Photovoltaikanlage: Der Otovo Leitfaden

Die Sonne ist das grösste Kraftwerk, das wir auf der Erde zur Verfügung haben. Photovoltaik-Technologie macht es schon seit Jahrhunderten möglich, die Kraft der Sonne in Form von Elektrizität für Menschen nutzbar zu machen. Doch wie genau funktionieren die dunklen Platten und worauf sollte man achten, bevor man sich eine Photovoltaikanlage auf das eigene Dach holt? Hier klären wir die wichtigsten Fragen.

Achtung: Der Einfachheit halber benutzen wir die Begriffe “Photovoltaikanlage” und “Solaranlage” auf dieser Seite synonym und bezeichnen damit eine technische Vorrichtung, die der Stromerzeugung aus Solarenergie dient.

Photovoltaikanlagen: Wenn Sonnenschein zu Strom wird

Eine Photovoltaikanlage besteht aus Solarpaneelen, die in den meisten Fällen auf den Dächern von Gebäuden installiert werden. Die Paneele bestehen aus vielen kleineren, miteinander verbundenen Solarzellen. Diese sind aus einem speziellen Halbleitermaterial gefertigt, zum Beispiel Silizium.

Treffen nun Photonen aus der Sonnenstrahlung auf die Solarzelle, werden Elektronen aus den Atomen des Halbleitermaterials gelöst, können sich frei bewegen und erzeugen so einen elektrischen Strom. Oben kommt Sonnenlicht rein, unten kommt Strom raus. Was nach Magie klingt, ist reine Physik.

Auch wenn sie ähnlich aussehen, die Photovoltaikanlage ist nicht zu verwechseln mit der Solarthermieanlage.

Was ist der Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie?

Eine Photovoltaikanlage nutzt den Photovoltaikeffekt, um aus Sonnenlicht Strom zu generieren. Eine Solarthermieanlage hingegen wandelt Sonnenenergie in Wärme für das Haus um. Mit Solarthermie können Wasser und Räume erwärmt werden. Beide sind Solaranlagen, erzielen aber verschiedene Dinge. Es gibt mittlerweile sogenannte Hybridkollektoren, die sowohl Strom als auch Wärme generieren können. Diese sind jedoch auch aufgrund ihrer hohen Preise nicht weit verbreitet.

Worauf ist bei der Auswahl einer Photovoltaikanlage zu achten?

Bei einer Photovoltaikanlage handelt es sich um ein kompliziertes, technisches System, das von zahlreichen verschiedenen Herstellern angeboten wird. Doch mit der richtigen Vorbereitung wissen Sie im Handumdrehen, welche Anlage für Ihr Zuhause infrage kommt. Auf die folgenden Dinge sollten Sie bei Ihrer Entscheidungsfindung achten.

Eigenverbrauch vs. Einspeisung

Die erste Frage, die Sie sich stellen sollten, ist, was mit dem von der Solaranlage erzeugten Strom passieren soll. Möchten Sie ihn vor allem selber nutzen, oder vorwiegend gewinnbringend dem öffentlichen Stromnetz zuführen? Ist die PV-Anlage zum Eigenverbrauch gedacht, können Sie sich in der Regel an Ihrem bisherigen Stromverbrauch orientieren und nur die Leistung aufs Dach holen, die auch wirklich benötigt wird. Soll der Strom vorwiegend ins öffentliche Netz eingespeist werden, können auch deutlich mehr Module und somit eine leistungsstärkere Photovoltaikanlage angeschafft werden.

Grundsätzlich ist es empfehlenswert, eine Anlage mit einer höheren Leistung als nur den Verbrauch abdeckend, zu wählen. So stellen Sie sicher, dass auch bei nicht-optimalen Bedingungen genügend Strom produziert wird.

Bei der Entscheidung sollten Sie auch an die Zukunft denken. Denn in den nächsten Jahren und Jahrzehnten wird der Strombedarf pro Kopf wahrscheinlich immer weiter steigen. Wärmepumpen, E-Fahrzeuge, Klimaanlagen, all das benötigt Elektrizität. Überlegen Sie also gut, welche Geräte Sie auch in Zukunft anschaffen könnten, sodass Ihr Eigenverbrauch am Ende nicht zu niedrig ausfällt.

