Photovoltaik: Nachhaltig und günstig Strom erzeugen

Jeden Tag sendet die Sonne mehr Energie zur Erde, als die gesamte Bevölkerung in einem Jahr benötigt. Mit einer Photovoltaikanlage nutzen Sie dieses Angebot, um sich selbst mit Strom zu versorgen. Sie machen sich unabhängig von schwankenden Strompreisen, sparen Geld und schonen außerdem das Klima. Doch was ist Photovoltaik eigentlich? Wie funktioniert die Technik, wie viel kostet sie und für wen lohnt sich eine Photovoltaik Komplettanlage? Antworten auf diese Fragen finden Sie im folgenden Ratgeber.  

Kurz erklärt: Was ist eine Photovoltaikanlage?

Bei der Photovoltaik (auch PV) handelt es sich um eine Technik, die solare Strahlung in elektrische Energie umwandelt. Möglich ist das durch den photoelektrischen Effekt, der bereits gegen Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt wurde. Er besagt, dass sich Elektronen aus Metallen herauslösen, wenn diese mit Licht beschienen werden. Bei einer Photovoltaikanlage findet das in den sogenannten Solarzellen statt. Hersteller verunreinigen diese auf beiden Seiten mit unterschiedlichen Fremdatomen (sie sprechen vom Dotieren), sodass alle Elektronen zu einer Seite wandern. Dadurch entstehen Plus- und Minuspole, an denen sich Strom abgreifen lässt. Verbindet man nun mehrere Solarzellen zu Solarmodulen und mehrere Module zu einem Solargenerator, kann dieser ausreichend Strom erzeugen, um den Bedarf in Ihrem Haushalt zu decken. Das funktioniert zumindest dann, wenn ein Wechselrichter den Gleichstrom der Photovoltaik in Wechselstrom umwandelt.

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Nicht verwechseln: Solarthermie und Photovoltaik

Neben der Photovoltaik gibt es in der Solartechnik auch die Solarthermie. Letztere nutzt das Sonnenlicht, um Wärme zu gewinnen. Diese überträgt sie mithilfe der Solarflüssigkeit auf die Heizungsanlage, um damit das Trinkwasser zu erwärmen oder die Raumheizung zu unterstützen. Es handelt sich dabei also um Solarwärmeanlagen, wohingegen es bei der Photovoltaik um Solarstromanlagen geht. Lesen Sie mehr dazu im Beitrag zum Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie.

Aufbau und Funktionsweise der Photovoltaik 

Damit eine Solarstrom Komplettanlage die Geräte in Ihrem Haushalt mit Strom versorgen kann, sind verschiedene Bauteile nötig. Zu den wichtigsten gehören die Solargeneratoren auf dem Dach. Diese fangen Sonnenlicht ein und erzeugen Gleichstrom. Wechselrichter wandeln die elektrische Energie in Wechselstrom um und machen Sie somit für weitere Anwendungen nutzbar. Wichtig sind außerdem Strom- oder Batteriespeicher, die überschüssige Energie vom Tag bis in die Nacht vorhalten. Handelt es sich um eine netzgekoppelte Anlage (Anschluss an das Stromnetz), benötigen Sie im Photovoltaik-Aufbau außerdem Zähler, die Ihre Erträge und Verbräuche erfassen. Viele Hausbesitzer kaufen zudem auch eine Ladestation für Elektroautos.

Photovoltaik Kollektoren stehen vor Windrädern und einem blauen Himmel
© vencav / Fotolia

Solargenerator wandelt kostenfreies Sonnenlicht in Gleichstrom um 

Der Solargenerator befindet sich auf dem Dach. Er ist zur Sonne ausgerichtet und besteht aus zahlreichen, miteinander verbundenen Solarmodulen. Diese setzen sich wiederum aus Solarzellen zusammen, in denen der photoelektrische Effekt stattfindet. Geht es um die Funktionsweise einer Photovoltaikanlage, spielen die kleinen Zellen eine wichtige Rolle. Denn Sie entscheiden über den Wirkungsgrad und damit auch darüber, wie effizient die Technik solare Strahlung in elektrische Energie umwandelt.

Welche Arten von Solarzellen gibt es und was unterscheidet diese?

Für die Module einer Solarstrom Komplettanlage sind verschiedene Arten von Solarzellen erhältlich. Üblicherweise lassen sich dabei monokristalline, polykristalline und amorphe Zellen voneinander unterscheiden. Die folgende Tabelle zeigt, was diese auszeichnet.


