Seit Jahren prognostizieren Wissenschaftler, dass es durch den Klimawandel zu Veränderungen kommt. Daher wird die Nutzung von Sonnenenergie ebenso gefördert wie die Nutzung von Wind und anderen regenerativen Energiequellen. Hier informieren wir über die Solaranlage und allem, was damit zusammenhängt.
Inhaltsverzeichnis
So funktioniert die Solaranlage
Genau genommen werden mit dem Begriff Solaranlage zwei unterschiedliche Anlagen bezeichnet: die Photovoltaikanlage und die Solarthermieanlage.
Zwar nutzen sowohl die Photovoltaikanlage als auch die Solarthermienanlage die von der Sonne kostenlos gelieferten Strahlen, sie unterscheiden sich jedoch hinsichtlich der erzeugten Energie. Während mit Photovoltaik elektrischer Strom erzeugt wird, sorgt die Solarthermie für Wärmeenergie und unterstützt die Heizung oder Warmwasserbereitung. Ist genügend Platz auf dem Dach, können beide Anlagen miteinander kombiniert werden.
Photovolktaikanlage
Eine Solar- oder Photovoltaikanlage wandelt Sonnenstrahlen in elektrische Energie um. Während für ein privates Einfamilienhaus eine Solaranlage im Kilowattbereich ausreichend ist, können große Anlagen mehrere Megawatt an Energie erzeugen.
Auf das Hausdach oder eine andere, von Sonne beschienene Stelle, werden Solarmodule montiert. Trifft die Sonnenstrahlung auf die darin verbauten Solarzellen, wandeln diese die Sonnenenergie in elektrische Energie um. Ein Wechselrichter wandelt den von der Solaranlage erzeugte Gleichstrom in direkt nutzbaren Wechselstrom.
Solarthermie
Bei thermischen Solaranlagen wird die Sonnenenergie in Wärme umgewandelt. Daher heißen sie gelegentlich Solarheizung oder Sonnenkollektoranlage und unterstützen die Heizung, heizen Schwimmbecken oder bereiten warmes Wasser.
Den Pool mit der Solaranlage heizen
Soll die Sonne nur das Wasser im Pool heizen, reichen die günstigen Solarabsorber aus. Vom Fassungsvermögen des Pools und der beim Schwimmen gewünschten Temperatur hängt es ab, wie groß die Solarabsorberfläche sein sollte.
Selbstverständlich kann auch die Solarthermieanlage für die Poolheizung genutzt werden. Da diese besonders in den Sommermonaten oft mehr Wärme erzeugt als im Haus verbraucht wird, lässt sich der Überschuss an Wärme im Pool gut nutzen.
Allerdings kostet eine Solarthermieanlage deutlich mehr als Solarabsorber. Dafür spart sie langfristig Energie und heizt das Wasser umweltfreundlich auf. Kombiniert mit einem modernen Brennwertkessel lassen sich mit einer Solarthermieanlage mehr als 35 Prozent Energie jährlich sparen.
Die Komponenten einer Solaranlage zur Stromerzeugung
Die Solarmodule bilden den von außen gut sichtbaren Teil der Solaranlage. Sie werden zusammengekoppelt und bilden den Solargenerator. Grundsätzlich gibt es netzgekoppelte Anlagen, die an das örtliche Stromnetz angeschlossen sind und Inselanlagen, die völlig autark funktionieren.
Für eine netzgekoppelte Solaranlage werden folgende Komponenten benötigt:
- Zu einem Solargenerator gekoppelte Solarmodule
- Anschlusskasten für den Generator, inklusive Sicherungen
- Wechselrichter
- Zähler für die Einspeisung der elektrischen Energie ins örtliche Stromnetz
- Verkabelung von den Modulen zum Wechselrichter
- Verkabelung vom Wechselrichter bis zur Einspeisestelle
Die Querschnitte der Kabel richten sich nach der Leistung von Modulen und Wechselrichter und der benötigten Länge. Ist ein Stromspeicher vorhanden, speichert dieser den am Tag erzeugten Strom für die spätere Nutzung.
Für eine unabhängige Inselanlage werden folgende Komponenten benötigt:
- Zu einem Solargenerator gekoppelte Solarmodule
- Ausreichender Energiespeicher für die Zeit, in der zwar Energie benötigt, aber keine produziert wird. Die Größe des Speichers richtet sich nach dem Energiebedarf und der Leistung des Generators.