Leistung der Photovoltaikanlage

Die Leistung von Solarmodulen wird in Kilowatt angegeben. Bei Ihrer Recherche stossen Sie wahrscheinlich auch auf den Begriff “Kilowatt Peak (kWp)”. kWp gibt an, wie viel Energie ein Solarpaneel, bzw. die gesamte Anlage unter optimalen Bedingungen erzeugen kann. Der kWp-Wert von Solarmodulen wird unter sogenannten Standardtestbedingungen überprüft. Diese Standardbedingungen werden in der Realität allerdings selten erreicht. Viele verschiedene Faktoren haben einen Einfluss auf die Energiegewinnung. Hohe Temperaturen, ein bewölkter Himmel, der Neigungswinkel Ihres Dachs oder ein Schatten auf einem oder mehreren Solarpaneelen sind nur einige davon. Deshalb sollten Sie einen gewissen Leistungsverlust bei der Planung einer Photovoltaikanlage mit einberechnen. Auch die Jahreszeiten spielen eine Rolle bei der Energieerzeugung. Die Sonne scheint im Sommer länger als im Winter, wodurch Ihre Photovoltaikanlage im Juli insgesamt mehr Strom erzeugen wird, als im Januar. Keine Sorge, weiter unten erklären wir die wichtigsten Einflüsse nochmal im Detail.

Wie hoch die Leistung der PV-Anlage sein sollte, kann daher leider nicht pauschal beantwortet werden, denn das hängt stark vom individuellen Stromverbrauch und den Begebenheiten auf Ihrem Dach, wie Ausrichtung und Neigungswinkel, ab.

Anzahl der Solarmodule

Die Anzahl der Solarmodule hängt mit der gewünschten Leistung der Anlage zusammen. Sobald Sie diese kennen, können Sie die Anzahl der benötigten Solarmodule davon ableiten. Schätzungsweise können Sie davon ausgehen, dass acht bis zehn Quadratmeter Fläche je Kilowatt Peak Leistung gebraucht werden.

Wie viele Module Sie tatsächlich für den gewünschten Ertrag benötigen, hängt allerdings von weiteren Faktoren ab, zum Beispiel der Ausrichtung des Dachs oder störenden Elementen, die einen Schatten auf Teile der Anlage werfen können.

Ausrichtung des Dachs

Ein weiterer wichtiger Aspekt für den Ertrag einer Photovoltaikanlage sind Ausrichtung und Neigungswinkel deines Dachs. Ideal ist es, wenn die Sonnenstrahlen in einem Winkel von 90 Grad auf die Module treffen. In diesem Fall erzeugen die Module die maximal mögliche Energie.

Verschiedene Dachausrichtungen haben verschiedene Einflüsse auf den Ertrag der PV-Anlage:

• Süden: Die Ausrichtung nach Süden ist ideal, es trifft die meiste direkte Sonneneinstrahlung auf die Module. Hier produziert die Anlage den maximalen Ertrag in den Mittagsstunden, die Module werden aber den ganzen Tag von der Sonne getroffen.
• Osten/Westen: Bei Ausrichtung nach Osten/Westen fällt der Ertrag der Module etwas geringer aus. Die Spitzen in der Stromerzeugung verteilen sich auf den Morgen und Abend. Diese Ausrichtung ist ideal für den Eigenverbrauch im Haushalt, denn Erzeugung und Verbrauch haben annähernd zur gleichen Zeit ihre Maximalwerte. Eventuell können bei dieser Ausrichtung zwei Dachflächen mit Modulen belegt werden.
• Norden: Auf der Nordseite erzeugen die Solarmodule am wenigsten Strom. Daher verzichten die meisten auf die Installation mit Ausrichtung nach Norden. Bei einer flachen Dachneigung kann es aber dennoch sinnvoll sein, Module auf der Nordseite zu installieren.

