Photovoltaik: Der grosse Ratgeber

Wussten Sie schon? Wenn man auf allen Gebäuden der Schweiz Photovoltaikanlagen anbringen würde, würde insgesamt mehr Strom produziert werden, als alle Verbraucher zusammen benötigen. In den letzten Jahren ist enorm viel im Bereich der Photovoltaik-Technik passiert – sowohl was die Preise als auch die Effizienz und Langlebigkeit der Solarzellen betrifft. Für uns Grund genug, Ihnen diesen umfangreichen Ratgeber zusammenzustellen. Das Thema könnte auch aufgrund der Energiekrise und ständig steigender Preise sehr interessant für Sie sein.

• Was ist Photovoltaik und wie unterscheidet es sich von einer Solaranlage?
• Wie hat sich Photovoltaik entwickelt?
• Die Kosten für Photovoltaikanlagen haben sich drastisch reduziert
• Photovoltaik: Die Technik
• Wie sieht es mit dem Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen aus?
• Die verschiedenen Arten von Photovoltaikanlagen
• Photovoltaikanlage mit Stromspeicher: Grösstmögliche Unabhängigkeit
• Hersteller von Solarzellen in der Schweiz
• FAQ zum Thema Photovoltaik in der Schweiz

Was ist Photovoltaik und wie unterscheidet es sich von einer Solaranlage?

Photovoltaik ist der Vorgang, bei dem die in einer Solaranlage verbauten Solarzellen, Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln. Im Allgemeinen werden die Begriffe Photovoltaik und Solarenergie(anlage) aber gleichbedeutend verwendet.

In den meisten Fällen werden Photovoltaikanlagen an Schrägdächern oder auch auf grossen Bodenfläche aufgestellt. Es gibt aber auch spezielle Anlagen für die Fassade.

Wie hat sich Photovoltaik entwickelt?

Zwischen 2005 und 2020 stieg die Leistung von 4 auf rund 850 Terawattstunden (TWh). Es wird erwartet, dass die Leistung exponentiell bis 2030 auf 10’000 Terawattstunden und bis 2050 auf 30’000 bis 70’000 Terawattstunden ansteigen wird. (Quelle: Science.org)

Dabei wird die Technik an sich wohl Silicium basiert bleiben. Der Stoff ist bewährt und praktisch (fast) endlos verfügbar. Silicium ist das zweithäufigste chemische Element nach Sauerstoff auf unserer Erde.

Die Kosten für Photovoltaikanlagen haben sich drastisch reduziert

Viele gehen immer noch davon aus, dass Photovoltaikanlagen teuer sind und sich erst nach 30 Jahren rechnen. Dem ist keinesfalls so. Allein zwischen 2011 und 2017 fielen die Preise um 75 Prozent und die Technik zur Herstellung wurde immer weiter optimiert. Photovoltaik ist also so günstig wie nie zuvor und rechnet sich je nach Anlage bereits nach 10 bis 15 Jahren.

Es gibt Solaranlagen in Saudi-Arabien, die ihren Strom bereits für unglaubliche 1,04 US-Cent/Kilowattstunde abgeben können. In Abu Dhabi kann Strom für 1,35 US-Cent/ Kilowattstunde verkauft werden. Natürlich sind die Bedingungen in der Schweiz nicht ganz so ideal wie im Nahen Osten, aber dennoch können beachtliche Ergebnisse erzielt werden.

Durch staatliche Förderungen ist Photovoltaik in der Schweiz besonders attraktiv

Die umfangreichen Fördermittel, die die Schweiz für den Aufbau von mehr Solartechnik zur Verfügung stellt, machen eine Investition in die Zukunft zudem interessant. Auch Kantone und Gemeinden unterstützen Hausbesitzer finanziell.

Zum einen gibt es für Photovoltaikanlagen die Einmalvergütung vom Staat. Hinzu kommen Fördermittel für Solarwärme der Kantone und Gemeinden. Einige Kantone, wie Thurgau und Schaffhausen fördern zudem Batteriespeicher. Nicht zu vernachlässigen ist auch die steuerliche Abzugsfähigkeit der Investitionskosten.

