Spätestens mit Inkrafttreten der Energiestrategie 2050 hat sich die Nutzung der kostenlos und unbeschränkt zur Verfügung stehende Sonnenergie mittels Photovoltaik und Solarthermie als ökologisch und ökologisch höchst interessanter Weg in die Energiezukunft breit etabliert.

Gemäss einer Studie des BFE (Bundesamt für Energie) könnte mit Photovoltaik bei einer optimalen (jedoch wenig realistischen) Ausnutzung sämtlicher geeigneten Flächen der gesamte Stromverbrauch der Schweiz zu über 100 % gedeckt werden. Der forcierte Ausbau dieser Technologie wird aber einen zentralen Beitrag zur Kompensation des Atomausstiegs und zur Bedarfsabdeckung der Veränderungen im Bereich Mobilität (z.B. Elektroautos) leisten.

Das Basiswissen über die Photovoltaik verbreitet sich zur Zeit rasant. Gleichzeitig entstehen aber auch falsch verstandene Vorurteile und das praktische Verständnis hinkt hinterher. Hier finden Sie alles, was Sie wissen müssen, um selber von der Photovoltaik profitieren zu können.

Was ist Photovoltaik?

Etwas allgemein verständliches Fachchinesisch gibt die genaue Antwort: Photovoltaik ist ein physikalischer Prozess, der vom photoelektrischen Effekt profitiert: Mittels Solarzellen wird die Strahlungsenergie der Sonne in Gleichstrom umgewandelt, welcher durch einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und für die Nutzung verwendbar gemacht wird.

Wie funktioniert Photovoltaik?

Die Antwort auf diese Frage gibt noch etwas mehr Fachchinesisch: Die erwähnten Solarzellen bestehen zumeist aus Silizium-Halbleitermaterial, welches elektromagnetische Strahlung (also das Sonnenlicht) in elektrischen Strom zu wandeln in der Lage ist. Dabei werden die einfallenden Lichtteilchen (Photonen) vom Halbleiter absorbiert, wodurch die Elektronen des Halbleiters auf ein höheres Energieniveau gehoben und sich dadurch im Material bewegen können.

Aus welchen Modulen/Komponenten besteht eine Photovoltaik-Anlage?

Eine Photovoltaik-Anlage besteht aus drei oder vier Hauptkomponenten, ergänzt durch diverse Kleinteile wie Montage- und Verbindungsmaterial (s. dazu auch Abschnitt «Anbringung»:

1. die Solarpanels, auch Solarzellen oder Solarmodule genannt: Hier wird die Sonnenenergie in elektrischen Strom umgewandelt.
2. der Wechselrichter: Er vollzieht die Umwandlung des produzierten Gleichstroms (DC) in den für die direkte Verwendung oder Einspeisung erforderlichen Wechselstrom (AC).
3. der Stromzähler: Er misst nicht nur den Verbrauch wie herkömmliche Stromzähler, sondern sowohl die Einspeisung ins Hausnetz (Eigenverbrauch) als auch ins Stromnetz (Abführen von Überproduktion). Mit modernen SmartMetern kann auch der Verbrauch aller angeschlossenen Geräte überwacht und protokolliert werden.
4. der Stromspeicher (optional): Er kann Strom aus produktionsstarken Tageszeiten für die Verwendung in verbrauchsstarken Tageszeiten zwischengespeichert werden

Welche Voraussetzungen beeinflussen die Effizienz einer Photovoltaik-Anlage?

Die Effizienz einer Photovoltaik-Anlage ist von verschiedenen nicht beeinflussbaren Faktoren abhängig:

• z.B. von der zur Verfügung stehenden Fläche (Faustregel: zur Versorgung eines Einfamilienhauses mit durchschnittlichem Verbrauch sind heute mindestens rund 30m2 Solarzellen erforderlich)
• z.B. von der Ausrichtung der Solarpanels (je südlicher, umso besser)
• z.B. von den meteorologischen Bedingungen des Standorts (je höher die Anzahl Regentage, umso tiefer die Stromausbeute)
• z.B. von der Umgebung des Standorts (Schattenwurf durch andere Gebäude, Bäume, Topologie etc. reduziert das Produktionspotenzial)
• z.B. von den geografischen Bedingungen des Standorts (im Vergleich zu belasteter Luft in tiefen Lagen erhöht klare, kalte Bergluft z.B. die Produktionskapazität)

Ein cleveres Berechnungshilfsmittel des BFE macht es einfach, erste Auskünfte über das Solarpotenzial eines Standorts zu erhalten.