Die Neigung der Module hängt bei einem Schrägdach von der Neigung des Daches ab. Ideal ist eine Dachneigung zwischen 30 und 40 Grad. Auch bei einer Abweichung von 10 Grad nach oben oder unten ändert sich der Ertrag nur geringfügig. Mit steigender Abweichung der Ausrichtung vom Süden werden flache Dächer am effizientesten.

Dachform Ihres Eigenheims

Die am häufigsten zu findenden Dachformen von Eigenheimen sind Schrägdächer und Flachdächer. Denkt man an den Begriff “Haus”, denkt man höchstwahrscheinlich an ein Gebäude mit abgeschrägtem Dach. Und tatsächlich sind Schrägdächer wohl die gängigste Form bei kleineren Gebäuden, wie Einfamilienhäusern.

Flachdächer sind vor allem bei grösseren Mehrfamilienhäusern zu finden, doch auch moderne Einfamilienhäuser werden manchmal mit Flachdächern gebaut. Hier ist der Name Programm: Das Dach ist nicht abgeschrägt, sondern im 90° Winkel zu den Wänden des Hauses gebaut. Dadurch entsteht eine grosse Nutzfläche, die beispielsweise für eine Photovoltaikanlage genutzt werden kann. Grundsätzlich eignen sich beide Dachformen für Solaranlagen und beide haben ihre Vor- und Nachteile.

Ein Flachdach hat oft eine grössere Fläche und dadurch Platz für mehr Module, andererseits können Solarmodule am effizientesten Strom produzieren, wenn sie in einem Winkel von etwa 30° - 40° aufgestellt sind.

Arten von Photovoltaikanlagen

Eine Photovoltaikanlage kann auf verschiedenste Arten installiert werden. Je nach Strombedarf, Ästhetik oder Anbindung an das örtliche Stromnetz kannst du zwischen verschiedenen Optionen wählen. Wir stellen einige Möglichkeiten vor.

Aufdach-Photovoltaikanlage

Eine Aufdach-Photovoltaikanlage ist die wahrscheinlich bekannteste Variante der Solaranlagen. Es handelt sich hierbei um Solarmodule, die, wie der Name bereits verrät, auf einem Dach montiert werden. Hierzu wird eine spezielle Halterung auf ein Hausdach montiert, an der dann die Solarpaneele befestigt werden. Eine Aufdach-Anlage kann in den meisten Fällen ohne grossen Umbau des Dachs installiert werden.

Eine Aufdach-Photovoltaikanlage besteht in der Regel aus vier grundlegenden Elementen: einer Unterkonstruktion, den Solarmodulen, der Verkabelung, um den Strom zum Wechselrichter zu leiten und, falls die Anlage für eine Einspeisung optimiert ist, einem Einspeisezähler.

Zur Optimierung können weitere Elemente hinzugefügt werden, wie Leistungsoptimierer und Stromspeicher. Mehr zu den einzelnen Komponenten von PV-Anlagen finden Sie weiter unten.

Solardach

Als Solardach kann grundsätzlich jedes Dach bezeichnet werden, dessen Fläche für die Erzeugung von Strom oder Wärme genutzt wird. Häufig steck hinter dem Begriff jedoch eine komplett in das Dach eingebaute Lösung, wie eine Indach-Anlage oder Solardachziegel.

Bei einer Indach-Photovoltaikanlage werden die Solarmodule in die Dacheindeckung eingelassen und ersetzen so herkömmliche Dachziegel. Durch diese Art der Montage sieht das Dach einheitlicher und ästhetischer aus. Jedoch sind Indach-Photovoltaikanlagen mit höheren Kosten bei der Anschaffung und Installation verbunden. Auch kann durch diese Art der Montage die Luft nicht so gut unter der Anlage zirkulieren, wie bei einer Aufdach-PV-Anlage. Dadurch kann es zu Leistungsverlust durch Überhitzung kommen.