Monokristalline Zellen Polykristalline Zellen Amorphe Zellen
Eigenschaft Diese Solarzellen bestehen aus einkristallinem Silizium, großen Kristallen, die Hersteller in kleine Scheiben schneiden. Die Produktion ist aufwendig und kostenintensiv, dafür ist der Wirkungsgrad sehr hoch.Für die Herstellung dieser Solarzellen kommt kein reines Silizium zum Einsatz, was sich an der Kristallstruktur erkennen lässt. Die Produktion ist günstiger und weniger energieintensiv. Der Wirkungsgrad ist jedoch geringer. Amorphe Zellen bestehen aus Silizium, das mit anderen Materialien auf Trägerschichten aufgedampft wird. Die Herstellung ist günstig und es sind sogar flexible Module möglich. Nachteil ist jedoch der niedrige Wirkungsgrad.
Wirkungsgradca. 20 Prozent ca. 15 Prozent ca. 5 bis 7 Prozent

Neben den drei bekannten Arten von Solarzellen gibt es weitere, die aktuell noch nicht vollständig erforscht sind. Ein Beispiel dafür sind organische Solarzellen. Diese bestehen aus Kunststoffen, sind günstig sowie sparsam herstellbar und könnten konventionelle Zellen in Zukunft vom Markt verdrängen. Viele Hausbesitzer fragen sich daher, ob es sich lohnt, mit dem Kauf einer Photovoltaikanlage noch zu warten, bis Solarmodule mit höherem Wirkungsgrad auf dem Markt sind. Bereits heute gibt es erprobte Technologien, die einen wirtschaftlichen Betrieb ermöglichen. Warten ist daher nicht nötig.

Wechselrichter wandeln Gleichstrom in Wechselstrom um

Während Photovoltaikanlagen Gleichstrom erzeugen, verbrauchen Haushaltsgeräte in aller Regel Wechselstrom. Möchten Sie die elektrische Energie vom Dach nutzen oder in das öffentliche Netz einspeisen, benötigen Sie daher auch einen Photovoltaik-Wechselrichter im Haus.

Vier Batterien liegen auf einem Tisch - Stromspeicher
© M. Schuppich / Fotolia

Mit Batteriespeicher und Photovoltaikanlage autark leben

Ein Nachteil der Photovoltaik ist das schwankende Energieangebot. So erzeugen Anlagen am Tage besonders viel Strom, während sie in der Nacht keine Energie mehr liefern. Eine zuverlässige Stromversorgung ist daher nur mit Batteriespeichern möglich. Die Bauteile nehmen Strom am Tag auf und halten diesen bis in die Nacht hinein vor. Auf diese Weise ist es möglich, die Geräte in Ihrem Haushalt auch nachts mit Solarenergie aus einer Photovoltaik Komplettanlage zu betreiben. Sie steigern Ihre Eigenverbrauchsrate (Anteil des Ertrags, der im Haus bleibt) von 20 auf rund 60 Prozent und machen sich unabhängig von öffentlichen Stromanbietern.

Abrechnung über Stromzähler für Verbrauch und Ertrag

Speisen Sie einen Teil des Solarstroms in das öffentliche Netz ein, erhalten Sie dafür eine Vergütung. Möglich ist das jedoch nur mit einem sogenannten Einspeisezähler, der den konventionellen Stromzähler ergänzt. Alternativ dazu können Sie auch einen Zweirichtungszähler installieren, der alle Energieströme zuverlässig misst.

PKW-Ladestation ermöglicht das Fahren mit Solarstrom 

Installieren Sie außerdem eine Ladestation für Elektroautos, fahren Sie in Zukunft klimafreundlicher. Denn Sie tanken nachhaltig erzeugten Solarstrom, der Ihnen zudem kostenfrei zur Verfügung steht.

Photovoltaik Komplettanlage lässt keine Wünsche offen

Wer Solarstrom im eigenen Haus nutzen möchte, kann sich die Komponenten individuell zusammenstellen. Eine Alternative ist der Kauf einer Photovoltaik Komplettanlage. Diese besteht aus einem Set, welches alle benötigten Bauteile enthält. Anbieter haben die Komponenten optimal aufeinander abgestimmt und Kunden können die Kosten der Photovoltaik von Beginn an sicher planen. Um die Installation einer solchen Solarstrom Komplettanlage sollten sich dennoch Fachhandwerker kümmern. Das ist auch dann wichtig, wenn Sie eine Versicherung für die Photovoltaik abschließen wollen.

