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Inhaltsverzeichnis

Photovoltaik: Strom aus Sonnenlicht

Bild: Funktion Photovoltaik
Strom aus Sonnenlicht | © geralt / pixabay CC0

Die Sonne bestrahlt die Erde tagtäglich mit über 10.000 mal mehr Energie, als wir verbrauchen. Trotzdem nutzt die Menschheit bisher nur einen winzigen Bruchteil dieser Energie.

Stattdessen verlassen wir uns nach wie vor auf endliche, fossile Rohstoffe. Eine Photovoltaikanlage ermöglicht es, die Strahlungsenergie der Sonne in elektrischen Strom umzuwandeln und damit nutzbar zu machen.

Selbst in Deutschland, das global nicht unbedingt für viele Sonnenstunden bekannt ist, erreichen jährlich rund 1.000 kWh Strahlung pro Quadratmeter den Boden. Diese Energie kann privat genutzt werden, wenn man eine Photovoltaikanlage auf dem Grundstück installiert.

Eine heutige Photovoltaikanlage ist nicht dazu in der Lage, die gesamte Sonnenstrahlung in Elektrizität umzuwandeln. Um 1.000 kWh Strom zu erzeugen, benötigst Du zwischen 6 und 8 m² Photovoltaik-Panels. Rechnet man mit etwa 5.000 kWh Jahresverbrauch für ein Einfamilienhaus, kann durch die Installation von 30 - 40 m² Photovoltaik der gesamte Stromverbrauch gedeckt werden.

Aufbau und Funktionsweise

Die Photovoltaikanlage besteht, wie jede komplexe Technik, aus verschiedenen Komponenten. Die Panels sind der wohl wichtigste Bestandteil der Photovoltaikanlage. Diese bestehen aus Siliziumkristallen, in denen durch die Einstrahlung der Sonne Elektronen angestoßen werden. Durch angeschlossene Metallkontakte wird der entstehende Strom aus den Zellen in ein Netz gespeist und nutzbar gemacht.

Der Wechselrichter ist dafür zuständig, den von den Photovoltaik-Panels erzeugten Gleichstrom in für Haushaltsgeräte nutzbaren Wechselstrom umzuwandeln. Damit gehört er zu den essenziellen Bestandteilen einer Photovoltaikanlage, sofern der Strom selbst genutzt und nicht vollständig ins Netz eingespeist werden soll.

Grafik: Photovoltaik Deutschland Stromerzeugung
Wie viel Strom wird durch Photovoltaik erzeugt? | © deine-heizung.de

Tipp: Photovoltaikanlage kaufen?

Bild: Photovoltaik-Anlage kaufen
Stromerzeugung durch Photovoltaik: Lohnt sich das? | © skeeze / pixaby CC0

Mit einer privaten Photovoltaikanlage kann das Haus mit ökologisch sauberem Strom versorgt werden. Eine wichtige Frage, die sich jeder am Anfang stellt: Lohnt sich die Anschaffung auch finanziell?

Prinzipiell lässt sich diese Frage immer mit "Ja" beantworten. Die Strompreise in Deutschland sind nach wie vor hoch und eine Senkung ist nicht sicher vorherzusehen. In der Vergangenheit lohnte sich der Verkauf des selbst produzierten Stroms ins öffentliche Netz aufgrund hoher Einspeisevergütung.

Da die Einspeisevergütung langsam zurückgeht, geht der Trend zunehmend zum Eigenverbrauch. Durch die Kombination von Photovoltaikanlage und Stromspeicher lässt sich ein hoher Grad der Selbstversorgung erzielen. Auch als Ergänzung zur Heizungsanlage ist eine Photovoltaikanlage eine sinnvolle Investition: Speziell Wärmepumpen werden dank Solarstrom zu einer vollständig klimaneutralen Heizung. Andere Heizungen brauchen zwar weniger Strom als Wärmepumpen, ganz ohne elektrische Energie (z. B. zum Betrieb der Umwälzpumpe) kommen sie jedoch nicht aus.

