Photovoltaik: Strom aus Solarenergie

Die quadratischen Plättchen sind schwarz oder dunkelblau. Anzutreffen sind sie auf Taschenrechnern, Radios, Umhängetaschen, an Hauswände und auf vielen Dächern. Maximal sind sie 200 cm² gross und jeweils in unterschiedlicher Zahl aneinandergefügt. Unabhängig davon erzeugen diese Solarmodule aber auf jeden Fall Strom. Die Nachfrage nach Photovoltaikzellen ist in den letzten Jahren weiterhin gewachsen. Erkennbar ist dies an der steigenden Vielfalt von Anwendungen und an der Zunahme von netzgekoppelten Photovoltaikanlagen. Ende 2020 waren beinahe 120‘000 Anlagen mit einem Ertrag von 3 Mrd. kWh installiert – 100 Prozent mehr als Ende 2015. Mit diesen Anlagen lassen sich knapp 5 % des gesamten inländischen Stromkonsums abdecken. Am Boom haben Hausbesitzer beträchtlichen Anteil. Mehr als zwei Drittel der installierten Solaranlagen befinden sich auf Dächern von Ein- und Mehrfamilienhäusern gefolgt von Zweckbauten in Gewerbe- und Landwirtschaftszonen.

Elektronenfluss im Siliziumkristall

Im Labor erreichen Solarzellen einen Wirkungsgrad zwischen 40 und 46 Prozent. Bescheidener ist die Ausbeute unter Alltagsbedingungen: Von der solaren Einstrahlung lassen sich zwischen 16 und 24 Prozent effektiv in Elektrizität umwandeln. Am häufigsten verwendet werden Solarzellen aus kristallinem Silizium. Fällt Licht auf eine Solarzelle, werden Elektronen frei, die sich durch das geladene elektrische Feld bewegen. Dieser «Strom» erzeugt eine Spannung, was als photovoltaischer Effekt bezeichnet wird. Zur Verbesserung der Lichtabsorption wird eine bläuliche Aussenschicht aufgetragen. Gleichmässig schimmernde Oberflächen deuten auf leistungsfähigere monokristalline Solarzellen hin, während polykristalline Solarzellen an ihrer typischen Marmorstruktur und den Silberstreifen erkennbar sind. Monokristalline Zellen sind jedoch günstiger in der Fabrikation; ebenso vereinfachen sie dank dezentem Aussehen eine gestalterische Integration in die Gebäudearchitektur. 

20 m² reichen aus

In einem kompakten Solarpaneel sind 60 bis 96 Halbleiterzellen zusammengestellt und mit Glas abgedeckt. Nicht zu verwechseln sind diese Module mit Sonnenkollektoren, hinter deren transparenten Oberflächen wasserführende Rohrschlaufen installiert sind, über die Wärme von den Absorbern in den Wärmespeicher transportiert wird. Den Strombedarf (ohne Heizung, Warmwasser und E-Mobil) eines Einfamilienhauses können PV-Anlagen mit Leistungsspitzen von 2 bis 3 Kilowatt (kW) etwa zu zwei Dritteln decken. Notwendig sind dazu Flächen von 16 bis 24 m² (Nennleistung 2‘500 – 4‘800Wp). Die Richtpreise pro installierte kWp betragen zwischen 2'000 und 5'000 Fr. Optimal ist dazu ein flach geneigtes und südlich orientiertes Dach. Vermehrt werden auch Ost-West-Anlagen gebaut, die Produktionseinbusse beträgt dabei 10 bis 15%. Werden farbige PV-Module installiert, ist mit ähnlichen Ertragsreduktionen zu rechnen.

Mit und ohne Netz

Mit schwankender Stromerzeugung ist zu rechnen. Im Sommer können bis zu drei Viertel der Jahresmenge erzeugt werden; im Winter entsprechend weniger. Generell wird empfohlen, allfällige Überschüsse in einer eigenen Batterie zu speichern. Die Eigenverbrauchsquote kann damit auf 60 % gesteigert werden. Auch dieses Marktsegment wächst: Zwischen 2019 und 2020 ist der Absatz von lokalen Speichersystemen um zwei Drittel gewachsen. Ein Netzanschluss braucht es dennoch: Saisonale und tageszeitliche Differenzen zwischen Produktion und Konsum werden vom lokalen Energieversorger ausgeglichen. Neben dem Wechselrichter ist einzig ein Stromzähler zu installieren, um die Menge des eingespeisten Stroms zu erheben. Ein Netzanschluss ist zudem Bedingung, um allfällige Förderbeiträge oder eine Einmalvergütung zu erhalten. Eine Vielzahl von Gemeindewerken, regionalen Energieversorgern oder kantonalen Energiefachstellen nimmt Gesuche dafür entgegen. Allen Hauseigentümern und Investoren wird empfohlen, für Anlagen mit einer Leistung unter 30 kW eine Einmalvergütung für kleine Anlagen (KLEIV) zu beantragen. Damit lassen sich gemäss Erfahrungswerten 20 % bis 30 % der Investitionskosten decken.