Woraus besteht eine Photovoltaik-Anlage?
Wichtigste Bestandteile einer PV-Anlage sind die Solarzellen, die zu größeren Einheiten, den Solarmodulen, zusammengefasst werden. Typische Module bestehen aus einem Schichtenaufbau mit Frontglas, transparenten Einbettungsfolien, Solarzellen und einer Rückseitenfolie oder einer zweiten Glasscheibe. Ein Rahmen, die Anschlussdose und die Verkabelung schützen und verbinden die Bauteile, ohne die gewünschte Sonneneinstrahlung wesentlich zu blockieren.
Das Wichtigste in Kürze
- Kernbauteile einer PV-Anlage sind Solarmodule, Wechselrichter und Zweirichtungszähler — erst ihr Zusammenspiel macht aus Sonnenlicht nutzbaren Haushaltsstrom.
- Auf Hausdächern sind monokristalline Module heute Standard; Serienmodule erreichen Wirkungsgrade von rund 20 bis 23 Prozent.
- Der Wechselrichter hält meist 10 bis 15 Jahre — sein Austausch sollte von Anfang an eingeplant werden.
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Die Gesamtheit der miteinander verbundenen Solarmodule wird auch Solargenerator genannt und erzeugt aus der Sonnenenergie Gleichstrom. Für die Umwandlung in den im öffentlichen Stromnetz verwendeten Wechselstrom ist zusätzlich ein Wechselrichter nötig. Üblich ist heute die sogenannte Überschusseinspeisung: Der Solarstrom wird zuerst direkt im Haus verbraucht, nur der nicht benötigte Rest fließt in das öffentliche Netz. Wer den gesamten Strom einspeist, betreibt die Anlage dagegen als Volleinspeiser. Aber auch bei sogenannten Inselanlagen, die den Strom nicht in das öffentliche Netz einspeisen, übernimmt ein Wechselrichter diese Aufgabe, damit Wechselstrom-Verbraucher diesen nutzen können.
Photovoltaik-Anlage – Aufbau und Komponenten, Zur Vergrößerung auf das Bild klicken, © Bild: Agentur für erneuerbare Energien
Die geflossenen Strommengen erfasst heute in der Regel ein geeichter Zweirichtungszähler: Er misst in einem Gerät getrennt, wie viel Strom in das öffentliche Netz eingespeist und wie viel daraus bezogen wurde. Der eingespeiste Strom wird dem Anlagenbetreiber grundsätzlich nach EEG vergütet; bei neuen Anlagen können seit Februar 2025 Einschränkungen bei negativen Börsenstrompreisen greifen.
Solarzellen und -module
Silizium ist bei den meisten gängigen Solarzellen-Typen das Halbleiter-Element der Wahl. Trotzdem unterscheiden sich die am Markt erhältlichen Modelle hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Effizienz teilweise erheblich. Zu den am weitesten verbreiteten zählen monokristalline und polykristalline Solarzellen sowie Dünnschicht-Solarzellen.
Monokristalline Solarzellen
Mono- oder auch einkristalline Solarzellen genannte Modelle zeichnen sich durch eine im Vergleich zu polykristallinen Zellen höhere Effizienz aus. Sie werden in einem aufwendigen Verfahren aus hochreinem Silizium hergestellt und sind daher auch teurer als andere Solarzellen-Typen. Den Namen erhielten sie durch das spezifische Herstellungsverfahren. Dabei werden Stäbe aus hochreinem Silizium mit regelmäßiger Kristallstruktur in Scheiben zersägt. Charakteristisch für diesen Typ von Solarzellen ist die gleichmäßig aufgebaute Oberfläche.
Polykristalline Solarzellen
Poly- oder auch multikristalline Solarzellen bestehen ebenfalls aus Silizium. Das Element wird in Blöcke gegossen und erst nach der Abkühlung zersägt. Während des Abkühlungsvorgangs bilden sich unterschiedliche Kristallformen heraus, die für die hellere Erscheinungsform dieser Solarmodule sorgen. Die Herstellung ist zwar nicht so kostspielig wie die der monokristallinen Zellen, dafür ist jedoch auch der Wirkungsgrad geringer.
Dünnschicht-Solarzellen
Dünnschicht-Solarzellen werden auf eine andere Weise als die kristallinen Solarzellen hergestellt. Hierbei werden verschiedene photoaktive Halbleiter auf eine Trägerfläche aufgedampft, das Modul also in einem Stück produziert. Der Wirkungsgrad ist im Vergleich zu den beiden anderen Solarzellen-Typen bei den meisten Halbleitern erheblich geringer, doch stehen dem hohe Einsparmöglichkeiten in der Herstellung gegenüber. Allerdings schreitet die technische Entwicklung voran und in Laborversuchen steigen die Wirkungsgrade deutlich an. Nach Angaben der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS) sind Dünnschichtmodule außerdem toleranter gegenüber Verschattung, und sie können Schwachlicht besser nutzen.