So kann Photovoltaik bei allen Heizungen Kosten und CO2 einsparen. Der Kauf einer Photovoltaikanlage ist eine lohnenswerte Investition, die sich langfristig bezahlt macht. Einzig im Altbau kann es je nach Gebäudezustand sinnvoll sein, sich zunächst mit anderen Sanierungen auseinanderzusetzen, bevor Du neue Technik installierst. Im Folgenden haben wir einige nützliche Tipps für Dich zusammengestellt, die Du bei der Planung deiner Photovoltaikanlage beachten solltest.

Stromspeicher - ja oder nein?

Ein Stromspeicher ist ein sehr großer Akkumulator (Akku). Dieser wird über die Photovoltaikanlage aufgeladen und speichert den Strom, bis er benötigt wird. Das ist vor allem deshalb praktisch, da die meiste Sonnenenergie um die Mittagszeit die Photovoltaikanlage erreicht, während der Strom in Deutschland vor allem abends benötigt wird, wenn die Sonne nicht scheint.

Das bedeutet, wenn der Strom verbraucht werden soll, während es draußen gerade dunkel ist, benötigst Du einen Stromspeicher. Ob sich die Anschaffung eines solchen Geräts finanziell lohnt, ist hingegen eine andere Frage. Obwohl die Technologie in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht hat und immer noch macht, ist sie bislang noch sehr teuer.

Damit verzögert sich der Amortisationszeitpunkt der gesamten Photovoltaikanlage nach hinten; finanziell lohnt sie sich in den meisten Fällen heute noch nicht. In einigen Jahren wird sich das voraussichtlich ändern. Aus ökologischer Sicht und in Bezug auf die Unabhängigkeit vom öffentlichen Netz ist eine Photovoltaikanlage mit Stromspeicher heute bereits sehr sinnvoll.

Eine Alternative zum Stromspeicher stellt die sogenannte Stromcloud dar. Diese ist ein Angebot verschiedener Anbieter, das es ermöglicht, den Strom der Photovoltaikanlage einzuspeisen, wenn man zu viel produziert, und Strom abzurufen, wenn er benötigt wird. Dadurch umgeht man die Notwendigkeit, Strom aus dem öffentlichen Netz zu beziehen, ist aber durch die Bindung an einen Anbieter sowie monatliche Grundkosten trotzdem nicht wirklich autark.

Halterungen vormontieren lassen

Die allermeisten privaten Photovoltaikanlagen in Deutschland werden auf Dächern montiert. Dafür werden spezielle Halterungen benötigt. Da der Neubau eines Hauses finanziell eine große Belastung ist, verzichten viele Bauherren auf den Einbau einer Photovoltaikanlage, der zusätzliche Kosten mit sich bringt.

Wenn Du jedoch im Voraus planst, nach einigen Jahren eine Photovoltaikanlage nachzurüsten, ist es sinnvoll, die Halterungen bereits beim Bau zu installieren. Mit diesen lässt sich die Photovoltaikanlage im Nachhinein schnell und kostengünstig einbauen.

Neuen Wechselrichter einplanen

Sowohl Photovoltaik-Module als auch Stromspeicher haben eine potenzielle Lebensdauer von deutlich über 20 Jahren. Anders sieht es bei Wechselrichtern aus. Diese müssen normalerweise bereits nach etwa 10 Jahren ausgetauscht werden.

Diese zusätzlichen Kosten sollten bei der Errichtung der Photovoltaikanlage bereits eingeplant werden. Der Austausch des Wechselrichters schlägt mit rund 1.500 € zu Buche. In der folgenden Tabelle haben wir unsere Tipps zur Photovoltaik für Dich noch einmal übersichtlich zusammengefasst:

Tipps zur Photovoltaikanlage Details
Stromspeicher Kann nicht benötigten Strom für späteren Verbrauch speichern
Derzeit noch sehr teuer
Ökologisch sinnvoll
Unabhängigkeit vom öffentlichen Netz
Alternative: Stromcloud
Halterungen Beim Neubau am besten vormontieren lassen
Ermöglicht später schnelle und günstige Montage einer Photovoltaikanlage
Wechselrichter Lebensdauer: Ca. 10 Jahre
Kosten für Austausch (ca. 1.500 €) bereits bei Errichtung der Photovoltaikanlage einplanen

Nutzungs-Beispiele samt Kosten

Bild: Nutzung Beispiel Photovoltaik
Photovoltaik eignet sich auch zur kommerziellen Nutzung | © skeeze / pixaby CC0

Eine zentrale Frage bei der Planung einer Photovoltaikanlage ist: Wie groß soll die Anlage dimensioniert sein? Das durchschnittliche Einfamilienhaus verfügt über eine Dachfläche von etwa 120 m².