Voraussetzungen für die Installation einer Photovoltaikanlage

Damit eine Photovoltaikanlage viel Strom erntet, sind einige Voraussetzungen zu erfüllen. Besonders wichtig ist es, die Solarmodule optimal zur Sonne hin auszurichten. Schatten dürfen die einzelnen Zellen nicht verdecken und ein übermäßiges Aufheizen der Solargeneratoren ist zu vermeiden. Wenn Sie eine Photovoltaikanlage planen, sollten Sie folgende Tipps unbedingt beachten. 

Photovoltaik Voraussetzungen Hinweise
Ausrichtung nach Süden Das meiste Licht fangen Solaranlagen ein, wenn ihre Module genau nach Süden zeigen. Abweichungen nach Ost und West sind möglich, jedoch mit Ertragseinbußen von 10 bis 20 Prozent verbunden.
30 bis 35 Grad Neigung Während steil angestellte Module im Winter viel Strom ernten, sind Erträge im Sommer bei flacheren Neigungswinkeln höher. In der Praxis hat sich ein Wert von 30 bis 35 Prozent etabliert. Bei optimaler Süd-Ausrichtung wirken sich Abweichungen jedoch nur gering aus.
Schatten vermeiden Große Gebäude, Bäume oder Berge können dazu führen, dass das ganze Jahr über viel Schatten auf dem Dach liegt. Da dieser den Ertrag mindert, sollten Sie ein schattenfreies Dach für die Photovoltaikanlage wählen.
Niedrige Temperaturen Da die Leistung von Solarzellen mit zunehmender Temperatur sinkt, ist auf eine Kühlung der Module zu achten. Bei Aufdachanlagen erfolgt diese durch den Luftstrom zwischen Dach- und Modulfläche. Kommen Indachanlagen oder Photovoltaik-Dachziegel zum Einsatz, ist die Kühlung beispielsweise mit einer Wärmepumpe möglich.

Wie steht es nun, wenn das Dach nicht genau nach Süden ausgerichtet ist. Lohnt sich die Installation einer Photovoltaikanlage dann überhaupt? Eine Antwort auf diese Frage gibt es im Rahmen der individuellen Planung. Diese ist immer zu empfehlen, um eine hohe Wirtschaftlichkeit der Anlage sicherzustellen. Einbußen durch Ausrichtung oder Neigung lassen sich dabei mit besseren Solarzellen oder größeren Solarmodulen ausgleichen. 

Kosten und staatliche Förderung für Solarstromanlagen

Wie viel eine Photovoltaikanlage kosten kann, hängt vor allem von der Anlagengröße und der Ausstattung der Technik ab. Die Preise für Solarmodule, Wechselrichter und Co. fallen Jahr für Jahr und liegen inklusive Montage der Photovoltaik aktuell bei rund 1.500 bis 1.800 Euro pro Kilowatt Peak (kWp). Hinzu kommen Ausgaben für den Stromspeicher, die sich auf etwa 750 bis 1.000 Euro pro Kilowattstunde Speicherkapazität belaufen. Möchten Sie eine Photovoltaikanlage für ein Einfamilienhaus kaufen (Stromverbrauch ca. 4.000 kWh pro Jahr), fallen folgende Kosten an:

  • Photovoltaikanlage inklusive Montage (4 kWp): 6.000 bis 8.000 Euro
  • Batteriespeicher inklusive Montage (4 kWh): 3.000 bis 4.000 Euro
  • Elektroauto-Ladestation für einen PKW (optional): 500 bis 1.500 Euro
  • Kosten der Photovoltaik Komplettanlage inklusive Steuern: 6.000 bis 13.500 Euro

Wichtig zu wissen ist, dass auch im Betrieb der Anlagen Ausgaben anfallen. Diese entstehen zum einen durch die Photovoltaik-Wartung und -Versicherung, zum anderen durch die Photovoltaik-Steuern. Letztere fallen bei Anlagen mit mehr als zehn Kilowatt peak an, da Sie dann Einsparungen und Erlöse als Gewinne versteuern müssen.

