Photovoltaik

Funktionsweise und Varianten

Photovoltaik bedeutet, Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umzuwandeln. Die Grundlage bildet der photovoltaische Effekt: In Halbleitern wie Silizium lösen einfallende Photonen Elektronen aus ihrer Bindung und erzeugen eine elektrische Spannung. Eine einzelne Solarzelle liefert eine Spannung von etwa 0,5 bis 0,7 Volt. Um nutzbare Leistungen zu erreichen, werden Zellen zu Modulen verschaltet. Ein Modul liefert je nach Größe und Technologie zwischen 300 und 600 Watt Nennleistung. Mehrere Module werden in sogenannten Strings in Reihe geschaltet und über Kabel mit einem Wechselrichter verbunden. Dieser wandelt den Gleichstrom in netztauglichen Wechselstrom um.

Photovoltaik-Anlagen lassen sich in verschiedenen Bauarten realisieren: Aufdachanlagen, bei denen Module auf bestehenden Dächern montiert werden, Indachsysteme, die die Dachhaut selbst bilden, Fassadenanlagen, die zusätzlich gestalterische Aufgaben übernehmen, Freiflächenanlagen auf landwirtschaftlich minderwertigen Böden sowie kleine Balkonmodule mit Steckdosenanschluss. Jede Variante hat spezifische Vor- und Nachteile.

1. Aufdachanlagen (klassisch, Schräg- oder Flachdach)

Beschreibung:
Die Module werden mit Dachhaken und Montageschienen oberhalb der bestehenden Dachdeckung befestigt. Auf Flachdächern nutzt man Ständer- oder Ballastsysteme, die Module meist mit Süd- oder Ost-West-Ausrichtung aufstellen.

Vorteile:

• Geringer Eingriff in die Bausubstanz, Dachhaut bleibt erhalten.
• Meist die kostengünstigste Variante (günstige Unterkonstruktion, schnelle Montage).
• Gute Hinterlüftung der Module → bessere Kühlung, höherer Wirkungsgrad.
• Einfach planbar, fast jedes Dach mit ausreichender Tragfähigkeit ist geeignet.

Nachteile:

• Optisch sichtbar, nicht immer denkmalrechtlich erlaubt.
• Zusätzliche Dachlast (Module + Unterkonstruktion + Schnee/Wind).
• Risiko von Undichtigkeiten bei unsachgemäßer Montage der Dachhaken.
• Bei Flachdächern: Ballastierung kann Dachabdichtung belasten.

2. Indachsysteme (Integration in die Dachhaut)

Beschreibung:
hier ersetzen die Module die Dachdeckung. Sie liegen bündig in der Dachfläche und übernehmen zugleich die Funktion der Abdichtung.

Vorteile:

• Sehr ästhetische Lösung, harmonische Integration ins Dach.
• Einsparung von Dachziegeln oder Dachpfannen, da Module die Deckung ersetzen.
• Bei Neubauten oder Dachsanierungen oft wirtschaftlich, weil ohnehin neue Dachhaut nötig ist.

Nachteile:

• Geringere Hinterlüftung → höhere Modultemperaturen, etwas schlechterer Wirkungsgrad.
• Höhere Anschaffungskosten für Unterkonstruktion und Dichtsystem.
• Reparaturen aufwendiger, da Module Teil der Dachhaut sind.
• Bei Undichtigkeiten größere Schäden möglich.

3. Fassadenanlagen (PV-Module als Fassadenelemente)

Beschreibung:
Die Module werden senkrecht oder geneigt an der Fassade befestigt, oft als vorgehängte hinterlüftete Konstruktion oder als gebäudeintegrierte Variante (BIPV).

Vorteile:

• Doppelfunktion: Energieerzeugung und architektonisches Gestaltungselement.
• Beitrag zum sommerlichen Wärmeschutz (Sonnenschutz an Süd-/Westfassaden).
• Nutzung von Fassadenflächen → zusätzliche Energieerzeugung bei Gebäuden ohne große Dachflächen.
• Günstigere Einstrahlungswinkel im Winter (tief stehende Sonne).