Moderne Zelltechnik: TOPCon, Halbzellen und bifaziale Module
Der Markt hat sich in den vergangenen Jahren klar sortiert: Auf Hausdächern werden heute fast ausschließlich monokristalline Module verbaut, polykristalline Modelle spielen im Neugeschäft kaum noch eine Rolle. Stand der Technik sind Zellarchitekturen wie TOPCon oder Heterojunction (HJT), mit denen Serienmodule Wirkungsgrade von rund 20 bis 23 Prozent erreichen. Üblich ist zudem das Halbzellen-Design: Halbierte Zellen verringern die elektrischen Verluste, und das Modul verkraftet Teilverschattungen besser. Bifaziale Glas-Glas-Module nutzen zusätzlich Licht, das auf die Modulrückseite reflektiert wird — interessant vor allem bei Flachdächern, Carports oder Fassaden. Glas-Glas-Aufbauten gelten zudem als besonders langlebig; viele Hersteller geben darauf 25 bis 30 Jahre Produkt- und Leistungsgarantie.
Die drei Zelltypen im Schnellvergleich
Monokristallin heutiger Standard
Höchste Wirkungsgrade (rund 20 bis 23 Prozent) und geringer Flächenbedarf — erste Wahl für fast alle Hausdächer.
Polykristallin auslaufend
Günstiger in der Herstellung, aber geringerer Wirkungsgrad — im Neugeschäft kaum noch erhältlich, vor allem im Bestand zu finden.
Dünnschicht Sonderfälle
Leicht, flexibel und schwachlichttolerant, aber deutlich geringerer Wirkungsgrad — Nische für Fassaden und Spezialanwendungen.
Wechselrichter und Netzeinspeisegerät
Der Wechselrichter wandelt den vom Solargenerator gewonnenen Gleichstrom in netzüblichen Wechselstrom um. Er ist meist Bestandteil eines Netzeinspeisegeräts (NEG), das die Einspeisung des Stroms in das öffentliche Netz regelt. In der Praxis werden beide Begriffe oft synonym verwendet, wenngleich ein Wechselrichter ohne angebundenes NEG nur für vom Stromnetz unabhängige Insellösungen, etwa beim Camping, sinnvoll ist. Das NEG ist von seiner Funktion her mit der Steuerungseinheit bei Solarthermie-Anlagen vergleichbar.
Die Kosten für ein NEG hängen von dem gewünschten Leistungs- und Funktionsumfang ab. PV-Anlagenbetreiber müssen allerdings davon ausgehen, dass die Lebensdauer von Netzeinspeisegeräten und Wechselrichtern in den meisten Fällen erheblich kürzer ist als die des Solargenerators — nach rund 10 bis 15 Betriebsjahren ist häufig ein Austausch fällig. Dieser sollte schon bei der Planung mit eingerechnet werden, da die Kosten für einen Wechselrichter rund 10 % bis 15 % der gesamten Anlagenkosten betragen.
Bei der Auswahl des Wechselrichters stellt der Wirkungsgrad den entscheidenden Faktor dar. Er gibt an, wie viel Energie bei der Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom verlorengeht beziehungsweise wie viel Strom in das öffentliche Netz eingespeist wird. Mittlerweile erreichen Spitzenmodelle maximale Wirkungsgrade von rund 98 bis knapp 99 Prozent.
Der Wechselrichter im Überblick
1Worum es geht
Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom der Module in netzüblichen Wechselstrom, überwacht das Netz und liefert die Ertragsdaten für das Monitoring.
2Worauf achten
3Eckdaten
Der Wechselrichter ist das Arbeitstier der Anlage — ein kühler Standort und regelmäßige Kontrolle verlängern sein Leben.
Zähler
Die im Wechselrichter integrierten Zähler arbeiten in der Regel nicht geeicht und sind für die formale Abrechnung des Stroms nicht geeignet. Standard ist heute ein geeichter Zweirichtungszähler des Messstellenbetreibers: Er erfasst in einem Gerät getrennt, wie viel Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen und wie viel Solarstrom eingespeist wurde. Beide Mengen werden getrennt voneinander abgerechnet. Die gesamte Stromerzeugung der Anlage misst zusätzlich der Wechselrichter beziehungsweise ein eigener Erzeugungszähler; aus der Differenz ergibt sich der Eigenverbrauch. Für neue Anlagen mit mehr als 7 Kilowatt installierter Leistung ist seit den EEG-/MsbG-Änderungen 2025 ein intelligentes Messsystem mit Steuerungseinrichtung vorgesehen; darüber kann der Netzbetreiber die Einspeiseleistung bei Bedarf regeln, den Einbau übernimmt der Messstellenbetreiber.
Fazit
Eine Photovoltaikanlage besteht keineswegs nur aus den auf dem Dach montierten Solarmodulen. Für den Ertrag spielen neben der Art der Solarmodule, deren Verkabelung auch das richtige Netzeinspeisegerät eine zentrale Rolle. Zum Betrieb notwendig ist zudem ein geeichter Zähler — heute in der Regel ein Zweirichtungszähler. Zur Überwachung der Anlage werden heute üblicherweise Apps für das Smartphone zur Verfügung gestellt.
Checkliste Photovoltaikanlage Sie sind sich nicht sicher, ob Sie in eine Photovoltaik-Anlage investieren sollen? Oder Sie haben Ihre Entscheidung schon… weiterlesen