Fördermittel senken die Photovoltaikanlagen-Kosten

Die Photovoltaik liefert regenerativen Strom. Sie trägt zur Einsparung schädlicher Treibhausgase bei und hilft, die im Klimaschutzgesetz verankerten Ziele zu erreichen. All das sind Gründe, aus denen Sie vielerorts attraktive Fördermittel für die Technik bekommen. Neben einer 20-jährigen Einspeisevergütung sind dabei auch zinsgünstige Darlehen und hohe Zuschüsse erhältlich, wie die folgende Übersicht zeigt.

Photovoltaik-Förderung Beschreibung
Einspeisevergütung Für jede Kilowattstunde Strom, die Sie in das öffentliche Netz einspeisen, bekommen Sie eine Vergütung. So sieht es das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vor. Die Vergütung wird 20 Jahre lang ausgezahlt, wobei ihre Höhe vom Monat der Inbetriebnahme abhängt. Sie liegt aktuell bei 6,63 Cent pro Kilowattstunde (März 2022) und sinkt Monat für Monat.
KfW-Programm 270 Über das Programm 270 „Erneuerbare Energien – Standard“ der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) erhalten Sie einen zinsgünstigen Kredit, wenn Sie eine Photovoltaikanlage kaufen. Müssen Sie im Zuge der Installation auch das Dach sanieren, können Sie die dabei anfallenden Kosten gleich mitfinanzieren.
Regionale Förderangebote In zahlreichen Bundesländern, Städten und Gemeinden erhalten Sie attraktive Zuschüsse für Photovoltaik Komplettanlagen mit Stromspeicher. Die Angebote sind teilweise befristet und nicht immer verfügbar. Aus diesem Grund empfehlen wir, beim Land, bei der Gemeinde oder bei einem Fachhandwerker aus der Region nachzufragen, bevor Sie eine Photovoltaikanlage mit Stromspeicher kaufen.
Förderung im Rahmen des BEGAuch über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) fördert der Staat Komplettanlagen für Photovoltaik. Erhältlich sind Zuschüsse und Darlehen mit Tilgungszuschüssen in Höhe von 15 bis 45 Prozent, die es im Rahmen einer ganzheitlichen Sanierung zum Effizienzhaus oder bei dem Bau neuer Effizienzhäuser gibt. Voraussetzung für die BEG-Förderung der Photovoltaik Komplettanlagen ist, dass Sie auf die EEG-Einspeisevergütung verzichten.

Weitere Informationen zu Förderangeboten und zur Beantragung der Mittel geben wir im Beitrag zur Förderung von Photovoltaik

Solarpflicht für Neubau und Sanierung ist wahrscheinlich 

In einigen Bundesländern gibt es sie bereits, andere ziehen vermutlich bald nach. Die Rede ist von der Solarpflicht für Photovoltaikanlagen. Sie fordert Verbraucher dazu auf, eine Solarstromanlage einzubauen, wenn sie ein neues Haus errichten oder ein bestehendes wesentlich sanieren. Neben zahlreichen Ausnahmen gibt es auch die Möglichkeit, Ersatzmaßnahmen zu treffen. Wie diese aussehen und wo die Vorgaben bereits gelten, erklären wir im Beitrag zur Solarpflicht.

Einspeisen oder selbst verbrauchen: Was lohnt sich mehr?

Wer im Januar 2010 eine neue Photovoltaikanlage in Betrieb nahm, bekommt noch immer eine Einspeisevergütung von fast 40 Cent pro Kilowattstunde. Eine neue Solarstromanlage kostete damals allerdings auch rund 3.000 Euro pro Kilowatt peak. Inzwischen sind die Preise deutlich gesunken und auch die Einspeisevergütung ist mit 6,63 (Stand: März 2022) wesentlich geringer. Da stellt sich die Frage, ob sich Einspeisen eigentlich noch rentiert?

Photovoltaikanlage auf dem Dach
© tl6781 / Fotolia

Die Antwort hängt von individuellen Gegebenheiten ab 

Bei Stromkosten von mehr als 38 Cent pro Kilowattstunde ist es attraktiv, möglichst viel der selbst erzeugten Energie auch im eigenen Haus zu verbrauchen. Denn so sparen Sie mehr Geld, als die Einspeisevergütung einbringen würde. Voraussetzung für den Einsatz der Photovoltaik sind dabei niedrige Kosten und hohe Erträge. Fallen die Anschaffungskosten durch ungünstige Voraussetzungen sehr hoch aus, können die erhofften Einsparungen allerdings auch ausbleiben und der Eigenverbrauch rentiert sich nicht.