Wenn Sie mehr zum Thema Förderung erfahren möchten, legen wir Ihnen unseren Photovoltaik-Förderratgeber ans Herz.

Photovoltaik: Die Technik

Wie bereits eingangs erwähnt, ist Photovoltaik die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Bei diesem Vorgang wird zunächst Gleichstrom produziert, der dann mithilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt wird.

Solarzellen und ihre Funktionsweise

Solarzellen bestehen aus Halbleitern, die aus Silicium hergestellt werden. Diese Halbleiter haben die Fähigkeit, Lichtenergie in Strom umzuwandeln. Die auf die Halbleiter auftreffenden Lichtteilchen (Photonen) bewirken eine Anhebung des Energieniveaus der darin enthaltenen Elektronen. Die hochenergetischen Elektronen bewegen sich im Halbleiter hin und her. Durch die Anordnung der Halbleiter erfolgt eine Trennung der Ladungen und Strom entsteht. Dieser wird an Kontaktstellen gesammelt und an die Steuerung weitergeleitet.

Auch wenn Solarzellen im Inneren fast immer aus Silicium bestehen, gibt es dennoch verschiedene Arten und Produktionsverfahren. Bei Dünnschichtzellen werden nur ein Mikrometer dicke Halbleiterschichten auf Glas aufgedampft.

Bei Tandemzellen werden verschieden behandelte Siliciumkristalle eingesetzt und innerhalb einer Solarzelle kombiniert.

Eine vollkommen neue Art von Solarzellen sind die sogenannten Grätzel-Solarzellen, die in Lausanne entwickelt wurden. Hier wird kein Silicium, sondern organische Farbstoffe für die Stromgewinnung eingesetzt. Weitere Forschungen gehen zudem vollkommen neue Wege, um die Solarzellen zukünftig noch effizienter zu machen.

Solarzellen aus Glas oder Kunststoff

Man kann Solarzellen in Glas oder Kunststoff einbetten, um sie vor Einflüssen der Umwelt zu schützen. Standardmodule mit etwa 50 bis 60 Solarzellen erreichen bei einer Grösse von knapp 2 Quadratmeter eine Leistung von bis zu 400 Watt.

Wie sieht es mit dem Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen aus?

Der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage beruht auf diesen Faktoren: - Verwendete Technologie der Solarzellen - Einbettung in Glas oder Kunststoff - Konfiguration der Zellen (Abstand der Zellen zueinander innerhalb eines Moduls) - Aufstellungsort – insbesondere Ausrichtung und Neigungswinkel

Von der aufgenommenen Energie können mit heutiger Technik rund 20 Prozent der Energie in Strom umgewandelt werden. Durch die Verkabelung und den Wechselrichter geht allerdings weitere Energie verloren, sodass am Ende rund 15 Prozent Effizienz entstehen.

Die Leistung von Solarmodulen wird in Watt gemessen. Bei Photovoltaikanlagen sieht man häufiger auch die Angabe Watt Peak (Wp). Watt Peak gibt demnach die maximal mögliche Leistung der Anlage an, was eine Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Solaranlagen erleichtert.

Ausrichtung und Neigungswinkel einer Photovoltaikanlage

Die beste Stromausbeute erreicht man mit einem um 30° geneigten Dach, das genau nach Süden ausgerichtet ist. Bei jeder Abweichung von diesen Werten muss man mit Einbüssen rechnen.

Eine leichte Ausrichtung nach Ost oder West hat weniger Einfluss auf die Effizienz als eine Abweichung in der Neigung. Im Vergleich zu einer Solaranlage an der Fassade muss man auf dem Dach zudem mit weniger Beschattungen (zum Beispiel durch Bäume) rechnen.

Es kommt selbst auf Ihren Wohnort in der Schweiz an. Wenn Sie in einer Höhenlage leben, ist die Ausbeute grösser als in Tälern. Wenn Sie in oder um Sion leben, können Sie sich auf die landesweit höchste Ausbeute Ihrer Photovoltaikanlage freuen.

