Photovoltaikanlagen - Funktion und Technologie

Bild: Eine moderne Solaranlage — Eine herkömmliche PV-Aufdach-Anlage

Photovoltaikanlagen produzieren umweltfreundlichen Strom – und das auf dem hauseigenen Dach. Hausbesitzer werden damit unabhängiger von Energieanbietern und tragen massgeblich zum Klimaschutz bei. Doch wie genau funktioniert Solartechnik und welche Bauweisen gibt es?

Diese und weitere Fragen klären wir auf der folgenden Seite. Hier erhalten Sie einen Überblick über übliche Kosten für Solarmodule und verschiedene Formen von Photovoltaikanlagen, sowie ihren Vorteilen und Nachteilen. Ausserdem klären wir, ob sich eine Solaranlage im Altbau wirklich lohnt.

Aufbau und Funktion von Photovoltaikanlagen

Bild: Ein Solarteur während der Montage — Funktion von Photovoltaik erklärt

Photovoltaikanlagen erzeugen Strom, wenn Sonnenlicht auf die Oberfläche der Solarmodule trifft. So lässt sich der Prozess der Stromgewinnung bei Solarstromanlagen zumindest vereinfacht zusammenfassen. Grob heruntergebrochen lösen die Photonen im Sonnenlicht eine Reaktion in den Solarmodulen aus und setzt Elektronen frei.

Solarmodule bestehen zumeist aus Silizium, Phosphor und Bor. Innerhalb der Zellen entstehen zwei elektrische Pole, zwischen denen die freien Elektronen wandern. Diese können abgefangen und als Strom nutzbar gemacht werden. Der produzierte Solarstrom fliesst dann über Kabel zu den jeweiligen Verbrauchen wie Glühlampe, Kühlschrank oder Elektroauto.

Solarmodule

Die eigentliche Reaktion findet in den Solarmodulen statt, welche auf dem Dach montiert werden. Insgesamt gibt es vier verschiedene Typen von PV-Modulen. Zur einfachen Übersicht haben wir hier die wichtigsten Eigenschaften der verschiedenen Modultypen aufgelistet. Weitere Informationen zum Thema finden Sie auf unserer Seite über Hersteller von Solarmodulen und Kosten für Solarmodule.

Solarmodul	Eigenschaften	Wirkungsgrad	Design	Kosten (pro Modul)
Monokristalline Solarmodule	Auch für kleinere Dachflächen geeignet; hohen Wirkungsgrade	20 - 24 %	Dunkelblau, schwarz oder grau	ab CHF 100
Polykrostalline Solarmodule	Besonders für grosse Dachflächen oder Freilandanlagen geeignet	12 - 16 %	Blau oder silbergrau	ab CHF 150
Dünnschicht-Module	Geringe Schichtdicke von etwa 1 Mikrometer; verhältnismässig kostengünstig	6 - 10 %	Rotbraun, dunkelgrün oder schwarz	ab CHF 200
CIGS-Module	Weiterentwickelte Dünnschicht-Module; Wirkungsgrade werden auch bei schlechten Lichtverhältnissen und suboptimaler Dachausrichtung erreicht	2 - 8 %	Unbedruckt oder in vielen Farbvarianten erhältlich	ab CHF 140

Montagesystem

Solarmodule von Photovoltaikanlagen können je nach Sonneneinstrahlung auf dem Dach oder an der Fassade installiert werden. Dabei müssen sie fest montiert werden, um Wind und Wetter standzuhalten.

Bei den meisten Dächern dient das Montagesystem lediglich zur Befestigung, weil die Dachneigung bereits ausreicht, um genügend Sonnenlicht abzufangen. Auf Schrägdächern erfolgt die Befestigung meist mittels Dachhaken, die an die Sparren geschraubt werden.

Im Falle einer Aufdachanlage ist vor der Installation häufig die Reinigung des Daches nötig. Für die Dachreinigung empfehlen wir die Beauftragung eines professionellen Fachbetriebs.

