Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?
Eine Photovoltaikanlage wandelt die Energie des Sonnenlichts in elektrische Energie um. Dieser Prozess findet in einzelnen Solarmodulen statt, die aus vielen individuellen Solarzellen bestehen. Das Sonnenlicht regt die Elektronen in den Solarzellen an, sich zu bewegen. Diese bewegten Elektronen fließen dann über Metallschichten am Rand der Solarzelle ab. Je höher die Sonneneinstrahlung auf die Solarzelle, desto mehr Elektronen werden in Bewegung gesetzt und desto mehr Solarstrom kann erzeugt werden. Durch die Bewegung der Elektronen entsteht elektrischer Gleichstrom. Der genaue Wirkungsgrad, also das Verhältnis von eingestrahlter Sonnenenergie zu erzeugter elektrischer Energie, hängt vom jeweiligen Zelltyp ab. Moderne Solarzellen erreichen Wirkungsgrade von über 20 Prozent, während ältere Technologien häufig geringere Werte aufweisen.
Wie sind Solarmodule aufgebaut?
Im Solarmodul werden Solarzellen in einem Alurahmen wasserdicht über Kupferbänder miteinander verschaltet. Die meisten Module arbeiten mit Siliziumzellen und Glasoberflächen, um das Sonnenlicht optimal zu nutzen. Eine Mantelschicht schützt die empfindlichen Zellen auch auf der Unterseite vor Witterungseinflüssen.
Einsatzbereiche von Photovoltaikanlagen
Photovoltaikanlagen können auf Freiflächen oder Dächern installiert werden. Beliebt sind seit kurzer Zeit auch sogenannte Balkonkraftwerke, die in Gärten, an Fassaden oder eben am Balkon kleinere Mengen Strom für die Nutzung im Haushalt erzeugen. Unter bestimmten Bedingungen dürfen PV-Anlagen auch auf landwirtschaftlichen Flächen, Baggerseen und Parkplätzen gebaut werden.
Im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) sind „Freiflächenanlagen“ definiert. Jede Solarstromanlage gilt als Freiflächenanlage, die nicht auf, an oder in einem Gebäude oder einer sonstigen baulichen Anlage angebracht ist.
PV-Anlagen dürfen auf Dächern von Wohnhäusern, Gewerbeimmobilien, landwirtschaftlichen Gebäuden und öffentlichen Einrichtungen installiert werden.
Agri-Photovoltaik
Diese PV-Anlagen werden auf landwirtschaftlichen Nutzflächen errichtet, auf denen neben der Stromerzeugung weiterhin Landwirtschaft betrieben wird.
Parkplatz-Photovoltaik
Die Errichtung von PV-Anlagen auf Parkplätzen unterliegt in der Regel keinen besonderen Flächennutzungsrestriktionen, da es sich um versiegelte Flächen handelt, die ohnehin schon für den Verkehr genutzt werden.
Schwimmende Photovoltaik
Schwimmende PV-Anlagen können zum Beispiel auf stillgelegten Kiesgruben, Bergbaurestlöchern oder anderen künstlich angelegten Gewässer installiert werden. Wichtige Voraussetzungen für den Bau schwimmender PV-Anlagen: Die Gewässer dürfen nicht für die Trinkwassergewinnung, die Fischerei oder zur Erholung genutzt werden.
Was sind Vorteile der Photovoltaik?
Ein zentraler Vorteil ist die Umweltfreundlichkeit der Photovoltaik. Solaranlagen erzeugen Strom aus Sonnenenergie, ohne dabei Treibhausgase oder andere Schadstoffe zu emittieren. Sie tragen somit aktiv zum Klimaschutz bei, indem sie die Reduktion von CO2-Emissionen ermöglichen. Darüber hinaus ist der Betrieb von Photovoltaikanlagen leise und emissionsfrei, was die Lebensqualität in der näheren Umgebung nicht beeinträchtigt.
Ein weiterer Vorteil der Photovoltaik: Die Energie der Sonne ist endlos – zumindest für die nächsten fünf bis sieben Milliarden Jahre. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, deren Vorräte endlich sind, liefert die Sonne eine praktisch unbegrenzte Menge an Energie, die mit Photovoltaikanlagen genutzt werden kann.