Einen nicht unerheblichen Einfluss hat auch die Qualität der Solarzellen. Eine preiswerte Anlage aus dem Baumarkt kann keinesfalls die Leistung einer professionell installierten Solaranlage haben, die mit Glas-Glas-Modulen arbeitet.

Die verschiedenen Arten von Photovoltaikanlagen

Im Grunde unterscheidet man drei verschiedene Arten von Photovoltaikanlagen, je nachdem wo und wie sie angebracht sind:

1. Schräg angebrachte Solaranlagen (zum Beispiel auf einem Schrägdach)

Die vermutlich bekannteste Form von Solaranlagen ist die, die an schrägen Dächern angebracht wird. Man kann, um den optimalen Einfallswinkel zu erreichen, aber auch durchaus eine Solaranlage schräg an einem Hausvorbau oder auf dem Boden installieren.

2. Horizontal flach angebrachte Solaranlagen (zum Beispiel auf einem Flachdach)

Vom Platz her bieten sich oft Flachdächer oder Dächer von Garagen und Carports für die Anbringung einer Photovoltaikanlage an. Man muss sich allerdings darüber im Klaren sein, dass hier die Energieausbeute meist nur 90 Prozent beträgt. Auf dem Boden werden Solarzellen meist an Schrägen installiert und nicht nur flach auf dem Boden angebracht.

3. Vertikal flach angebrachte Photovoltaikanlagen (zum Beispiel an der Fassade)

Häufig bietet die Fassade viel Platz für die Anbringung einer Solaranlage. Vertikal kann man aber auch Schallschutzwände, Balkone oder Sichtschutzwände mit Solarzellen eindecken. Die Ausbeute beginnt hier allerdings bei nur rund 70 Prozent im Vergleich zu einer Schrägdachanbringung (Süden, 30°). Wir haben Ihnen zum Thema Solar-Fassade einen umfangreichen Ratgeber zusammengestellt. Schauen Sie bei Interesse gerne einmal hinein.

Fassaden-Anlagen haben aber auch einige Vorteile. Im Winter sind sie nicht von Schnee bedeckt. Vogelausscheidungen, Laub und Schmutz können sich nicht so leicht absetzen und die Effizienz beeinträchtigen. Auch lassen sich die Solarmodule leichter reinigen, da man nicht aufs Dach klettern muss, was am Ende die Kosten reduziert.

Photovoltaikanlage mit Stromspeicher: Grösstmögliche Unabhängigkeit

Tagsüber scheint die Sonne und die Solaranlage produziert eifrig Strom, den Sie aber eigentlich abends und nachts benötigen.

In der Folge speisen Sie den überschüssigen Strom in das öffentliche Netz ein, wofür Sie eine Entschädigung erhalten (siehe Bild, schwarz-weisser Kreislauf). Nachts hingegen müssen Sie den Strom von Ihrem Versorger für höhere Gebühren wieder einkaufen.

Mit einem Energiespeicher könnten Sie einen Teil der gewonnenen Energie speichern und während des Abends und der Nacht nutzen (siehe Bild, blauer Kreislauf). Dadurch müssen Sie weniger Strom dazukaufen.

Verschiedene Arten der Stromspeicherung

Auf technischer Ebene gibt es verschiedene Arten von Energiespeichern. Zunächst einmal ist bei jeder Solaranlage ein Wechselrichter notwendig. Er steuert zum einen die gesamte Solaranlage und wandelt den dort produzierten Gleichstrom in Wechselstrom um.

Die verschiedenen Batteriesysteme werden durch ihre Systembestandteile unterschieden. Bei AC-Systemen (Batteriewechselrichtern – siehe Abbildung, Variante 3) kann nur die Batterie angeschlossen werden. Bei DC-Systemen (Hybridsystemen – siehe Abbildung, Variante 1 und 2) sowohl die Batterie als auch der Wechselrichter. Bei DC-Systemen unterscheidet man dann noch einmal zwischen Systemen, die nur über die Solaranlage gespeist und Systemen, die auch über den Hausstrom aufgeladen werden können.