Was ist der Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie?

Photovoltaik und Solarthermie nutzen beide die Sonnenenergie – jedoch auf völlig unterschiedliche Art und Weise:

• Die Photovoltaik wandelt die Sonnenstrahlung wie beschrieben in elektrischen Strom um, welcher beliebig verwendet werden kann.
• Die Solarthermie nutzt die Sonnenstrahlung zur direkten Produktion vom Warmwasser. Dabei wandelt ein Sonnenkollektor die Sonnenenergie in Wärme um, welche über einen Wärmeträger und einen Wärmetauscher direkt an das Brauchwasser abgegeben und für die Nutzung zur Verfügung gestellt wird.

Verschiedenste Aspekte sprechen für den Einsatz von Photovoltaik. Deren Gewichtung bei den Überlegungen zur Anschaffung eines Systems ist höchst individuell – Sie alleine wissen, was für Sie am meisten zählt.

Warum sich Photovoltaik lohnt – die Vorteile der Photovoltaik im Überblick

• Photovoltaik nutzt als Primärenergie die kostenlos und unendlich verfügbare Sonnenenergie.
• Photovoltaik erzeugt keinerlei Emissionen – weder Abgase noch Lärm.
• Photovoltaik braucht keine Brenn- oder andere Betriebsstoffe
• Photovoltaik beansprucht einen sehr geringen Wartungs-/Unterhaltsaufwand.
• Photovoltaik ist sehr langlebig, da sie keine Verschleissteile aufweist. Hersteller geben auf Solarzellen eine Garantie zwischen 20 und 25 Jahren, deren durchschnittliche Lebensdauer liegt bei 30 bis 40 Jahren.
• Photovoltaik produziert Strom, der für unterschiedlichste Anwendungen eingesetzt werden kann – z.B. Heizung, Stromverbrauch im Haushalt, Elektromobilität.
• Photovoltaik kann weitgehend unabhängig machen vom Stromlieferanten.

Ab wann rechnet sich Photovoltaik?

Eine allgemeine Formel für die Beantwortung dieser Frage gibt es nicht. Grundsätzlich können Sie aber davon ausgehen, dass für den durchschnittlichen Stromverbrauch eines Einfamilienhauses rund 30 m2 Solarzellen erforderlich sind.

Wichtig bei der Auslegung einer Photovoltaik-Anlage ist es, den Eigenverbrauch so hoch wie möglich zu halten. Denn die Vergütung für die Einspeisung der Stromüberproduktion ins Stromnetz liegt weiter unter dem Bezugspreis für Strom. Zur Unterstützung des höchstmöglichen Eigenverbrauchs bietet sich die Installation eines Batteriespeichers an.

Was sich bei den Berechnungen der erforderlichen Investitionen in eine Photovoltaik-Anlage grundsätzlich nicht quantifizieren lässt, ist der Faktor Ökologie. Denn dieser ist und bleibt Einstellungssache: Nur Sie wissen, wie wichtig Ihnen persönlich dieser Aspekt ist und wie stark sie ihn gewichten möchten.

Hat Photovoltaik auch Nachteile?

Selbstverständlich gilt es, sich beim Entscheid für eine Photovoltaik-Anlage auch die im Vergleich eher weniger ins Gewicht fallenden Nachteile der Technologie bewusst zu sein:

• Photovoltaik braucht viel Platz – auf oder neben dem Gebäude.
• Bei wenig Sonnenschein produziert Photovoltaik auch weniger Strom, was aber durch den Einsatz von Batteriespeichern weitgehend kompensiert werden kann.
• Die Anschaffungskosten für eine Photovoltaik-Anlage sind (zumindest heute noch) vergleichsweise hoch. In absehbarer Zeit dürften Solarzellen tendenziell aber günstiger und gleichzeitig noch effizienter werden.

Im Vergleich zu anderen haustechnischen Anlagen (z.B. Heizung, Lüftung etc.) ist die Installation einer Photovoltaik-Anlage mit relativ wenig Aufwand verbunden, die bauseitigen Eingriffe sind minimal. Am aufwändigsten sind die elektrotechnischen Installationen. Auch im Betrieb ist eine Photovoltaik-Anlage anspruchslos und erfordert keine vertieften Kenntnisse.