Nachteile:

• Höhere Kosten durch aufwändige Unterkonstruktion und Befestigung.
• Geringere Gesamterträge als Dachanlagen, da Einstrahlungswinkel weniger optimal sind.
• Bauordnungs- und Brandschutzauflagen sind komplex (Brandriegel, Fassadenklassifizierung).
• Optik ist sehr präsent – nicht jede Fassade ist geeignet.

4. Freiflächenanlagen

Beschreibung:
Die Module stehen in Reihen auf Gestellen, meist in landwirtschaftlich minderwertigen Flächen oder entlang von Infrastruktur wie Autobahnen.

Vorteile:

• Sehr hohe Wirtschaftlichkeit durch große Anlagengrößen.
• Optimale Ausrichtung und Neigung möglich, keine Verschattungsprobleme.
• Leichte Zugänglichkeit für Wartung und Reinigung.
• Kombination mit Landwirtschaft (Agri-PV) möglich: doppelte Nutzung von Fläche.

Nachteile:

• Bedarf an Genehmigungen, häufig kontrovers in der öffentlichen Diskussion (Flächenkonkurrenz).
• Hoher Flächenverbrauch, nicht für Städte oder kleine Grundstücke geeignet.
• Lange Kabelwege, Netzanbindung teils teuer.
• Stärkere Eingriffe in Landschaft und Ökologie.

5. Balkonmodule / Plug-and-Play-Solaranlagen

Beschreibung:
Kleine Module (meist 300–600 Wp), die am Balkon, auf der Terrasse oder im Garten aufgestellt und direkt in die Steckdose eingesteckt werden.

Vorteile:

• Sehr niedrige Investitionskosten, schnell installiert.
• Kein Genehmigungsverfahren bei Kleinstanlagen (unterhalb bestimmter Schwellenwerte).
• Einstiegsmöglichkeit für Mieter und Eigentümer mit wenig Fläche.
• Spart direkt Strom im Haushalt, amortisiert sich in wenigen Jahren.

Nachteile:

• Nur geringe Strommengen (1–5 % des Jahresverbrauchs).
• Abhängigkeit von Platz und Ausrichtung am Balkon.
• Technische Begrenzungen (z. B. maximale Einspeiseleistung von 600–800 W pro Steckdose).
• Keine Speicherung, keine Netzeinspeisung in größerem Umfang.

Förderlandschaft

Die wirtschaftliche Attraktivität hängt eng mit Förderprogrammen zusammen. Zentrale Grundlage ist in Deutschland das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), das eine 20-jährige Einspeisevergütung garantiert. Die Höhe richtet sich nach dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme und der Anlagengröße.

Daneben gibt es KfW-Programme mit zinsgünstigen Krediten, Landes- und Kommunalförderungen – insbesondere für Speicher. Seit 2023 profitieren Betreiber kleiner Photovoltaik-Anlagen bis 30 kWp zusätzlich von einer Umsatzsteuerbefreiung für Lieferung und Montage. Für Einnahmen aus dem Betrieb kleiner Anlagen gibt es Einkommensteuerbefreiungen, sodass die Verwaltung vereinfacht wird. Diese Rahmenbedingungen machen Photovoltaik-Anlagen besonders attraktiv.

Überblick über Förderarten

Wirtschaftlichkeit

Die Wirtschaftlichkeit hängt von Investitionskosten, Fördermitteln, Standortbedingungen, Strompreisen und Eigenverbrauch ab. Eine typische 10-kWp-Anlage in Deutschland erzeugt jährlich 9.000 bis 10.000 kWh Strom. Ohne Speicher werden davon etwa 30 % direkt im Haus verbraucht, mit Speicher bis zu 80 %.

Beispielrechnung: 10 kWp erzeugen 9.500 kWh. Bei 35 % Eigenverbrauch entspricht dies 3.325 kWh, die nicht aus dem Netz bezogen werden müssen. Bei einem Strompreis von 0,35 €/kWh ergibt das eine Ersparnis von 1.163 €. Die restlichen 6.175 kWh werden zu 8,2 Cent eingespeist, was zusätzliche 506 € bringt. Die Gesamteinnahmen liegen also bei rund 1.670 € pro Jahr. Wenn die Anlage 14.000 € kostet, ergibt sich eine Amortisationszeit von etwa 8–9 Jahren.

Angesichts einer Lebensdauer von über 25 Jahren ist dies wirtschaftlich sehr attraktiv.

Modultypen im Vergleich