Bei ebenerdiger Aufstellung auf Flachdächern hilft ein Montagesystem auch wesentlich dabei, die gewünschte Neigung für Solarmodule zu erreichen. Hierzu dienen Aluminiumgestelle, an denen die Solarmodule per Klammern festgesteckt werden. Alternativ können die Systeme miteinander verschraubt werden und am Rand des Daches befestigt.

Wechselrichter

Der Wechselrichter ist neben den Modulen der wichtigste Bestandteil von Photovoltaikanlagen. Er wird auch als Solar-Wechselrichter oder Inverter bezeichnet. Das Gerät wandelt den produzierten Gleichstrom in Wechselstrom um, damit er im Haushalt und zur Einspeisung genutzt werden kann.

Da Wechselrichter einer hohen Belastung ausgesetzt sind, neigen günstige Modelle oft zu schnellem Verschleiss. Photovoltaikanlagen haben in der Regel eine Lebenserwartung von mindestens 20 Jahren. Preiswerte Wechselrichter hingegen müssen unter Umständen bereits nach 10 Jahren ausgetauscht werden. Daher sollten bei der Anschaffung einer Solaranlage mindestens 15 bis 20 % der Kosten für den Wechselrichter eingeplant werden.

Steuerung und Zähler

Bei modernen Photovoltaikanlagen dient er Wechselrichter als Steuerzentrale und überwacht gleichzeitig den reibungslosen Ablauf der Stromgewinnung. Strombezug, Eigenverbrauch und Einspeisemenge können ausserdem an eignen Zählern abgelesen werden. Für komplexere Anforderungen werden in der Regel Speichersysteme eingesetzt, mit denen sich auch ein Elektroauto oder intelligente Wärmepumpen steuern lassen. In selteneren Fällen kommt es zum Einsatz von Steuerungsgeräten wie Solarmanager, Solarfox und Co.

Anschlüsse und Kabel

Letztendlich müssen Photovoltaikanlagen auch ordentlich verkabelt sein, um eigens produzierten Strom zu gewinnen und diesen ins öffentliche Stromnetz einzuspeisen. Die Kabelführung kann dabei zum Beispiel durch alte Kaminschächte, Lichtschächte oder über Leerrohre erfolgen.

Besonders der Anschluss an das öffentliche Netz bedarf einiger Aufmerksamkeit. Für den Netzanschluss muss ein Anschlussgesuch an den zuständigen Netzbetreiber gestellt werden.

Das Anschlussgesuch beinhaltet Angaben zum Standort des Anschlusses, der Nennleistung der Solaranlage, die maximal mögliche Einspeisekapazität und technischen Details. Nach erfolgreicher Anmeldung über das Anschlussgesuch erteilt der Netzbetreiber je nach Möglichkeiten eine Anschlussbewilligung oder unterlegt ein Angebot für den Netzausbau.

Verschiedene Photovoltaikanlagen im Überblick

Bisher ging es an dieser Stelle hauptsächlich um die «klassische» Bauweise von Photovoltaikanlagen, bei der die Module mittels eines Montagesystems auf dem Dach angebracht werden. Heutzutage gibt es jedoch mehr als eine Art und Weise, um Solarstrom zu beziehen. Grundsätzlich kann man die verschiedenen Bauweisen aufteilen in Aufdach-Anlagen, integrierte Indachanlagen, Solarziegel und Solar-Fassadenanlagen.

In der folgenden Tabelle haben wir die vier verbreitetsten Arten von Photovoltaikanlagen und ihre grössten Vorteile und Nachteile zusammengefasst. Die Kosten pro Quadratmeter sind als Richtpreise zu verstehen und können abweichen. Wenn Sie an weiteren Informationen über die einzelnen Bauweisen interessiert sind, inklusive Kostenschätzung und möglicher finanzieller Förderung, klicken Sie einfach auf die Links in der Tabelle.