Eine weitere Möglichkeit die PV-Anlage direkt in das Dach zu integrieren sind Solardachziegel. Hierbei sind die Solarzellen direkt in den Dachziegeln eingebaut. Diese Technologie ist vergleichsweise neu, komplizierter zu verbauen und auch deutlich teurer, als andere Installationsarten von Photovoltaikanlagen. Ein grosser Vorteil ist, dass Solardachziegel fast genauso aussehen, wie herkömmliche Dachziegel. Dadurch fällt das Solardach kaum als solches auf. Das hat auch einen Vorteil, falls dein Gebäude unter Denkmalschutz steht. Wegen des neutralen Aussehens kommen Solardachziegel im Vergleich zu herkömmlichen Modulen in diesem Fall infrage.

Inselanlage

Als Inselanlagen werden Photovoltaikanlagen für Gebäude ohne Stromnetzanschluss bezeichnet, z.B. Berghütten, Garten- oder Ferienhäuser, Hausboote oder auch Gebäude auf abgelegenen Inseln. Eine Inselanlage erzeugt emissionsfrei Strom und stellt damit eine grüne Alternative zu Stromgeneratoren dar, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Die Inselanlage ist nicht mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden und somit völlig unabhängig. Sollte die Stromerzeugung aus der PV-Anlage den Bedarf an Elektrizität nicht decken, kann kein zusätzlicher Strom aus dem Netz bezogen werden.

Balkonkraftwerk

Wer kein eigenes Haus hat, muss nicht auf Solarstrom verzichten. Den kleineren Bruder der Photovoltaikanlage für das Dach stellt ein Balkonkraftwerk dar. Das ist eine Solaranlage, die aus wenigen Solarmodulen besteht und ohne grossen Aufwand auf einem Balkon oder einer Terrasse montiert werden kann. Der von ihr generierte Strom kann ganz einfach per Steckdose in das Stromnetz des Hauses eingespeist werden. Durch die kleinere Grösse erzeugt die Anlage nicht so viel Strom, wie Solarmodule auf dem Dach, wodurch auch weiterhin Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen werden muss. Dennoch kann sich eine Photovoltaikanlage für den Balkon lohnen: in einem durchschnittlichen Haushalt mit zwei Personen kann sie bis zu 20% des Strombedarfs decken.

Es gibt einige Voraussetzungen, damit ein Balkonkraftwerk optimal funktionieren kann. In unserem Artikel über Balkonkraftwerk, erfahren Sie alles was Sie dazu wissen müssen.

Komponenten einer Photovoltaikanlage

Wer an eine Solaranlage denkt, hat womöglich direkt die typisch dunkelblauen Solarpanels auf einem Dach vor Augen. Doch das ist nur ein Teil eines ausgeklügelten Systems.

Eine komplette Photovoltaikanlage besteht aus mehreren Komponenten:

Wechselrichter

Eine Photovoltaikanlage erzeugt Gleichstrom. Mit Gleichstrom werden unter anderem Telefone, TVs oder kleinere Geräte, wie Taschenlampen betrieben. Doch der Grossteil der elektronischen Geräte im Haushalt benötigt Wechselstrom, der auch normalerweise als solcher aus der Steckdose kommt. Damit der von der Solaranlage generierte Gleichstrom sicher ins Stromnetz des Hauses eingespeist werden kann, muss er in Wechselstrom umgewandelt werden. Diese Aufgabe übernimmt der Wechselrichter. Doch neben der Umwandlung des Gleichstroms in Wechselstrom hat der Wechselrichter noch einige wichtige Funktionen, ohne die eine Photovoltaikanlage nicht richtig funktionieren kann:

• Leistungsoptimierung: Strom und Spannung werden in Echtzeit angepasst, damit die Photovoltaikanlage die beste Leistung erzielen kann.
• Überwachung: Der Wechselrichter überwacht sowohl die korrekte Funktionsweise der Anlage, als auch des Stromnetzes.
• Einspeisung: Überschüssiger Strom wird vom Wechselrichter in das öffentliche Stromnetz eingespeist, sofern die Anlage dafür konfiguriert ist.