Bei einer potenziellen Photovoltaikleistung von einem kW pro 6 m² kann theoretisch eine Anlage von 20 kW Leistung betrieben werden. Ob sich das lohnt, ist allerdings fraglich. Der durchschnittliche Stromverbrauch eines Einfamilienhauses beträgt rund 5.000 kWh pro Jahr.

Mit der vollen Ausnutzung der Dachfläche würde man also viermal mehr Strom als benötigt produzieren. Dieser überflüssige Strom kann ins öffentliche Netz eingespeist werden, um damit kontinuierlich Geld zu erwirtschaften. Im Normalfall ist es aber sinnvoller, die Anlage an den eigenen Verbrauch anzupassen. Eine optimierte Photovoltaikanlage wird sich bei den heutigen Preisen nach rund 10 - 15 Jahren amortisiert haben.

Größe der Photovoltaikanlage Kosten Photovoltaikanlage Kosten Stromspeicher Amortisation
5 kWp 8.000 € Kein Stromspeicher 11 Jahre
5 kWp 8.000 € 7.000 € 17 Jahre
10 kWp 12.000 € Kein Stromspeicher 10 Jahre
10 kWp 12.000 € 7.000 € 15 Jahre

Kleine Photovoltaikanlage fürs Einfamilienhaus

Um den Eigenverbrauch möglichst effizient abzudecken, lohnt sich eine Photovoltaikanlage mit etwa einem kWp Leistung pro benötigten 1.000 kWh Strom. Bei einem Einfamilienhaus mit 5.000 kWh Strombedarf pro Jahr ist also eine Photovoltaikanlage mit mindestens 5 kWp sinnvoll. Eine solche Anlage nimmt rund 30 m² Dachfläche ein. Teilweise wird man die Anlage größer dimensionieren, damit die Leistung auch bei hohem aktuellem Stromverbrauch ausreicht.

Bis zu maximal 10 kWp sind für den Eigenbedarf sinnvoll und amortisieren sich innerhalb von 10 - 15 Jahren. Wenn Du die Anlage noch größer planst, bist Du dazu verpflichtet, Dich als Unternehmer anzumelden und entsprechend Umsatzsteuer zu bezahlen. Ohne Stromspeicher sind realistisch rund 30 % Eigenverbrauch anzupeilen. Die restlichen 70 % des Stroms werden in das Netz eingespeist.

Stromverbrauch Benötigte Leistung Benötigte Dachfläche Kosten Amortisationszeit
5.000 kWh 5 - 10 kWP Ab 30 m² 8.000 - 12.000 € 10 - 15 Jahre

Kleine Photovoltaikanlage mit Stromspeicher

Bild: Photovoltaik kleine Anlage
Kleine Photovoltaikanlage - große Wirkung? | © sandid / pixabay CC0

Um einen höheren Eigenverbrauch möglich zu machen, muss unausweichlich ein Stromspeicher genutzt werden. Dieser ermöglicht, den erzeugten Strom zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen.

Bei gleicher Anlagengröße (5 - 10 kWp) verdoppelt sich der Anschaffungspreis der Photovoltaikanlage durch den Kauf eines Stromspeichers.

Das verschiebt den Zeitpunkt der Amortisation nach hinten und lohnt sich aus diesem Grund rein finanziell heute noch nicht. Der Vorteil, den man aus dieser zusätzlichen Anschaffung zieht, ist, dass man einen Eigenverbrauch von etwa 60 % realisieren kann.

