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Mit Hilfe einer Photovoltaikanlage und einem Batteriespeicher kann jeder zum Stromproduzenten werden. Hohe Stromrechnung gehören damit der Vergangenheit an. Dabei wirkt die Verwandlung von Sonnenlicht in nutzbaren Strom auf Kinder wie Magie. Aber wie funktioniert eine Solaranlage eigentlich wirklich? Und welche Komponenten braucht man, um unabhängig von großen Stromkonzernen zu werden und die Umwelt zu entlasten? Wir starten eine Serie zur privaten dezentralen Energieerzeugung. Dafür geben wir euch in den nächsten Wochen alles zur Hand, was ihr über Solaranlagen wissen müsst und für die Planung eurer eigenen Anlage braucht. Ihr werdet erfahren, welche ergänzenden Komponenten benötigt werden und auf welche Vorteile ihr euch freuen könnt. Heute gibt es erstmal einen generellen Überblick über die Funktionsweise, den Aufbau, die Wirtschaftlichkeit und weitere Vorteile eines eigenen Sonnenlicht-Kraftwerks auf dem Dach.

 

Sonnenlicht in Strom verwandeln

Im Sommer merkt man es sofort. Die Sonne ist die größte Energiequelle der Menschheit. Sie versorgt unsere Erde seit Millionen an Jahren konstant mit Energie. Jeder kennt Beispiele der Intensität der Strahlungsenergie: Sei es ein roter Sonnenbrand, weil man beim letzten Urlaub zu lange in der Sonne lag, oder Straßen, die im Sommer so heiß sind, dass sie selbst Schuhsolen zum Schmelzen bringen. Doch diese Energie kann auch nutzbringend verwendet werden.

Für die Umwandlung der Sonnenstrahlen in Strom machen wir uns eine spezielle Eigenschaft des Sonnenlichts zunutze: Trifft dieses auf einen Halbleiter wie Silizium, setzt es negativ geladene Elektronen frei. Eine Bewegung der Elektronen ist dabei gleichbedeutend mit Strom. Photovoltaikzellen bestehen dafür meist aus zwei bis drei Siliziumschichten, die durch eine gezielte Verunreinigung mit unterschiedlichen Ladungen dotiert sind. Dotieren bedeutet, dass der Siliziumschicht ein Material wie beispielsweise Brom hinzugefügt und dadurch die Leitfähigkeit sowie die Ladung der Schicht verändert wird. Dadurch erhält die Solarzelle zur Sonne hin eine positiv geladene n+ Schicht, in der Mitte eine neutral geladene Grenzschicht und auf der Rückseite eine negativ geladene p-Schicht. Das Ganze wird schließlich gerahmt von Leiterbahnen, die den produzierten Strom transportieren. Der einem Sandwich ähnelnde Aufbau der Solarzelle führt dazu, dass die Elektronen in einen Solargenerator umgeleitet werden, wo die Spannung der einzelnen Module aufsummiert wird. Der somit gewonnene Strom kann schließlich für unsere Waschmaschinen, Fernseher, Smartphones, Elektroautos und weitere Geräte verwenden. Durch unterschiedliche Produktionsverfahren können wir Solarzellen mit verschiedensten Wirkungsgraden und Anwendungsmöglichkeiten herstellen. Die bekanntesten PV-Module sind monokristalline, polykristalline und Dünnschichtmodule. In unserem Post zu PV-Modulen erfährst du, wie sie sich unterscheiden und was du bei einem Kauf beachten musst.

 

Die Komponenten für deine Energieunabhängigkeit

Nun wissen wir zwar, wie der Strom gewonnen wird, doch eine einzelne Solarzelle macht noch keine Solaranlage. Wenn du deinen eigenen Strom erzeugen möchtest, benötigst du eine Handvoll ergänzender Komponenten. Das Gesamtsystem besteht aus Photovoltaikmodulen, in denen die Solarzellen elektrisch verschaltet und in eine wetterresistente Rahmung eingefasst werden. Diese produzieren dann Gleichstrom, welcher durch die Reihenschaltung im Solargenerator die benötigte Spannung erhält. Der Gleichstrom wird ins Haus geleitet und durch den Wechselrichter in nutzbaren Wechselstrom umgewandelt. Wie viel Strom produziert wurde, wie viel man im Haus verbraucht hat und wie viel Reststrom über das Netz bezogen wurde, wird durch den Smart Meter transparent dokumentiert. Um möglichst viel eigenen Strom zu verwenden, wird der überschüssige Strom in einem Batteriespeicher zwischengelagert. Dadurch kannst du ihn immer dann verwenden, wenn du ihn brauchst und sparst dabei noch eine Menge Geld. Schließlich verfügen moderne Solaranlagen über ein intelligentes Produktions- und Energiemanagementsystem, wie beispielsweise die in der Grafik eingezeichnete gridBox. Mit solchen Systemen kann der eigene Verbrauch effizient gesenkt und die PV-Anlage einfach per App oder Website gesteuert werden. Welche Funktionen die verschiedenen Komponenten noch einnehmen, erläutern wir in unserem Artikel über den Aufbau einer Solaranlage.