Hinweis: Um den Ausbau von Photovoltaik in Städten voranzutreiben, werden auch Anlagen auf vermieteten Wohngebäuden gefördert. Anlagenbetreiber, die sogenannten Mieterstrom gebäudenah produzieren und an Bewohner des Hauses sowie Bewohner angrenzender Gebäude verkaufen, erhalten neben der Einspeisevergütung einen Mieterstromzuschlag. 

Detaillierte Planung und Simulation vor dem Anlagenkauf 

Um böse Überraschungen zu vermeiden, empfehlen wir in jedem Fall eine individuelle Beratung, bevor Sie eine Photovoltaikanlage kaufen. Experten informieren dabei über die zu erzielenden Einsparungen. Sie klären über die Kosten auf und berechnen, ob und wie sich die Technik wirtschaftlich sinnvoll betreiben lässt.

Photovoltaik: Vor- und Nachteile der Technik im Überblick

Mit einer Photovoltaik Komplettanlage decken Sie zumindest einen Teil Ihres Strombedarfs selbst. Sie stoßen weniger CO2 aus, tragen einen Teil zur Energiewende bei und machen sich unabhängiger von steigenden Strompreisen. Sie bekommen Strom allerdings nur dann, wenn die Sonne kräftig scheint. Sie haben oft einen zusätzlichen steuerlichen Aufwand und müssen hohe Anschaffungskosten in vielen Bereichen ohne nennenswerte Förderung stemmen. Zudem haben einige Betreiber Angst vor der Photovoltaik-Brandgefahr, die sich mit der regelmäßigen Wartung verhindern lässt. Welche Vor- und Nachteile die Photovoltaik außerdem hat, zeigt folgende Tabelle auf einen Blick.

Vorteile Nachteile
teilautarke Stromversorgung hohe Anschaffungskosten der Technik
geringerer CO2-Ausstoß vielerorts schlechte Förderbedingungen
Unabhängigkeit von Stromanbietern teilweise lange Amortisationszeiten
Beitrag zu Energiewende und Klimaschutz Energieangebot tritt schwankend auf
finanzielle Einsparungen und gute Rendite

Der Vergleich zeigt: Bei der Photovoltaik halten sich Vor- und Nachteile die Waage. Geht es um eine Entscheidung für oder gegen die Technik, ist daher immer eine individuelle Beratung und Planung zu empfehlen. 

Weitere Informationen zum Thema Photovoltaik

Das Thema Photovoltaik ist sehr umfangreich und lässt sich kaum auf einer Seite komplett abbilden. Daher finden Sie in der folgenden Tabelle alle themenverwandte Artikel zu diesem Thema. Zudem haben wir im Beitrag Vorteile der Photovoltaik viele Informationen zusammengestellt, die Ihnen vor der Kaufentscheidung behilflich sein können. 

ThemenKurzbeschreibung
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StromcloudDie sogenannte Stromcloud ist die Lösung für alle, die im Sommer Überschussstrom produzieren und ihn nicht einspeisen möchten.
KfW 440 FörderungEine Ladestation speist den selbst erzeugten Strom direkt in das eigene Elektroauto ein. 900 Euro gibt es dafür über die Förderung für Wallboxen .
Mini-SolaranlagenBalkon- oder Mini-Solaranlagen lassen sich mobil, im Garten oder in der Wohnung nutzen. Wir erklären, wie das funktioniert und ob es sich lohnt. 
Solarmodule entsorgenWas passiert nach der Nutzungsdauer, wenn Module kaputt oder nicht mehr wirtschaftlich sind? Im Beitrag erklären wir, wann und wie Solarmodule zu entsorgen sind. 
SolarpflichtBei Neubauten und wesentlichen Sanierungen ist die Installation der Photovoltaik vielerorts Pflicht. Wir erklären, was dabei zu beachten ist.
Heizung.de Autor Alexander Rosenkranz
Fazit von Alexander Rosenkranz
Die Photovoltaik wandelt Sonnenlicht in elektrische Energie um. Der Strom deckt den eigenen Bedarf und lässt sich gegen eine Vergütung in das öffentliche Netz einspeisen. Sinnvoll ist die Technik dabei immer dann, wenn die Kosten niedrig und die Erträge hoch sind. Ob das bei Ihnen der Fall ist, zeigt die individuelle Beratung durch einen Energieberater oder Fachhandwerker.
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