Stromverbrauch Benötigte Leistung Benötigte Dachfläche Kosten Amortisationszeit
5.000 kWh 5 - 10 kWP Ab 30 m² 15.000 - 19.000 € 15 - 17 Jahre

Große Photovoltaikanlage fürs Einfamilienhaus

Wenn Du über zusätzliche Dachfläche und Investitionskapital verfügst, kann sich die Anschaffung einer deutlich größeren Photovoltaikanlage rentieren. Dank der Einspeisevergütung lohnt sich der Verkauf des produzierten Stroms derzeit noch; so wird sich die Anlage trotz der Größe ähnlich schnell amortisieren wie eine kleinere.

Ab dem Zeitpunkt der Amortisation besitzt Du eine Anlage, die jedes Jahr eine hohe Rendite erwirtschaftet. Zu beachten ist allerdings, dass man ab einer Anlagengröße von 10 kWp als Unternehmer agiert und damit umsatzsteuerpflichtig ist.

In Zukunft dürfte sich die Lage ändern: Da die Einspeisevergütung im Laufe der Zeit kontinuierlich sinkt, wird es immer schwieriger, den erzeugten Strom gewinnbringend zu verkaufen. Der Trend in der Photovoltaik geht klar in Richtung Eigenbedarf. Insbesondere mit einer Wärmepumpe kannst Du den selbst erzeugten Strom sehr sinnvoll nutzen.

Quelle: © EnergieAgenturNRW / youtube.com

Größe der Photovoltaikanlage Kosten pro kWp (inkl. Montage) Gesamtkosten (inkl. Stromspeicher)
1 - 10 kWp Ab 1.500 € 8.500 - 22.000 €
10 - 40 kWp Ab 1.460 € 21.600 - 65.400 €
40 - 500 kWp Ab 1.350 € 61.000 - 682.000 €
Über 500 kWp Ab 1.290 € Ab 652.000 €

Maßgeschneiderte Anlage mit Elektroauto oder Wärmepumpe

Es ist vorstellbar und technisch möglich, eine vollständige Autarkie anzustreben. Das bedeutet, man installiert eine Wärmepumpe und kauft ein Elektroauto - beides lädt ausschließlich über die Photovoltaikanlage auf dem Dach. Unter den aktuellen technischen Bedingungen ist dieses Konzept umsetzbar. Allerdings ist es zur Zeit primär aus ökologischer Perspektive wirklich sinnvoll: Wenn man die Kosten genauer betrachtet und durchkalkuliert, stellt man fest, dass sich die Anschaffung eines an die PV-Anlage angepassten Stromspeichers im Moment noch nicht amortisiert, wie man in der untenstehenden Tabelle sehen kann. Allerdings schadet es auch nicht, sich einen Stromspeicher anzuschaffen. Und in Verbindung mit einem Smart Home, das die Stromverbraucher steuert und unnötigen Stromverbrauch vermeidet, kann der Stromspeicher in naher Zukunft durchaus rentabel werden. 

Variante / Jahre 1 10 15 20 25
Strom und Wärmepumpe (WP-Tarif) 16.600 € 33.100 € 44.300 € 57.400 € 72.500 €
Strom und Wärmepumpe und Photovoltaik 24.700 € 31.600 € 35.700 € 39.900 € 45.700 €
Strom und Wärmepumpe und Photovoltaik und Speicher 31.600 € 37.700 € 45.300 € 49.100 € 56.700 €
Strom und WP und PV und Speicher und Elektroauto (Wallbox) 35.000 € 53.500 € 68.100 € 78.800 € 93.300 €

Für eine völlige Autarkie allerdings wäre ein deutlich größerer Stromspeicher nötig. Eine Amortisation wäre so im Moment unmöglich. Unter den derzeitigen Bedingungen ist volkommene Autarkie also nicht viel mehr als eine Zukunftsvision. Aktuell finden wir nur Einzelanwendungen dieses Konzepts, die meist dem Wunsch die Umwelt zu schützen Rechnung tragen. Aus rein wirtschaftlicher Sicht ist es jedoch heute noch keine sinnvoll umsetzbare Alternative.