 

Warum sollte ich mir eine Photovoltaikanlage installieren?

Eine Solaranlage bietet dir viele Vorteile. Sie wandelt nicht nur Sonneneinstrahlung in elektrischen Strom um.  Sie sorgt dafür, dass du umweltfreundliche und nachhaltige Energie produzierst, die du im Haushalt verwenden kannst. Du erhältst auch ein hohes Maß an Unabhängigkeit und sparst eine ganze Menge Geld. Produzierst du mehr Strom als du selber verbrauchen oder speichern kannst, kannst du die überschüssige Energie einfach gegen die sogenannte Einspeisevergütung an deinen jeweiligen Netzanbieter verkaufen. Diese liegt für 2018 errichtete Anlagen bei 12,20 Cent pro Kilowattstunde. Dies ist ein Vielfaches der Preise für Strom an den Energiebörsen. Dadurch profitierst du gleich auf mehreren Ebenen und verdienst bares Geld. Doch nach wie vielen Jahren amortisiert sich eine Solaranlage? Und mit welchen Kosten muss gerechnet werden? Das erfährst du in unserem Artikel zur Wirtschaftlichkeit.

 

Dein Beitrag zur Energiewende: Die Klimabilanz von Solaranlagen

Dass Photovoltaikanlagen mittlerweile auch ganz ohne Förderung rentabel sind, ist natürlich nur ein Argument von vielen, sich ein Sonnenkraftwerk auf dem Dach zu installieren. Entgegen weit verbreiteten Gerüchten sind Solarmodule klimaschonend und du leistest durch die Entscheidung für den Strom aus Sonnenlicht einen entscheidenden Beitrag zum Umweltschutz. Zum einen amortisiert sich die Energie, die für die Produktion der Module aufgewendet wurde, schon nach 1,5 bis 2,5 Jahren1. Bei einer normalen Lebensdauer von ca. 25 Jahren produzierst du also ein Vielfaches der Energie, die durch die Produktion verbraucht wurde. Zum anderen ist die, durch die Produktion verursachte CO2-Bilanz, mit 70-90 g CO2 pro kWh eine der besten, die heutzutage bei der Stromproduktion möglich sind. Gaskraftwerke, die häufig als klimaschonende Alternative zu Großkraftwerken angepriesen werden, haben mit ca. 450 g eine fünfmal so hohe Emission. Wie du selbst dazu beitragen kannst, die CO2-Bilanz bei der Produktion zu senken, zeigen wir dir im Artikel zur Nachhaltigkeit von Photovoltaikanlagen.

 

Was bedeutet eigentlich diese „Autarkie“?

Autark sein bedeutet, unabhängig zu sein. Unabhängig von großen Stromkonzernen und steigenden Strompreisen. Unbeteiligt an einer Stromproduktion die den Klimawandel vorantreibt. Der Begriff Autarkiegrad bezeichnet das Verhältnis aus selbstverbrauchten Solarstrom zur Gesamtmenge des verbrauchten Stroms im Haushalt. Wie viel Energie du ins Netz einspeist, spielt hier keine Rolle. Beispielsweise erreicht man durch die Verknüpfung von Solaranlage und Batteriespeicher einen realistischen Autarkiegrad von 70%, bezogen auf den Gesamtverbrauch einer vierköpfigen Familie von 4500 kWh pro Jahr. Das heißt, 3150 kWh des Stromverbrauches werden direkt durch die Solaranlage gedeckt und lediglich der Reststrom in Höhe von 1350 kWh wird vom Netz bezogen. Aber warum ist es eigentlich sinnvoll, möglichst Autark zu werden? Mehr erfährst du in unserem Ratgeber zu Eigenverbrauch, Einspeisung und Autarkie.

 

Werde ich auch Strom haben, wenn keine Sonne scheint?

Ja. Die Solaranlage und der Stromspeicher ersetzen nicht den Netzanschluss, sondern ergänzen diesen. Natürlich ist dein Haus auch weiterhin an das öffentliche Stromnetz angebunden und du kannst zu jeder Zeit Strom von deinem Stromanbieter beziehen. Durch die Nutzung deines eigenen Solarstroms benötigst du jedoch weniger Strom aus dem öffentlichen Netz und sparst damit Kosten. Hast du noch mehr Fragen, auf die du Antworten suchst, bevor du eine Photovoltaikanlage bestellst? Diese Antworten findest du in unseren FAQ dieser Blogserie.

 

1Jinqing Peng, Lin Lu, Hongxing Yang (2013), Review on lifecycle assessment of energy payback and greenhouse gas emission of solar photovoltaic systems in: Renewable and Sustainable Energy Reviews 19