- Laderegler schützen den Energiespeicher vor Überladung und Tiefentladung.
- Insel-Wechselrichter erlauben das Betreiben von Verbrauchern mit Wechselstrom.
- Verkabelung mit geeignetem Querschnitt der Leitung.
Die Komponenten einer thermischen Solaranlage
Durch Sonnenkollektoren auf dem Hausdach werden die Strahlen der Sonne in Wärme gewandelt und auf die Solarflüssigkeit übertragen. Für die Bereitung von Warmwasser werden zwischen drei und sieben Quadratmeter Kollektorfläche benötigt. Soll die Solarthermie auch die Heizung unterstützen, sollte es doppelt so viel Fläche sein.
Solarflüssigkeit ist in der Regel eine Mischung aus Frostschutzmittel mit Wasser, das die Wärme zwischen Speicher und Kollektor transportiert. Via Wärmetauscher wird im Speicher die Wärme an das dortige Wasser abgegeben.
Der Solarregler steuert die thermische Solaranlage. Er erkennt, wann er Wärme in den Speicher transportieren soll und schaltet dafür die Pumpe ein und aus. Oft hat er noch zusätzliche Funktionen wie eine Legionellen- oder Urlaubsschaltung.
Wärmetauscher und Solarspeicher: Da die thermische Solaranlage dann Wärme produziert, wenn die Sonne scheint, muss diese gespeichert werden, bis sie benötigt wird. Der Speicher wird mit dem Hauptheizsystem verbunden. Ohne Hauptheizsystem reicht die Leistung der thermischen Solaranlagen in unseren Breitengraden kaum aus. Sie kann zwar den Bedarf an Warmwasser im Sommer decken, braucht aber im Winter oft die Unterstützung des Heizkessels.
Der Ausgleichsbehälter gleicht Druck- und Volumenänderungen im System aus und sorgt dafür, dass keine Schäden durch Überdruck an den Rohren oder andren Komponenten entstehen können.
Photovoltaik mit thermischen Solaranlagen kombinieren
Wird eine thermische Solaranlage mit einer Photovoltaikanlage kombiniert, funktioniert das perfekt. Dann betreibt der Solarstrom die Wärmepumpe der thermischen Anlage. Ist der Stromspeicher gefüllt, lässt sich zu viel produzierter Strom auch als Wärme speichern.
Je nach Sonneneinstrahlung wird die Temperatur des Wassers dank der thermische Solaranlage richtig hoch. Werden beide Systeme gut aufeinander abgestimmt miteinander kombiniert, lässt sich deren Effizienz steigern.
Pufferspeicher für thermische Solaranlagen
Ein Pufferspeicher speichert das von der Sonne erzeugte Warmwasser, bis es von einem Verbraucher abgerufen wird. Von einem normalen Speicher für Warmwasser unterscheidet sich der Pufferspeicher durch eine längere Speicherfähigkeit.
Der eigentliche Warmwasserspeicher ist mit einem dicken Mantel gut vor Auskühlung geschützt. Je ein Wärmetauscher führt zur Solarthermieanlage und zum Hauptheizsystem und sorgt dafür, dass die Wärme von Heizung oder Solarzellen im Wasser gespeichert werden kann.
Solarstromspeicher für Photovoltaikanlagen
Diese gibt es als Bleisäure- und Bleigel-Akkus, aber auch als Lithium-Ionen-Stromspeicher. Sie haben unterschiedliche Vor- und Nachteile. Sämtliche Solarstromspeicher können den von der Photovoltaikanlage erzeugten Strom als Gleichstrom speichern.
Da jede Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom auch Energie kostet, sollte der Wechselrichter erst nach dem Speicher angebracht werden. Die passende Größe des Solarstromspeichers hängt von der im Haushalt benötigten Energie, aber auch von der Leistung der Photovoltaikanlage ab. Ist der Speicher zu groß, kann das Potential nicht voll genutzt werden, ist er zu klein, wird es verschenkt.
Wie bei den Solarthermieanlagen produziert auch die Photovoltaikanlage den meisten Strom genau dann, wenn die Hausbewohner an der Arbeit sind. Ist ein Stromspeicher vorhanden, wird der erzeugte Strom nicht sofort ins örtliche Stromnetz eingespeist, sondern gespeichert und steht dann zur Verfügung, wenn er benötigt wird.