Anbringung/Aufstellung

Die unterschiedlichen Montagemöglichkeiten der Solarpanels machen die Photovoltaik bezüglich Aufstellung äusserst flexibel

• Aufdachmontage: die günstigste, schnellste und einfachste Montageart – die Panels werden mit Haken über den Ziegeln montiert, Dachdeckerarbeiten sind nicht erforderlich.
• Indachmontage: die ästhetisch eleganteste Lösung – die Panels werden vom Dachdecker mehr oder weniger flächenbündig zu den Ziegeln montiert.
• Flachdachmontage: Die Panels werden auf Ständern montiert und in den für die Einstrahlung optimalen Winkel gebracht.
• Fassadenmontage: Die Panels werden entweder senkrecht auf die Hauswand oder mit Kollektorstützen abgewinkelt montiert.
• Feldaufstellung: Auf individuell konstruierten Gerüsten werden die Panels im richtigen Winkel zur Einstrahlung montiert. Bei grösseren Anlagen lässt sich die Ausrichtung der Panels durch Drehen und/oder Kippen dem jeweiligen Sonnenstand anpassen.

Betrieb

Aufgrund der Langlebigkeit aller Komponenten ist der Betriebs- und Unterhaltsaufwand für eine Photovoltaik-Anlage über viele Jahre vernachlässigbar. Wichtig ist die kontinuierliche Überwachung der Leistung Ihrer Anlage, um Unregelmässigkeiten rechtzeitig zu erkennen und entsprechende Massnahmen einleiten zu können. Zudem empfiehlt es sich, alle 3 bis 5 Jahre eine Reinigung der Panels und einen Anlagencheck auszuführen.

Die Photovoltaik-Anlage produziert Strom, wenn die Sonne scheint. Am meisten Strom verbrauchen wir aber, wenn es dunkel wird. Dieses Dilemma kann, wie bereits kurz erwähnt, mit einem Stromspeicher überbrückt werden: Er speichert den Strom, wenn er produziert wird und gibt ihn wieder ab, wenn er gebraucht wird.

Am weitesten verbreitet sind heute Lithium-Ionen-Speicher, welche – natürlich in bedeutend kleineren Dimensionen – auch in Smartphones oder Tablets zum Einsatz kommen. Weitere Bauarten wie Salzspeicher, Blei-Akkus, Redox-Flow-Speicher oder Salz-Nickel-Speicher sind Gross- und Spezialanwendungen vorbehalten und machen für den Einsatz im Privatbereich keinen Sinn.

Die Dimensionierung eines Stromspeichers richtet sich nach dem erwarteten Stromverbrauch einer Immobilie. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Maximierung des Eigenverbrauchs. Obwohl Stromspeicher nach wie vor recht kostspielig sind (Fachleute gehen davon aus, dass sich die Preise in näherer Zukunft jedoch eher nach unten bewegen werden), rechnet sich deren Einsatz oft.

Die Kosten für eine Photovoltaik-Anlage werden unter anderem von der Verfügung stehenden Fläche und der darauf platzierbaren Kollektorfläche bestimmt. Nachfolgende Darstellung zeigt eine Übersicht über die durchschnittlich zu erwartenden Kosten:

Berechnungsbasis:

• Kosten für ein durchschnittliches Einfamilienhaus
• Stromverbrauch: 4'500 kWh
• Leistung der Photovoltaik-Anlage: 8 - 10 kWp

Die Installation einer Photovoltaik-Anlage wird in der ganzen Schweiz vom Bund mit einer Einmalvergütung finanziell unterstützt. Als Basis für die Berechnung der Unterstützung wird die thermische Kollektor-Leistung (TKN) beigezogen. Über www.kollektorliste.ch können Sie unter Angabe der Informationen zum eingesetzten Kollektor schnell und einfach herausfinden, mit welchen Förderbeiträgen Sie rechnen können.

Je nach Standortkanton und -gemeinde können Sie zusätzlich mit kantonaler und kommunaler Unterstützung rechnen.

Ein weiterer finanziell interessanter Aspekt: Die Installation einer Photovoltaik-Anlage auf einem bestehenden Gebäude ist in beinahe allen Kantonen zumindest ein Teil der Investitionskosten steuerlich abzugsfähig. Ausnahmen bilden hier die Kantone Luzern und Graubünden, wo nur Investitionen in Solarwärme (Solarthermie) abzugsfähig sind.

