmequelle: Laut dem Statistischen Bundesamt haben im Jahr 2020 1,4 Millionen Haushalte diese Vergütung bekommen.

Dass die Anzahl der Photovoltaikanlagen in Deutschland steigt, kann auch an der Photovoltaik-Pflicht liegen, die ab dem 1. März 2022 zumindest in Baden-Württemberg für neue Wohngebäude gilt. Diese Pflicht besagt auch, dass Häuser bei einer Dachsanierung ab 2023 derartige Anlagen installieren müssen. Eine Solarpflicht gibt es auch in Nordrhein-Westfalen: Hier müssen überdachte Parkflächen ab 35 Parkplätzen, die nicht zu Wohngebäuden gehören, mit Solaranlagen ausgestattet werden. In Niedersachsen müssen ebenfalls seit 2023 alle Gebäude so konzipiert werden, dass eine Nachrüstung mit PV theoretisch möglich ist; eine Solarpflicht auf allen Neubauten soll ab 2025 in Kraft treten.

Wie bereits erwähnt, bekommen Betreiber von Solaranlagen eine Einspeisevergütung, wenn sie den produzierten Strom in das öffentliche Netz einspeisen und nicht für den Eigenverbrauch nutzen. Die Höhe der Vergütung variiert je nach Leistung und wird pro Kilowattstunde berechnet. Die Höhe der Einspeisevergütung bleibt 20 Jahre lang gleich und hängt von der Größe der Anlagen ab. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) fördert die Anschaffung von Anlagen, die mit Solarthermie oder Photovoltaik arbeiten, mit zinsgünstigen Krediten. Sie fördert aber nicht nur Solarstrom, sondern auch Anlagen zur Stromerzeugung aus Wasser, Wind oder Biogas. In einigen Städten gibt es auch zusätzliche Förderprogramme, die Betreiber von Solaranlagen unterstützen.