Mit Photovoltaikanlagen ist es möglich, Strom zu günstigen Kosten und dezentral zu produzieren. Sie reduzieren Abhängigkeiten von großen Kraftwerken und ermöglichen bereits heute in vielen Haushalten das sogenannte "Prosuming": Das bedeutet, dass der Stromerzeuger gleichzeitig der Stromverbraucher ist. Eigenheimbesitzer mit einer Photovoltaik-Anlage auf dem Dach können mit dem erzeugten Strom beispielsweise ihr Elektroauto laden, ihre Wohnung mittels Wärmepumpe heizen oder den selbst erzeugten PV-Strom im Haushalt verbrauchen.
Darüber hinaus zeichnen sich Photovoltaikanlagen durch einen geringen Wartungsaufwand aus. Sie haben nur wenige bewegliche Teile und eine hohe Lebensdauer von oft über 25 Jahren. Dies erhöht die Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit der Anlagen.
Solarparks bieten Synergieeffekte zwischen der Stromerzeugung und dem Schutz der lokalen Tier- und Pflanzenwelt. Durch die Schaffung neuer Habitate kann die Artenvielfalt in PV-Freiflächenanlagen erhalten und sogar gefördert werden. Photovoltaik bietet eine hervorragende Möglichkeit, das Konzept der Bürgerenergie umzusetzen und durch Bürgerbeteiligung die Akzeptanz für die Energiewende zu stärken.
Was sind Nachteile der Photovoltaik?
Ein zentrales Problem bei der Nutzung von Solarenergie ist die sogenannte "PV-Mittagsspitze". Photovoltaik-Anlagen erzeugen am meisten Strom, wenn die Sonne am höchsten steht, also typischerweise um die Mittagszeit herum. Dieser Stromüberschuss kann nicht immer direkt verbraucht werden, da der Strombedarf zu dieser Zeit nicht unbedingt am höchsten ist. Das führt dazu, dass der Strom einer Photovoltaikanlage manchmal nicht vollständig genutzt werden kann und teilweise sogar abgeregelt werden muss. Um das Netz stabil zu halten, ist eine Steuerbarkeit der Anlagen durch die Netzbetreiber wichtig. Andernfalls besteht die Notwendigkeit, einzelne Netzstränge mit Erzeugern und Verbrauchern zeitweise vom Netz zu nehmen, um das System zu stabilisieren.
Umgekehrt ist es etwa bei bewölktem Himmel. Dann produzieren PV-Anlagen wesentlich weniger Strom. Andere Arten der Stromerzeugung müssen das ausgleichen, um Versorgungsengpässe zu vermeiden.
Eine eher handwerkliche Herausforderung ist mitunter bei der Installation einer Photovoltaikanlage zu bestehen. Nicht alle Dachflächen sind dafür geeignet. Daher muss nicht nur die Statik, sondern auch die Dachabdichtung berücksichtigt werden.
Anteil der Photovoltaik in Deutschland an der Stromerzeugung
2024 wurden mit 254,9 Terrawattstunden (TWh) rund 59 Prozent des Stroms aus Erneuerbaren Energien (EE) erzeugt. Die Photovoltaikenergie trug mit rund 63 TWh zur Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien bei.
Der Zubau der Solarleistung fiel 2024 mit 16,2 Gigawatt nochmal etwas höher aus als im Vergleich zum Vorjahreszubau. Zwei Drittel des Zubaus erfolgte auf Hausdächern oder an Gebäuden und Fassaden, der Rest auf größeren Flächen. Am Jahresende 2024 betrug die installierte Solar-Gesamtleistung in Deutschland 99,3 Gigawatt. Bis 2030 sollen 215 GW Solarleistung dazukommen. Für 2024 wurde das Ziel übertroffen: Statt 13 GW wurden neue Solarstromanlagen mit 16,2 GW Leistung zugebaut. Ab 2026 soll dann 22 GW jährlich zugebaut werden.