Solarspeicher

Ein Solarspeicher ist, wie der Name bereits vermuten lässt, dafür da, den generierten Strom zu speichern. Man kann sich ihn wie eine grosse Batterie vorstellen. Eine Photovoltaikanlage funktioniert auch ohne Solarspeicher, jedoch kann dieser sinnvoll sein, wenn Sie zum Beispiel tagsüber, wenn die Sonne scheint und der meiste Strom erzeugt wird, wenig zu Hause sind. Wird zum Zeitpunkt des Verbrauchs kein Strom durch die PV Anlage erzeugt, z.B. weil die Sonne bereits untergegangen ist, wird dieser aus dem öffentlichen Stromnetz entnommen. Dadurch entstehen zusätzliche Kosten, die sich mit einem Solarspeicher vermeiden liessen. Mit ihm können Sie den von Ihrer eigenen Anlage generierten Strom dann einfach zeitversetzt nutzen.

Smart Meter

Ein Smart Meter ist ein intelligenter Stromzähler, der Daten über den Stromverbrauch erfasst und an Stromversorger und Netzbetreiber übermittelt.

Für Haushalte mit einer Photovoltaikanlage spielt ein Smart Meter eine weitere wichtige Rolle. Die intelligente Anlage misst nicht nur den aktuellen Stromverbrauch, sondern auch die Menge des von den Solarzellen produzierten Stroms. Diese Daten nutzt der Wechselrichter der PV-Anlage, z.B. um die Batterie zu laden oder zu entladen. Ausserdem behalten Sie dank eines Smart Meters stets den Überblick darüber, wie viel Strom von Ihrer Anlage ins Netz eingespeist wurde.

Leistungsoptimierer

Wenn es zwischen den einzelnen Modulen einer Photovoltaikanlage zu grossen Unterschieden in der Stromerzeugung kommt, sind Leistungsoptimierer eine sinnvolle Ergänzung. Ein Abfall der Leistung eines Moduls zieht nämlich den Leistungsabfall der gesamten Anlage nach sich. Ein häufiges Szenario ist ein Schatten, den zum Beispiel ein Schornstein oder um das Haus herum stehende Bäume auf ein Photovoltaikmodul wirft.

In der Regel werden die einzelnen Solarmodule in einem sogenannten String (zu Deutsch “Faden”) miteinander verbunden. Wenn nun ein Modul im String beschattet wird und z.B. nur 80% des möglichen Stroms erzeugt, erzeugen auch die restlichen Module in diesem String nur 80% des möglichen Outputs. Die Effizienz der gesamten Anlage fällt ab, obwohl nur ein Teil vom Schatten getroffen wird.

Um dem entgegenzuwirken, werden Module, auf die aufgrund eines Hindernisses regelmässig ein Schatten fällt, mit Leistungsoptimierern ausgestattet. Diese sorgen dafür, dass die nicht-beschatteten Module weiterhin ihre volle Leistung erbringen können.

Doch nicht nur bei Beschattung sind Leistungsoptimeirer eine sinnvolle Ergänzung. Auch bei Anlagen, die aus unterschiedlichen Modultypen bestehen, deren Strings nicht alle gleich lang, oder deren Module nicht in dieselbe Richtung ausgerichtet sind, sorgen Optimizer für den bestmöglichen Ertrag der gesamten Anlage.

Die Meinung zu Leistungsoptimierern unterscheidet sich jedoch von Installateur zu Installateur. Während manche der Meinung sind, dass sie bei Bedarf eingebaut werden sollten, und zwar nur bei den Modulen, die von Beschattung betroffen sind, bauen andere die Optimizer entweder bei allen Paneelen ein, oder gar nicht. Es gibt auch Stimmen, die Optimizer als unnötig erachten.

Sicher ist eins: Sind alle Module Ihrer Photovoltaikanlage gleich ausgerichtet, die Strings gleich lang und alle Module unbeschattet, können Sie in jedem Fall auf den Einbau von Optimizern verzichten.