Solarthermie und Photovoltaik nutzen die Kraft der Sonne zweifach. Indem sie die Sonnenenergie in Wärme und Strom umwandeln, unterstützen sie die Verbraucher beim Klimaschutz – und beim Geldsparen.
Die Kraft der Sonne lässt sich zweifach für die private Energiegewinnung nutzen. Zum einen lässt sich die Sonnenstrahlung mittels einer Photovoltaikanlage in elektrischen Strom umwandeln, der zum Beispiel Haushaltsgeräte, Lampen, Fernseher und Computer mit Energie versorgt. Zum anderen nutzt die Solarthermie die Sonnenstrahlen, um Warmwasser und Heizungswärme zu erzeugen. Mit beiden Formen der Sonnenenergie können Verbraucher Geld sparen – und das auf umweltfreundliche Art.
So funktioniert Photovoltaik
Eine Photovoltaikanlage (PV-Anlage) besteht aus Solarmodulen, die sich meist auf dem Hausdach befinden, einem Kabelsystem, dem Wechselrichter, einem Anschluss an das öffentliche Stromnetz, einem Zweirichtungszähler und gegebenenfalls einem Speicher. Die Solarzellen in den Modulen erzeugen aus der Energie der Sonne Gleichstrom mit hoher Spannung. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in den gebräuchlichen Wechselstrom um, der elektrische Geräte über die Stromleitungen mit Energie versorgt. Nicht verbrauchter Strom wird entweder in das öffentliche Stromnetz eingespeist oder – falls vorhanden – in einen Batteriespeicher geladen (Preise ab 6.000 Euro). Der Zweirichtungszähler misst, wie viel Strom ins öffentliche Netz eingespeist und wie viel daraus entnommen wurde.
Solarstrom ins Netz einspeisen
Der Deckungsgrad einer Photovoltaikanlage liegt, vereinfacht gesagt, tagsüber
bei mehr als 100 Prozent, nachts bei null. Tatsächlich wird der tagsüber erzeugte Solarstrom in der Regel nicht direkt verbraucht und deshalb gegen eine Vergütung von derzeit (April 2020) etwa 9,40 Cent pro Kilowattstunde in das öffentliche Stromnetz eingespeist.
Scheint die Sonne nicht und wird kein Solarstrom erzeugt, geht der Weg andersherum: Strom aus dem öffentlichen Netz fließt in den private Stromkreislauf – zu einem Preis von etwa 29 Cent pro Kilowattstunde. Ist die PV-Anlage an einen Batteriespeicher angeschlossen, kann der Strom, der nicht unmittelbar verbraucht wird, zu einem späteren Zeitpunkt – abends oder nachts beispielsweise zum Aufladen des Elektroautos – genutzt werden. Verbunden mit einem Speicher
können rund 60 Prozent des selbst erzeugten Solarstromes für den eigenen Haushalt verwendet werden.
Solarzellen erreichen einen Wirkungsgrad von bis zu 24 Prozent, fast ein Viertel der Strahlenenergie der Sonne wird also in elektrischen Strom umgewandelt. Daneben existiert noch die Messgröße des Anlagenwirkungsgrades oder Performance Ratio. Sie gibt an, welchen Ertrag eine Anlage tatsächlich erzielt, und vergleicht ihn mit dem maximal erreichbaren. Bei heutigen Photovoltaikanlagen liegt dieser Wert bei 65 bis 75 Prozent.
Drei Fakten über Photovoltaikanlagen
Ob Neubau oder Bestandsgebäude – die meisten Häuser eignen sich für die Installation einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage).
1. Gebäude
Um die größte Ausbeute zu erzielen, sollte die Dachseite mit der Solaranlage in
einer Neigung von 30 bis 35 Grad nach Süden ausgerichtet sein. Ist das Dach nach Osten und Westen ausgerichtet, beginnt die Stromproduktion früher am Tag und dauert länger bei geringerer Gesamtausbeute.
2. Größe
Eine mit Solarmodulen bedeckte Fläche auf dem eigenen Dach von 30 m² reicht aus, um den Strom-Eigenverbrauch an einer vierköpfigen Familie (ca. 4.500 kWh) zu decken.
3. Kosten
Eine durchschnittlich dimensionierte PV-Anlage für ein Einfamilienhaus kostet in der Anschaffung ab etwa 8.000 Euro. Die Betriebskosten einer Solaranlage liegen bei einem Prozent der Anschaffungskosten pro Jahr. Die Reinigung der PV-Module wird alle ein bis zwei Jahre empfohlen. Kosten: ca. 2,50 Euro pro m².
So funktioniert Solarthermie
Eine Solarthermieanlage wandelt die Strahlungsenergie der Sonne in Wärme um, mit der Haushalte ihr Trinkwasser erhitzen oder ihre Heizung betreiben können. Eine Solarthermieanlage setzt sich aus den Solarkollektoren, die meistens auf dem Hausdach installiert werden, einer Pumpe, einem Rohrsystem und einem sogenannten Pufferspeicher zusammen.
Kollektoren sammeln die Sonnenenergie und erhitzen damit eine Flüssigkeit auf bis zu 95 Grad. Verbraucher können zwischen Flachkollektoren und teureren, aber effizienteren Vakuumröhrenkollektoren wählen.