Der Irrglaube, dass Photovoltaik-Module, resp. die Solarpanels, eine grosse Menge an gefährlichen oder seltenen, nur knapp verfügbaren Stoffen enthalten, ist leider weit verbreitet. Tatsache ist nämlich, dass im Falle eines Recyclings rund 75% eines Solarpanels wiederverwendet werden können:

• Rund 90% eines Solarpanels bestehen aus Glas, welches wiederaufbereitet werden kann.
• Die feine Silizium-Schicht, welche für die Umwandlung von Sonnenenergie in Strom verantwortlich zeichnet, wird zusammen mit dem Glas wiederaufbereitet und für andere Zwecke verwendet.
• Die Verbundfolien, welche die Silizium-Schicht mit den Glasträgern im Solarpanel verbinden, werden verbrannt, die dabei entstehende Wärme kann anderweitig eingesetzt werden.
• Die Metalle, welche rund 5 bis 8% eines Solarpanels ausmachen, können extrahiert und ebenfalls wiederverwendet werden.

Beim Kauf eines Solarpanels wird, wie bei allen anderen elektrischen Geräten, eine vorgezogene Recyclinggebührt (vRG) erhoben, um das fachgerechte Recycling zu finanzieren.

Auch die oft gehörte Meinung, um die gesamte Ökobilanz der Solarpanels sei es alles andere als gut bestellt, stimmt nicht: Die durchschnittliche Lebensdauer eines Solarpanels beträgt rund 25 Jahre, bereits nach 2 Jahren Betrieb ist es jedoch energetische amortisiert.

Elektrischer Strom aus Eigenproduktion ist vor allem dann interessant, wenn er für den Betrieb von Systemen mit vergleichsweise höherem Stromverbrauch eingesetzt wird.

Sowohl Photovoltaik als auch Wärmepumpen sind besonders umweltschonende und energieeffiziente Lösungen und ein eigentliches Traumpaar: Die Wärmepumpe setzt die in der Umgebung vorhandene Wärme aus der Luft, dem Erdreich oder dem Wasser unter Einsatz von elektrischem Strom in Heizwärme um, die Photovoltaik produziert den dafür erforderlichen Strom aus der Sonneneinstrahlung. Gleichzeit erweisen sich beide Systeme im kombinierten Betrieb auch als besonders kostenwirksam.

Solarkollektoren geben Sonnenwärme direkt an Wasser weiter. Mit einer Pumpe wird, vereinfacht gesagt, permanent kühles Wasser zur Erwärmung zu den Solarpaneelen geführt und von dort, im erwärmten Zustand, an die Heizung oder die Warmwasserversorgung zurückgepumpt. Dieses System kann optimal mit selbst produziertem Strom aus einer Photovoltaik-Anlage betrieben werden.

Zu bedenken ist dabei aber, dass sowohl die Solarpaneele als auch die Photovoltaik-Module ziemlich viel Platz in Anspruch nehmen. Es muss also viel freie Fläche vorhanden sein, um beide Systeme mit genügend Leistung parallel betreiben zu können.

E-Mobilität profitiert von der Tankstelle auf dem Hausdach! Rund 15 m2 Kollektorfläche reichen aus, um den durchschnittlichen Jahresverbrauch eines Autos mit Elektroantrieb abzudecken. Ein Elektroauto wird mit selbst produziertem Strom noch ökologischer. Zudem kann die Batterie des E-Fahrzeugs als Zwischenspeicher genutzt werden. Die Nutzung des Solarstroms für Elektromobilität kann einen wesentlichen Beitrag zur Steigerung des Eigenverbrauchs des produzierten Stroms leisten.

Gemäss dem eidgenössischen Raumplanungsgesetzt braucht es grundsätzlich keine Baubewilligung, aber eine Meldung an die zuständige Baubehörde. Ausnahmen sind spezielle Gebäude wie geschützte Bauten oder Kultur- und Naturdenkmäler.

Grundsätzliche ja, die kantonalen Regeln sind jedoch sehr unterschiedlich (s. nachfolgende Grafik ).

Photovoltaik wird in der Energie-Zukunft eine zentrale Rolle spielen. Deshalb sind in den kommenden Jahren auch weitere Entwicklungen zu erwarten. Viel Potenzial steckt zum Beispiel in Energieverbünden, d.h. gemeinsamer Installation von grösseren Photovoltaik-Anlagen auf mehreren benachbarten Liegenschaften oder ganzen Quartieren, was die Effizienz der Photovoltaik auf ein neues Niveau heben wird.