Eine Photovoltaikanlage macht aus Sonnenlicht Strom – ohne Geräusche, ohne bewegliche Teile und fast ohne Wartung. Damit der Strom in deinen Steckdosen ankommt, arbeiten mehrere Bauteile zusammen: Module, Wechselrichter, Zähler und oft ein Speicher. Hier erklären wir, was jedes Teil macht, wohin der Strom fließt und wie viel eine Anlage im Laufe des Jahres erzeugt.
Der Weg des Solarstroms ist kurz: Die Module auf dem Dach erzeugen Gleichstrom, der Wechselrichter wandelt ihn um, und über den Zählerschrank gelangt er in dein Hausnetz. Was du gerade nicht brauchst, lädt den Speicher oder geht ins öffentliche Netz.
Eine Solarzelle besteht aus dünnen Siliziumschichten, die unterschiedlich behandelt sind. Trifft Licht auf die Zelle, löst es in diesen Schichten Elektronen und setzt sie in Bewegung. An der Grenze zwischen den Schichten entsteht eine Spannung, und über feine Metallkontakte fließt Gleichstrom ab. Diesen Vorgang nennt man photovoltaischen Effekt.
Eine einzelne Zelle liefert nur wenig Spannung. Deshalb sind in einem Modul viele Zellen hintereinandergeschaltet, und mehrere Module bilden zusammen einen Strang. Gute Module wandeln heute 21 bis 24 % des Sonnenlichts in Strom um. Das klingt wenig, reicht aber: Ein Einfamilienhausdach mit 22 Modulen liefert im Jahr mehr Strom, als ein typischer Haushalt verbraucht.
Die Leistung eines Moduls wird in Watt-Peak (Wp) angegeben. Das ist die Leistung unter genormten Testbedingungen, nicht die Leistung an jedem Tag. Unsere Module haben 475 Wp, 22 Stück ergeben also 10,45 kWp. Was hinter dieser Angabe steckt, erklären wir im Beitrag zur Bedeutung der Solarmodulleistung.
Bei den Zellen haben sich mehrere Techniken durchgesetzt. Am weitesten verbreitet sind heute TOPCon-Zellen. Daneben gibt es Heterojunction-Zellen mit sehr gutem Verhalten bei Hitze und Back-Contact-Zellen, bei denen alle Kontakte auf der Rückseite liegen. Mehr zu einer dieser Techniken liest du im Beitrag über HJT-Solarmodule.
Der Wechselrichter ist das Herz der Anlage. Er wandelt den Gleichstrom der Module in Wechselstrom mit 230 Volt um und sucht ständig den Punkt, an dem die Module die meiste Leistung liefern. Bei Anlagen mit Speicher kommt meist ein Hybridwechselrichter zum Einsatz, der auch die Batterie lädt und entlädt. Bei verschatteten Dächern helfen Leistungsoptimierer an einzelnen Modulen.
Ein Stromspeicher nimmt den Überschuss vom Mittag auf und gibt ihn abends und nachts wieder ab. Heute werden fast nur noch Lithium-Eisenphosphat-Akkus (LFP) verbaut. Sie gelten als sicher und halten viele tausend Ladezyklen.
Ein Zweirichtungszähler misst getrennt, wie viel Strom du aus dem Netz beziehst und wie viel du einspeist. Bei größeren Anlagen ist das ein intelligenter Zähler (Smart Meter). Ein Energiemanagementsystem kann zusätzlich Verbraucher wie Wallbox oder Wärmepumpe dann einschalten, wenn viel Solarstrom da ist. Zusammen mit einem dynamischen Stromtarif lässt sich der Speicher sogar mit günstigem Netzstrom laden – wie das geht, erklärt unser Beitrag zu dynamischen Stromtarifen.
Schienen und Dachhaken halten die Module auch bei Sturm und Schnee sicher am Dach. Im Haus verbinden Kabel, Schutzschalter und Überspannungsschutz die Anlage mit dem Zählerschrank. Warum eine saubere Elektroinstallation die Grundlage jeder Solaranlage ist, haben wir in einem eigenen Beitrag beschrieben.
Die Anlage verteilt den Strom automatisch in einer festen Reihenfolge:
Abends läuft es umgekehrt: Zuerst liefert der Speicher, erst wenn er leer ist, kommt Strom aus dem Netz. Zwei Begriffe helfen beim Vergleich: Der Eigenverbrauch ist der Anteil des Solarstroms, den du selbst nutzt. Die Autarkie ist der Anteil deines Verbrauchs, den die Anlage deckt.
Eine PV-Anlage läuft auch ohne Speicher. Der Speicher ist kein Muss, er erhöht aber deinen Eigenverbrauch deutlich, weil du den Strom vom Tag auch am Abend nutzen kannst.
In Deutschland erzeugt jedes Kilowatt-Peak Leistung im Durchschnitt rund 1.000 kWh Strom im Jahr, in NRW etwas weniger. Wie viel es genau ist, hängt von Ausrichtung, Neigung und Verschattung ab. Wie du das für dein Dach einschätzt, zeigt unser Ratgeber PV-Anlage planen.
Über das Jahr schwankt der Ertrag stark. Den größten Teil erzeugt die Anlage von April bis August. In den vier Wintermonaten November bis Februar kamen 2020 dagegen nur rund 12 % des Jahresertrags zusammen (Hochschule Trier, Umwelt-Campus Birkenfeld). Im Dezember liefert eine Anlage oft nur ein Zehntel dessen, was sie im Juni schafft.
Auch bei bedecktem Himmel erzeugen die Module Strom, weil sie das gestreute Licht nutzen. Hitze mag eine Solarzelle dagegen nicht: Je wärmer sie wird, desto weniger Leistung liefert sie. Deshalb bringen klare, kühle Frühlingstage oft Rekordwerte. Schnee rutscht von geneigten Dächern meist von selbst ab, sobald die Sonne die Module erwärmt.
Eine normale Anlage schaltet sich bei einem Stromausfall sofort ab. So schützt sie die Techniker, die am Netz arbeiten. Willst du auch bei Netzausfall Strom haben, brauchst du einen passenden Wechselrichter mit Speicher und eine Umschaltung. Es gibt zwei Varianten:
Eine PV-Anlage braucht wenig Pflege. Regen reinigt geneigte Module meist ausreichend. Sinnvoll sind ein Blick in die App, um Ausfälle früh zu bemerken, und eine regelmäßige Prüfung der Elektrik durch einen Fachbetrieb.
Module verlieren nur langsam an Leistung. Viele Hersteller garantieren nach 25 bis 30 Jahren noch 80 bis 90 % der Anfangsleistung. Der Wechselrichter muss im Leben einer Anlage meist einmal ersetzt werden.
Beide nutzen die Sonne, aber für unterschiedliche Zwecke: Photovoltaik erzeugt Strom, Solarthermie erwärmt Wasser für Dusche und Heizung. Weil sich Solarstrom vielseitiger nutzen lässt – auch für eine Wärmepumpe oder einen Heizstab –, entscheiden sich heute die meisten Hausbesitzer für Photovoltaik. Den Vergleich findest du im Beitrag Solarthermie: Was ist das und welche Alternative gibt es?
Was eine Anlage in deiner Größe kostet, zeigt unser Ratgeber Was kostet eine PV-Anlage?.
Damit wir noch besser auf deine Bedürfnisse eingehen können