Beide Systeme haben ihre Vor- und Nachteile. Die bei Ofri angeschlossenen Fachbetriebe beraten Sie hierzu natürlich gerne. Holen Sie sich zur Kontaktaufnahme einfach eine kostenlose Offertenanfrage ein.

Die Tesla Powerwall

Der bekannte Autohersteller Tesla hat eine Batterie auf Lithium-Ionenbasis entwickelt, die als Speichermedium im Haushalt oder auch gewerblich eingesetzt werden kann. Die Kapazität beträgt rund 13.5 Kilowattstunden. Die Tesla Powerwall verfügt zudem über eine eigene Steuerung und Datenverbindung zu Smart Home Geräten. Es können bis zu 10 Powerwalls miteinander kombiniert werden. Inklusive Installation müssen Sie hier mit rund CHF 18’000.- bis CHF 20’000.- rechnen.

Tesla bietet übrigens ein ganzes Solarsystem - das sogenannte Tesla Solar Roof- an. Von den Solarmodulen bis zur Stromspeicherung finden Sie hier alles.

Salzspeicher: Die nachhaltige Alternative

Verhältnismässig neu auf dem Markt sind sogenannte Salzwasserspeicher, die zu 100 Prozent aus nachhaltigen Materialien hergestellt werden, allerdings auch sehr viel Platz benötigen. Die auf Natrium-Ionen-Technologie beruhenden Stromspeicher können bis zu 5’000-mal aufgeladen und entladen werden, was einer Nutzungsdauer von rund 15 Jahren entspricht.

Hersteller von Solarzellen in der Schweiz

Zu den grössten Herstellern von hochwertigen Solarmodulen, die auch in der Schweiz erhältlich sind, gehören die Schweizer Firma Meyer-Burger, die deutschen Unternehmen Solarwatt und Q Cells, LG Solar und Hyundai aus Südkorea, SunPower aus den USA und Panasonic aus Japan.

FAQ zum Thema Photovoltaik in der Schweiz

Hier haben wir Ihnen die wichtigsten Fragen und Antworten zum Thema Photovoltaik zusammengestellt.

Lohnt sich eine Photovoltaikanlage in der Schweiz wirklich?

Die Sonne scheint vollkommen kostenlos. Und durch die immer weiter fallenden Preise für die Solarmodule pro erzeugten Watt Strom (von rund CHF 12.- im Jahr 2000 auf unter CHF 2.- im Jahr 2020) wird Photovoltaik immer attraktiver. Nicht vergessen darf man auch den Umweltfaktor, denn Sonnenenergie ist emissionsfrei.

Wie lange dauert es, bis sich eine Photovoltaikanlage bezahlt gemacht hat?

Durch die extrem gefallenen Preise ist eine Solaranlage bereits nach 10 bis 15 Jahren rentabel. Die heutige Technik hat eine Lebensdauer von rund 25 Jahren. Dies bedeutet, dass Sie 10 bis 15 Jahre lang (fast) komplett kostenlos ihren Strom beziehen können.

Laut swissinfo.ch beträgt die durchschnittliche Stromrechnung eines Schweizer Haushalts CHF 124.- / Monat oder rund CHF 1’480.- im Jahr. Bei 10 Jahren praktisch kostenlosem Betrieb sparen Sie (nach der Amortisation) demnach rund CHF 15’000.-. Das sollte ein ordentlicher Anreiz sein!

Wie sieht die Energiebilanz von Solarzellen aus?

Laut einer Studie des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) liegt der sogenannte Erntefaktor von Solarzellen bei rund dem Zehnfachen. Dies bedeutet, dass Solarzellen rund das Zehnfache an Energie produzieren, als für deren Herstellung und Entsorgung aufgewendet wird (inklusive aller Teile, der Installation und dem Recycling).

Wie Sie sicher wissen, können Sie sich stets auf die bei uns vertretenen Fachfirmen verlassen. Lassen Sie sich doch einfach ein vollkommen unverbindliches Angebot unterbreiten und stellen Sie hier eine Anfrage auf Ofri. Auf diese Weise wissen Sie genau, was bei Ihnen möglich ist und mit welchen Kosten Sie am Ende zu rechnen haben.