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Solarstrom: Nachhaltig den eigenen Energiebedarf sichern

Solarstrom : Nachhaltig den eigenen Energiebedarf sichern

Es ist ein wiederkehrendes Ärgernis: der jährliche Strompreisanstieg. Um die Stromkosten zu senken, kann der Energiebedarf mithilfe einer Photovoltaikanlage gedeckt werden. Der alternative Strom macht unabhängig, befreit von den Netzbetreibern und ist schonend zur Umwelt.

Photovoltaik: Herkunft und Funktionsweise

Die Bezeichnung Photovoltaik setzt sich aus dem griechischen Wort »phos« für Licht und der Einheitsbezeichnung für elektrische Spannung, dem »Volt« zusammen. Es steht für die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom mittels Solarzellen. Der Grundstein des Vorgangs wurde bereits im frühen neunzehnten Jahrhundert gelegt: Mit seinem Vater stieß der französische Physiker Alexandre Becquerel auf die Entdeckung, dass Elektroden eine Spannung erzeugen, wenn sie belichtet werden. Der Vorgang ist heute als Photoeffekt oder auch Becquerel-Effekt bekannt.
Da die Stromerzeugung in den Solarzellen einer Photovoltaikanlage stattfindet, bilden sie den Kern jeder Anlage. Sie sind die blauen oder schwarzen Module, die großflächig auf den Dächern oder an den Häuserfassaden angebracht werden. Eine einzelne Zelle besteht aus verschiedenen Halbleitermaterialien, die durch eine Wärme- oder Lichtzufuhr Strom weiterleiten können. Der Großteil der Materialien besteht aus dem chemischen Element Silizium, einem klassischen Halbmetall, das die Eigenschaft von Metallen und Nichtmetallen vereint. Der Grund: Als zweithäufigstes Element der Erdrinde ist es in Massen vorhanden und lässt sich zudem umweltverträglich verarbeiten.
Sobald Sonnenenergie auf eine Silizium-Solarzelle trifft, wird ihre Energie im Rahmen des photovoltaischen Prozesses in elektrische Energie umgewandelt: Gleichstrom entsteht. Er fließt durch verschiedene Leitungen, bis er schließlich mithilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt wird. Anschließend gibt es drei Möglichkeiten, den Strom zu nutzen:

  • eine direkte Nutzung im Haushalt
  • eine Einspeisung ins öffentliche Stromnetz
  • eine Zwischenlagerung im Solarspeicher.

Eine Kostenübersicht

Der eigene Solarstrom macht unabhängiger. Trotzdem stellt sich die Frage: Lohnt sich der Kauf einer Photovoltaikanlage? Die Bundesrepublik jedenfalls setzt sich für ein Plus an erneuerbaren Energien ein. 2020 verabschiedete der Bundestag das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), das unter anderem auch größere Anlagen von der Ökosteuer befreit und zudem eine Einspeisevergütung garantiert.
Im Bereich der Photovoltaikanlage bezeichnet die Ökosteuer die Einkommenssteuer, die anfällt, wenn ein Übermaß der eigenen Solarenergie an das öffentliche Stromnetz verkauft wird. Die Steuerbefreiung gilt für Anlagen mit einer Leistung bis zu 10 Kilowatt-Peak (kWp). Ein Kilowatt-Peak erzeugt rund 1000 Kilowattstunden (kWh) im Jahr. Zum Vergleich: Bei einem Einfamilienhaus liegt der jährliche Stromverbrauch im Durchschnitt bei 4500 bis 6000 kWh. Seit kurzem ist jedoch auch eine Steuerbefreiung für Großanlagen bis zu 30 kWp im Gespräch.
Wird der eigene Solarstrom an den Netzbetreiber verkauft, ist dieser gesetzlich zu einer Einspeisevergütung verpflichtet. Sie beträgt derzeit über 8 Cent pro kWh und ist dabei für 20 Jahre garantiert. Das bedeutet ein gesichertes Einkommen aus dem Solarstrom, der nach der einmaligen Installation kaum noch eigene Kosten verursacht.
Ein weiteres Kostenersparnis ergibt sich aus dem Eigenverbrauch. Je mehr Strom aus dem Solarbetrieb genutzt wird, desto weniger muss aus dem öffentlichen Stromnetzwerk bezogen werden. Hierbei werden durchschnittlich 25 Cent pro Kilowatt gespart - und das Ersparnis steigt mit jeder Strompreiserhöhung. Im Gesamten ergibt sich durch einer Photovoltaikanlage eine langfristige Rendite von mindestens 4 Prozent. Mit der richtigen Vorgehensweise können aber auch Renditen von 10 Prozent oder mehr erwirtschaftet werden.