Eine Pumpe befördert die Wärmeträgerflüssigkeit durch das Rohrsystem in den Pufferspeicher. Über einen Wärmetauscher erwärmt die Flüssigkeit das im Speicher enthaltene Wasser.
Warmwasserbereitung dank Sonnenenergie
Wird die Solarthermieanlage nur für die Warmwassergewinnung eingesetzt, erreicht sie einen Deckungsgrad von 50 bis 60 Prozent. Das heißt, über das Jahr gerechnet liefert sie rund die Hälfte des benötigten Warmwassers. Soll zusätzlich die Heizung durch die Solarthermieanlage unterstützt werden, liegt der Deckungsgrad bei bis zu 30 Prozent, abhängig auch von der Wärmedämmung des zu heizenden Gebäudes.
Vom Deckungsgrad ist der Wirkungsgrad zu unterscheiden. Er beschreibt, welcher Anteil der eingesetzten Energie, im Fall der Solarthermieanlage die eingefangene Strahlungsenergie der Sonne, für den vorgesehenen Zweck – Warmwasser – tatsächlich genutzt wird. Hier erreichen moderne Solarthermieanlagen eine Quote von 50 Prozent.
Vier Fakten über Solarthermie
Solarthermieanlagen zum Erzeugen von Warmwasser und zur Heizungsunterstützung entlasten die Umwelt – und den Geldbeutel.
1. Gebäude
Wenn die Solarthermie bloß der Warmwasseraufbereitung dient, sollte auch hierbei das Dach nach Süden ausgerichtet sein und die Dachneigung 30 bis höchstens 50 Grad betragen. Unterstützt sie die Heizung, empfiehlt sich eine Neigung zwischen 45 und 70 Grad.
2. Größe
Für den Warmwasserbedarf einer vierköpfigen Familie reicht eine Kollektorfläche von etwa 6 m². Für die Heizungsunterstützung muss die Anlage größer sein. Bei 30 Prozent Unterstützungsbeitrag ist mit etwa 1 bis 1,5 m² Kollektorfläche pro 5 m² Wohnfläche zu rechnen.
3. Kollektoren
Bei Solarthermieanlagen mit Flachkollektoren liegen die Röhren mit der zu erhitzenden Flüssigkeit in Schlangenlinien hinter dem flachen Wärmeabsorber. Beim Vakuumröhrenkollektor ist jede Röhre von einem Absorber ummantelt, was zu höheren Temperaturen (bis zu 150 Grad Celsius) und mehr Effizienz bei der Warmwasserbereitung führt.
4. Kosten
Vakuumröhrenkollektoren kosten etwa 500 Euro / m², Flachkollektoren die Hälfte. Der Pufferspeicher kostet im mittleren Preissegment 1.500 Euro. Mit Rohrsystem und Montage kommt man bei einer Kombianlage auf ungefähr 10.000 bis 11.000 Euro.
So wird Sonnenenergie staatlich gefördert
Wenn Photovoltaik und Solarthermie auch unterschiedlich funktionieren und verschiedenen Zwecken dienen, so weisen sie doch einige Gemeinsamkeiten auf. Die erste ist augenfällig: Beide Systeme werden für gewöhnlich auf dem Hausdach installiert. Auf den ersten Blick sind Kollektoren (für Solarthermie) und Module (für Photovoltaik) auch gar nicht so leicht voneinander zu unterscheiden.
Die zweite Gemeinsamkeit besteht darin, dass der Staat den Kauf und die Installation einer Anlage finanziell fördert. Für eine Solarthermieanlage zum Beispiel gibt es vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle einen Zuschuss von bis zu 30 Prozent der Anschaffungskosten.
Die KfW-Bankengruppe unterstützt die Installation mit zinsgünstigen Krediten. Und wer die Frist für die Beantragung von Fördergeld verpasst hat, kann immer noch die Kosten von der Steuer absetzen – über drei Jahre verteilt und höchstens 40.000 Euro. Im günstigsten Fall bringt das etwa 20 Prozent der ausgegebenen Investitionssumme wieder zurück.
Photovoltaikanlagen werden ebenfalls vor allem durch zinsgünstige Kreditprogramme der KfW gefördert und im laufenden Betrieb – wie schon beschrieben – durch die Einspeisevergütung, die im EEG-Gesetz festgelegt ist. So hilft Solarenergie dem Klimaschutz. Gemeinsam ist beiden Technologien auch, dass sie den CO2-Fußabdruck des Betreibers deutlich verringern.
Die Erzeugung einer Kilowattstunde Strom durch eine Photovoltaikanlage zum Beispiel verursacht einen CO2-Ausstoß von etwa 50 Gramm, die zu 90 Prozent auf die Rohstoffgewinnung und die Herstellung der Module entfallen. Bei Erdgasanlagen sind es fast 500 Gramm pro Kilowattstunde, bei Braunkohle mehr als 1.000 Gramm pro Kilowattstunde.
Besonders gut schützt das Klima, wer gleichzeitig auf eine Photovoltaikanlage und Solarthermie setzt. Dafür kommen entweder Hybridmodule infrage oder – für private Nutzer im Eigenheim – zwei unabhängig voneinander funktionierende Systeme. Alles reine Dachsache.