Die Rentabilität einer Photovoltaikanlage steigt mit dem eigenen Stromverbrauch und senkt die Stromkosten. Fast alle Photovoltaikanlagen können mit einem Solarstromspeicher ausgerüstet werden. Das gilt auch für ältere Anlagen.
Vorteile einer Photovoltaikanlage
Mit Hilfe der Sonnenenergie erzeugt eine Photovoltaikanlage elektrischen Strom aus kostenlosem und regenerativem Sonnenlicht. Diese Leistung ist gratis. Wird Strom erzeugt und im eigenen Haushalt verbraucht, senkt das die Stromkosten erheblich: Während für eine Kilowattstunde des Stromversorgers derzeit fast 30 Cent fällig sind, kostet die durch Photovoltaik erzeugte Kilowattstunde noch nicht einmal 15 Cent.
Wird die Photovoltaikanlage selbst finanziert, hat sie sich nach rund zwölf Jahren amortisiert. Etwas länger dauert es, wenn die benötigte Investition über ein Darlehen finanziert wurde. Ein Photovoltaikmodul ist durchaus leistungsfähig und kann – je nach Standort – jährlich bis zu 250 Kilowattstunden Strom erzeugen. Die mögliche Betriebszeit moderner Photovoltaikanlagen beträgt bis zu 40 Jahre: Ist sie einmal abgezahlt, fährt sie zuverlässig Gewinn ein.
- Dank der kostenlos von der Sonne zur Verfügung gestellten Energie werden die knappen fossilen Ressourcen geschont.
- Es werden keine Emissionen erzeugt.
- Es fallen lediglich Anschaffungs- und Wartungskosten an.
- Bei der gleichzeitigen Nutzung von Photovoltaik und Elektrofahrzeug befindet sich eine eigene Tankstelle auf dem Dach.
Tipps rund um die Solaranlage
Solaranlagen sind auf vielen Dächern möglich
Auch wenn die meisten Sonnenstrahlen auf ein nach Süden gerichtetes Dach fallen, lohnt sich die Solaranlage auch auf vielen Dächern, die nach Westen oder Osten gerichtet sind. Gegebenenfalls muss die Leistung der Anlage durch extra Solarmodule erhöht werden.
Diese Aspekte sollten bei der Planung einer Solaranlage beachtet werden:
- Globalstrahlung: Eine Solaranlage nutzt nur einen Teil der Sonnenenergie. Daher hängt der Ertrag der Anlage von der Globalstrahlung am gewünschten Standort ab.
- Ausrichtung des Daches: Optimal wäre ein nach Süden geneigtes Dach. Doch auch ein nach Ost oder West gerichtetes Dach bringt noch genügend Ertrag.
- Neigungswinkel: Dieser liegt am besten zwischen 30 und 50 Grad. Je weiter die Ausrichtung nach Ost oder West ist, desto besser ist eine flachere Neigung.
- Verschattungen: Sorgen hohe Bäume oder andere Gebäude für Schatten, kann die Anlage ihre volle Leistung nicht erreichen. Das gilt nicht nur im Sommer, sondern auch im Winter, wenn die Sonne insgesamt niedriger steht.
Die optimale Größe der Solaranlage
Je mehr Dachfläche zur Verfügung steht, desto mehr Solarmodule können auf dem Dach montiert werden. Für die Fläche sollte die Dachhöhe mal Dachbreite geschätzt werden, selbstverständlich ohne Schornstein und andere Aufbauten.
Weiterhin richtet sich die Größe der Solaranlage nach dem Verbrauch an Warmwasser oder Strom. Ein Wirtschaftlichkeitsrechner hilft bei der Schätzung des jährlichen Ertrags. Anschließend können die dafür nötigen Kosten abgeschätzt werden.
Lohnt sich die Versicherung der Solaranlage?
Bevor eine Solaranlage auf dem Dach montiert wird, erfolgt die Berechnung der Amortisationszeit. Ist diese Zeit vergangen, sind die Kosten bezahlt und die Anlage produziert Gewinn. Fällt die Solaranlage jedoch durch eine Naturkatastrophe, Brand oder anderen Schaden aus, bringt sie keinen Ertrag, sondern muss repariert werden.