Komponenten des Konzepts Vorteile Nachteile
Photovoltaikanlage Umweltfreundlich Teuer
Stromspeicher Vollständige Autarkie Hoher Planungsaufwand
Wärmepumpe   Sehr großer Stromspeicher nötig
Elektroauto   Häufig noch nicht sinnvoll realisierbar

Förderung und Kosten im Überblick

Bild: Förderung Kosten Photovoltaik
Gibt es eine Förderung für Photovoltaik? | © diego_torres / pixabay CC0

Die Kosten für eine Photovoltaikanlage betragen für ein Einfamilienhaus (~ 5 kWp Leistung) in etwa 8.000 €. Hinzu kommen die eventuellen Kosten für einen Stromspeicher.

Diese liegen bei rund 7.000 €. Von den Gesamtkosten entfallen nur ungefähr 4.000 € auf die Solarpanele selbst. Mit rund 800 € pro kWp (~ 130 € / m²) sind ihre Kosten in den letzten Jahren stark gesunken.

Die restlichen Kosten verteilen sich auf den Wechselrichter (~ 1.500 €) und die Montage samt Zubehör (~ 2.500 €). Bei einer solchen Anlage geht man davon aus, dass sie jährlich rund 5.000 kWh Strom erzeugt. Eine kWh Strom kostet in Deutschland im Schnitt 0,27 € im Einkauf; 0,12 € erhält man als Einspeisevergütung, wenn der Strom dem Netz zur Verfügung gestellt wird.

Das bedeutet, dass wenn der Strom vollständig selbst verbraucht wird, jährlich bis zu 1.350 € Stromkosten eingespart werden können. Hierbei handelt es sich aber um ein idealisiertes Rechenbeispiel und nicht um eine Abbildung der Realität. Weder ist es sinnvoll realisierbar, den gesamten Strom selbst zu verbrauchen, noch lässt sich der erzeugte Strom so genau planen. Zusätzlich müssen beim Betrieb einer Photovoltaikanlage jährliche Betriebskosten eingeplant werden.

Komponente der Photovoltaikanlage Voraussichtliche Kosten
Solarpanele für ein Einfamilienhaus (~ 5 kWp Leistung) 4.000 €
Wechselrichter 1.500 €
Montage samt Zubehör 2.500 €
Stromspeicher (optional) 7.000 €
Gesamtkosten Ca. 8.000 - 15.000 €

Laufende Kosten

Als Faustregel lässt sich sagen, dass pro Jahr etwa 1 % der Anschaffungskosten der Photovoltaikanlage als laufende Kosten anfallen. Zwar benötigt die Anlage keinen Brennstoff oder Ähnliches, wohl aber regelmäßige Pflege. Einmal jährlich sollten die Module gesäubert und gewartet werden.

Auch der Wechselrichter und der Stromspeicher sollten regelmäßig von einem Techniker untersucht werden. Mit den stürmischen Sommern der letzten Jahre ist zudem eine Versicherung äußerst ratsam, die gegen den finanziellen Ruin durch die Zerstörung der Photovoltaikanlage absichert.

Steuern

Da der Betrieb einer Photovoltaikanlage bei der Steuer gemeldet werden muss, hast Du bei der Einrichtung zwei Möglichkeiten. Entweder Du lässt Dich als Unternehmer eintragen oder Du betreibt die Anlage als Kleinunternehmer. (Nur Anlagen bis 10 kWp können als Kleinunternehmer betrieben werden.)

Beide dieser Optionen haben etwas, das für sie spricht. Wenn Du als Unternehmer agierst, bist Du von der Mehrwertsteuer beim Kauf der Anlage befreit. Das bedeutet, dass 19 % der Anschaffungskosten erstattet werden. Der Nachteil dieser Entscheidung ist, dass Unternehmer umsatzsteuerpflichtig sind. Die Umsatzsteuer liegt je nach Größe der Anlage im Bereich zwischen 100 und 200 € im Jahr.