Solarstrom bei Dunkelheit: Die Angst vor dem Winter

Im Winter besitzt die Sonne eine geringere Strahlkraft und ist nur wenige Stunden am Himmel zu sehen. Obwohl Frühling und Sommer den größten Ertrag an Solarenergie sichern, ist die dunkle Jahreszeit trotzdem nicht zu unterschätzen. Durchschnittlich können Herbst und Winter bis zu 35 Prozent des Eigenverbrauchs decken. Eine Erhöhung auf bis zu 80 Prozent machen Stromspeicher möglich.
Stromspeicher sind ganzjährig rentabel, denn sie sorgen dafür, dass der Solarstrom dann zur Verfügung steht, wenn er gebraucht wird. Ob am Abend, in der Nacht oder an bewölkten Tagen - Speicher sichern eine stetige Energiezufuhr. Sie funktionieren ähnlich wie die Akkus einer Autobatterie: Beim Aufladen wird die elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Wird der Strom benötigt, findet eine erneute Umwandlung von der chemischen zur elektrischen Energie statt.
Die Auswahl an Stromspeichern ist groß, im Bereich der Photovoltaikanlagen haben sich jedoch hauptsächlich zwei Speicherarten durchgesetzt.

Der organische Speicher

Hierzu zählt der Wasserstoff-Speicher. Wasserstoff ist ein ungiftiges, geruchloses Gas und besonders hoher Energieträger. Mit dem überflüssigen Solarstrom wird Wasserstoff produziert und in einem Tanksystem zwischengelagert. Die Speicherung kann dabei auf mittlerer, aber auch langfristiger Sicht erfolgen. Im Sommer eingespeister Strom kann so erst im Winter genutzt werden.

Der anorganische Speicher

Hierzu zählen Blei-Akkus und Lithium-Ionen-Akkus. Beide haben ein ähnliches Speicherverhalten und unterscheiden sich vorrangig in der Art ihres Ladungsträgers. Da Blei-Akkus eine kürzere Haltbarkeit besitzen, haben sich vor allem Lithium-Ionen-Batterien durchgesetzt. Sie können auf kleinstem Raum viel Solarstrom speichern und sind derzeit die meistgenutzte Speicherart.
Neben den verschiedenen Speicherarten gibt es auch noch zwei verschiedene Systeme. Sie bestimmen, an welchem Punkt der Solaranlage der Speicher angebracht ist. Das sogenannte AC-System (alternating current) arbeitet mit Wechselstrom und ist deshalb hinter dem Wechselrichter angebracht. Das DC-System (direct current) hingegen befindet sich vor dem Wechselrichter, um den Gleichstrom zu speichern. Da AC-Systeme den Wechselstrom erst wieder in Gleichstrom umwandeln, arbeiten sie mit Energieverlusten. Bei der Installation von Photovoltaikanlagen werden deshalb meist DC-Systeme verbaut.

Warum Solarenergie wichtig ist und immer wichtiger wird

Der Deutsche Bundestag hat im Klimaschutzgesetz ein neues Minderungsziel festgelegt: Bis 2030 soll die Treibhausgasemission um 65 Prozent gegenüber des Jahres 1990 reduziert werden. Damit wurde die Prozentzahl angehoben, denn bis zur Neuerung 2021 galt lediglich ein Minderungsziel von 55 Prozent. Doch die Erde wandelt sich und Klimaschutz ist dringender denn je. Unerlässlich bei der Energiewende ist die Abwendung von der herkömmlichen Stromgewinnung hin zur alternativen Gewinnung aus erneuerbaren Energien, wie die aktuelle Studie des Umweltbundesamts belegt. Zwar benötigt die Herstellung von Photovoltaikanlagen viel Energie, doch einmal in Gebrauch, verursacht sie keine Emissionen. Die Ökobilanz von Photovoltaik und der vergleichbaren Solarthermie ist deshalb grundlegend positiv. Und sie wird sich noch bessern, da die Solarmodule immer weiter ausgebaut und effizienter gestaltet werden.

Die Vorteile der eigenen Photovoltaikanlage

Die Produktion des eigenen Solarstroms senkt nicht nur die jährlichen Stromkosten, sondern macht auch unabhängiger. Optionale Zwischenspeicher sichern den Strom auch an dunklen Tagen und in der Nacht. Photovoltaikanlagen senken nachweislich die Treibhausgasemission, sind nachhaltig und stellen deshalb die Zukunft der Energiegewinnung dar.

(vo)