Einspeisevergütung: Wie Photovoltaik gefördert wird
Die Einspeisevergütung ist eine finanzielle Vergütung, die die Betreiber von Photovoltaikanlagen erhalten, wenn sie den erzeugten Strom ganz oder teilweise ins öffentliche Stromnetz einspeisen. Die Höhe der Einspeisevergütung ist abhängig vom
- Datum der Inbetriebnahme der PV-Anlage,
- der Leistung (wie viel Strom kann die Anlage erzeugen?) und
- der Art der Einspeisung (Teil- oder Volleinspeisung).
Zusätzlich gilt: Je früher eine PV-Anlage in Betrieb genommen wurde, desto höher die Förderung. Für neu installierte Photovoltaikanlagen sinken die Fördersätze alle sechs Monate um ein Prozent. Wurde die Förderung bewilligt, haben die Betreiber Planungssicherheit. Nach der Bewilligung bleibt der Fördersatz für 20 Jahre lang konstant.
Fördersätze: Einspeisevergütung bei Inbetriebnahme der PV-Anlage ab 1. Februar 2025 bis 31. Juli 2025
| Art der Anlage | Installierte Leistung (kW) bis | Teileinspeisung (ct/kWh) | Volleinspeisung (ct/kWh) |
| 10 | 7,94 | 12,60 | |
| Gebäude oder Lärmschutzwände | 40 | 6,88 | 10,56 |
| 100 | 5,62 | 10,56 | |
| Sonstige Anlagen | 100 | 6,39 | 6,39 |
Solaranlagen, die den Strom direkt vermarkten, können eine Förderung über die EEG-Marktprämie erhalten. Die Höhe dieser gleitenden Marktprämie wird anhand des "anzulegenden Wertes" für die jeweilige Solaranlage berechnet. Die veröffentlichten anzulegenden Werte gelten für Solaranlagen mit einer Leistung bis zu einem Megawatt.
Anzulegende Werte: Marktprämie bei Inbetriebnahme ab 1. Februar 2025 bis 31. Juli 2025
| Art der Anlage | Installierte Leistung (kW) bis | Teileinspeisung (ct/kWh) | Volleinspeisung (ct/kWh) |
| 10 | 8,34 | 13 | |
| Gebäude oder Lärmschutzwände | 40 | 7,28 | 10,96 |
| 100 | 6,02 | 10,96 | |
| 400 | 6,02 | 9,12 | |
| 1.000 | 6,02 | 7,86 | |
| Sonstige Anlagen | -- | 6,79 | 6,79 |
Für Solarstromanlagen mit einer installierten Leistung von mehr als einem Megawatt, die an öffentlichen Ausschreibungen der Bundesnetzagentur teilnehmen, ergibt sich die Höhe der anzulegenden Werte aus den erteilten Zuschlägen.
Solaranlagen auf Freiflächen (erstes Segment)
| Gebotsrunde 2024 | Gebotswert des höchsten bezuschlagten Gebots (ct/kWh) | Durchschnittswert (ct/kWh) |
| März | 5,49 | |
| Juli | 5,24 | 5,22 |
| Dezember | 4,95 |
Solaranlagen auf Dächern (zweites Segment)
| Gebotsrunde 2024 | Gebotswert des höchsten bezuschlagten Gebots (ct/kWh) | Durchschnittswert (ct/kWh) |
| Februar | 9,48 | |
| Juni | 10,19 | 9,79 |
| Oktober | 9,69 |
Kosten: Wie teuer ist Strom aus Photovoltaikanlagen?
Die Preisentwicklung für PV-Module folgt einer sogenannten „Preis-Erfahrungskurve“. Das bedeutet, dass bei einer Verdopplung der Produktion die Preise um einen konstanten Prozentsatz sinken. Zwischen den Jahren 2010 und 2020 sind die Preise für PV-Module um 90 Prozent gesunken. Neue Kraftwerke mit einer Leistung von mindestens einem Megawatt produzieren Solarstrom aus Photovoltaikanlagen zu Kosten von rund 4 bis 7 Cent pro Kilowattstunde. Bei kleinen Dachanlagen liegt die Spanne im Bereich von 6 bis 14 Cent pro Kilowattstunde.