Gleichzeitig muss die Stromversorgung vollständig vom örtlichen Energieversorger übernommen werden. Besonders bei Naturkatastrophen und Unwettern kann der finanzielle Schaden enorm sein. Eine Photovoltaikversicherung schließt viele Schäden ein, beispielsweise Brand, Hagel, Blitzschlag, Sturm oder Überschwemmungen. Je nach Versicherung sind auch andere Schäden versichert. Das kann für Fehler bei der Bedienung, aber auch Fehler in Konstruktion und Material sein, aber auch für Vandalismus und Diebstahl.
Wenn die Sonne nicht ausreichend scheint
Von Mai bis September produziert die Solaranlage dank der höheren Sonneneinstrahlung deutlich mehr Strom oder Wärme. Eine thermische Solaranlage produziert während dieser Zeit ausreichend Warmwasser für ein Einfamilienhaus. Oft wird so viel Wärme erzeugt, dass sie sogar für das Heizen des Poolwassers ausreicht.
Im Winter braucht die Solaranlage allerdings die Unterstützung durch das Hauptheizsystem. Das liegt daran, dass der Wärmebedarf in den Wintermonaten deutlich höher ist als im Sommer. Solange sich die Wärme des Sommers nicht bis zum Winterende speichern lässt, solange wird in dieser Zeit eine zusätzliche Heizung fürs Warmwasser benötigt.
Hauskauf mit Solaranlage: Was ist zu beachten?
Grundsätzlich sind vor dem Kauf folgende Aspekte zu klären:
- Gehört die Solaranlage tatsächlich zum Haus?
- Wurde die Solaranlage nach den baurechtlichen Vorschriften errichtet?
- Wie hoch ist der Restwert der Solaranlage?
- Welchen Gewinn erwirtschaftet die Solaranlage?
Wird ein Teil des erzeugten Stroms in das Stromnetz eingespeist, führt das zu einer gewerblichen Tätigkeit des Inhabers. Damit verbunden sind Ertrags- und Umsatzsteuerzahlungen.
Tipp: Soll ein gebrauchtes Haus mit Solaranlage erworben werden, sollte nicht nur ein Architekt das Haus und ein entsprechender Fachmann die Leistung der Solaranlage beurteilen, sondern auch der Steuerberater zu Rate gezogen werden. Schließlich hat der Betrieb einer Photovoltaikanlage steuerrechtliche Folgen.
Kosten einer Solaranlage
Die Kosten der Photovoltaikanlage richten sich nach der Leistung und werden in kWp (Kilowatt Peak) angegeben. Für kleinere Anlagen bis zu sechs kWp muss mit 1.500 Euro pro kWp gerechnet werden.
Gesamtleistung/Preis pro kWp:
- 1 – 19 kWp: ca. 1.500 Euro
- 11 – 40 kWp: ca. 1400 Euro
- 41 – 500 kWp: ca. 1.300 Euro
- ab 500 kWp: ca. 1.200 Euro
Soll der Bedarf eines Einfamilienhauses gedeckt werden, kostet die Anlage zwischen 5.000 und 10.000 Euro. In diesen Kosten sind neben den Solarmodulen auch die anderen, oben aufgeführten Komponenten enthalten. Montage und Installation sorgen für zusätzliche Kosten, ebenso wie Stromzähler, gelegentliche Wartung und Versicherung.
Soll ein Stromspeicher den tagsüber erzeugten Strom speichern, lässt sich die Rechnung beim Stromversorger senken. Dafür ist für den Stromspeicher eine Investition zwischen 6.000 und 15.000 Euro nötig.
Öffentliche Förderung unterstützt die Finanzierung
Es gibt eine ganze Reihe an Programmen, die Hausbesitzern den Erwerb von Solaranlagen und dazugehörigen Speichern erleichtern sollen. Manche von ihnen gelten in der gesamten Bundesrepublik, andere wiederum nur in einem Bundesland oder der Kommune. Diese Förderungen sind möglich:
- Zinsgünstiges Darlehen mit Tilgungszuschuss
- Zinsgünstiges Darlehen
- Investitionszuschuss
Wer sich dafür interessiert, sollte sich vor dem Kauf der Solaranlage darum kümmern, da der Antrag in der Regel vorher eingereicht werden muss. Oft gelten Bedingungen für die Gewährung einer Förderung. Das kann den Ort der Installation betreffen, aber auch die geplante Betriebsdauer. So werden beispielsweise bei der KfW-Bank erneuerbare Energien mit speziellen Programmen gefördert. Welche Förderung tatsächlich genutzt werden kann, verrät ein Fördermittel-Check oder ein Fördermittel-Berater.
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