Art der Anlage	Vorteile	Nachteile	Kosten pro m²
Aufdach-Anlage	Unkompliziert installierbar	Dachausrichtung unter Umständen nicht optimal	ab CHF 200
Aufdach-Anlage	Für nahezu alle Dächer geeignet	Wirtschaftlichkeit ist abhängig von den Rahmenbedingungen (Leistung, Ausrichtung, Einspeisevergütung etc.)	ab CHF 200
Indach-Anlage	Ideal bei einer Dachsanierung	Hoher Aufwand	ab CHF 350
	Auch für denkmalgeschützte Bauten geeignet	Hohe Kosten
	Individuelle Gestaltung möglich	-
Solarziegel	Hohe Lebenserwartung (etwa 40 Jahre)	Relativ niedriger Flächenertrag (mindestens 100 m² empfehlenswert)	ab CHF 225
	Sehr widerstandsfähig	Kostenintensiv
	Individuelle Farbwahl und Gestaltung möglich	-
	Auch bei Denkmalschutz eine Option	-
Solarfassade	Hoher Ertrag auch bei tiefstehender Sonne	Grössere Modulfläche nötig	ab CHF 200
	Schnee kann Module nicht verdecken	Enstprechend höhere Kosten
	Individuelle Gestaltungsmöglichkeiten	-

Photovoltaikanlagen im Altbau

Bild: Ein Solateur während des Einbaus einer PV-Anlage — Lohnt sich PV im Altbau?

Die Frage, ob sich Photovoltaikanlagen im Altbau lohnen, taucht immer wieder im Zusammenhang mit energetischer Sanierung auf. Die Antwort ist ein klares Ja!

Soll eine Solarstromanlage in einem herkömmlichen Einfamilienhaus installiert werden, empfiehlt sich in aller Regel eine klassische Aufdach-Anlage. Die Kosten hierfür fallen inklusive Förderung moderat aus. Wenn die Rahmenbedingungen wie Standort, Ausrichtung und Grösse der Anlage stimmen, ist mit einer Halbierung der jährlichen Stromkosten zu rechnen.

Zu beachten ist allerdings, dass über die beste Option nur vor Ort entschieden werden kann. Eine Beispielrechnung für die Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen im Altbau finden Sie hier. Berücksichtigt wird auch der Einsatz eines Batteriespeichers oder einer Wärmepumpe.

Indach-Anlagen oder Solarziegel lohnen sich in der Regel nur, wenn ohnehin eine Dachsanierung geplant ist. Eine Ausnahme stellen Gebäude unter Denkmalschutz dar, bei denen die Montage einer Aufdach-Anlage meist untersagt ist. Eine Solarfassade empfiehlt sich aufgrund des hohen Aufwands eigentlich nur im Rahmen einer Komplettsanierung.

Fazit und Empfehlung zu Photovoltaikanlagen

Photovoltaikanlagen liegen im Trend und werden sowohl im Neubau wie im Altbau immer mehr zum Standard. Die Möglichkeiten des Einsatzes von Photovoltaik sind heutzutage mannigfaltig. Unterm Strich lässt sich für ein bestehendes Einfamilienhaus aber festhalten, dass klassische Aufdach-Photovoltaikanlagen in aller Regel die beste Lösung darstellen. Die Installation ist vergleichsweise unkompliziert und die Kosten sind überschaubar. Ausserdem machen verschiedene Solarmodul-Typen den Einsatz auch bei suboptimalen Lichtverhältnissen möglich.

Integrierte Photovoltaikanlagen wie eine Indach-Anlage oder der Einsatz von Solarziegeln sollte nur in Betracht gezogen werden, wenn ohnehin eine Dachsanierung geplant ist. Aufwand und Kosten für die alleinige Installation solcher Anlagen wären sonst zu hoch. Gleiches gilt für eine Solarfassade. In Bezug auf Designvielfalt und Individualität bietet sie zwar viel Spielraum, aus wirtschaftlicher Sicht lohnt sich die Installation einer Solarfassade allerdings nur im Rahmen einer Fassadensanierung oder Gesamtsanierung.