Entscheidest Du Dich dafür, als Kleinunternehmer zu agieren, sparst Du Dir die Umsatzsteuer, bekommst allerdings nicht die Erstattung zu Beginn. Langfristig, das bedeutet nach 15 - 20 Jahren, wird der Betrieb der Photovoltaikanlage als Kleinunternehmer im Normalfall eine höhere Ersparnis bringen.

Förderung und Einspeisevergütung

Eine direkte Förderung für Photovoltaikanlagen gibt es in Deutschland nicht. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau stellt zwar mit dem "Programm 270 - Erneuerbare Energien" einen Kredit zur Verfügung, dieser beinhaltet aber keinen Tilgungszuschuss. Darüber hinaus bist Du als Privatperson auf die sogenannte Einspeisevergütung angewiesen, die jeder erhält, der überschüssigen Strom in das allgemeine Netz einspeist. Die Einspeisevergütung ist gesetzlich garantiert: Die Energieversorger sind dazu verpflichtet, Besitzern von Photovoltaikanlagen den überschüssigen Strom abzunehmen.

Sie ist nach Leistung gestaffelt und gilt für 20 Jahre. Das heißt, wenn Du heute einen Vertrag über eine Einspeisevergütung von 12,20 ct pro kWh abschließt, wird Dir dieser Preis für die nächsten 20 Jahre garantiert. Erst nach Ablauf dieser Zeit muss mit dem örtlichen Energieversorger darüber verhandelt werden, wie viel er für den eingespeisten Strom zu zahlen bereit ist. Die Einspeisevergütung wurde in den letzten Jahren allerdings immer mehr zusammengekürzt, sodass es sich heute eher lohnt, den Strom selbst zu verbrauchen.

Die richtige Ausrichtung und Dimensionierung

Bild: Ausrichtung Dimensionierung Photovoltaik
Je größer die Photovoltaikanlage, desto höher der Ertrag | © Antonio Garcia / unsplash CC0

Während es bei der höheren Einspeisevergütung vor zehn Jahren noch ratsam war, die Anlage komplett nach Süden auszurichten, um möglichst viel Strom zu erzeugen, lohnt es sich heute eher, die Anlage nur teilweise nach Süden auszurichten.

Auch die Abendsonne lässt sich gut nutzen und ermöglicht einen höheren Eigenverbrauch in den späten Stunden des Tages. Da die Einspeisevergütung kontinuierlich sinkt und sich der Eigenverbrauch zunehmend lohnt, setzt sich der Aufbau in mehreren Richtungen immer mehr durch.

Gleichfalls lohnt es sich bei sinkender Einspeisevergütung immer weniger, extra große Anlagen zu installieren. Idealerweise dimensionierst Du die Anlage so, dass sie auf den persönlichen Verbrauch abgestimmt ist. Bei einem Einfamilienhaus lohnt sich also, je nachdem, wie viel Strom benötigt wird, eine Photovoltaikanlage in der Größe von 5 - 10 kWp.

Haushaltsgröße Strombedarf/Jahr Mindestens benötigte Anlagengröße Mindestens benötigte Dachfläche Benötigte Größe des Stromspeichers
1 Person Ca. 1.100 kWh 1 - 2 kWp 6 - 12 m² 1 - 2 kWh
2 Personen Ca. 2.200 kWh 2 - 3 kWp 12 - 18 m² 2 - 3 kWh
3 Personen Ca. 3.300 kWh 3 - 4 kWp 18 - 24 m² 3 - 4 kWh
4 Personen Ca. 4.400 kWh 4 - 5 kWp 24 - 30 m² 4 - 5 kWh
5 Personen Ca. 5.500 kWh 5 - 6 kWp 30 - 36 m² 5 - 6 kWh

Größe des Stromspeichers

Wie groß der Stromspeicher sein sollte, hängt vom Strombedarf des Hauses und der Leistung der Photovoltaikanlage ab. Als Faustregel kann man eine Speicherkapazität von einer kWh pro kWp Leistung der Anlage rechnen. Bei einer durchschnittlichen Anlage von 5 kWp hat der entsprechende Stromspeicher also eine Speicherkapazität von 5 kWh.