Strom aus Solarenergie

Die quadratischen Plättchen sind schwarz oder dunkelblau. Anzutreffen sind sie auf Taschenrechnern, Radios, Umhängetaschen oder dem Hausdach. Maximal sind sie 200 cm2 gross und erzeugen Strom. Die Nachfrage nach Photovoltaikzellen ist in den letzten Jahren enorm gewachsen. Erkennbar ist dies an der steigenden Vielfalt von Anwendungen und an der Zunahme von netzgekoppelten Photovoltaikanlagen. Ende 2016 waren 59'000 Anlagen mit einem Ertrag von 1,6 Mrd. kWh installiert – 20 Prozent mehr als Ende 2015. Die dazugehörige Modulfläche beträgt 11 Mio. m2. Mit diesen Anlagen lassen sich rund 400'000 Haushalte mit Strom versorgen (bei einem Verbrauch von 4'000 kWh je Haushalt). Am Boom haben Hausbesitzer beträchtlichen Anteil. Fast zwei Drittel der installierten Solaranlagen befindet sich auf Dächern von Ein- und Mehrfamilienhäusern.

Elektronenfluss im Siliziumkristall

Im Labor erreichen Solarzellen Wirkungsgrade von 40 oder gar 46 Prozent. Bescheidener ist die Ausbeute unter Alltagsbedingungen: Von der solaren Einstrahlung lassen sich zwischen 16 und 24 Prozent 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 erkennbar sind. Kostengünstigere Herstellungsverfahren sind bereits erprobt, beispielsweise durch Aufdampfen von Kristallen bei Dünnschichtzellen. Ihr Wirkungsgrad ist aber noch zu gering, um für eine breite Anwendung attraktiv zu sein. 

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 - 4'800 Wp). Die Richtpreise pro installierte kWp betragen zwischen CHF 2'000 und CHF 5'000. Optimal ist dazu ein flach geneigtes und südlich orientiertes Dach. Vermehrt werden auch Ost-West-Anlagen gebaut, die Produktionseinbusse beträgt nur 10 bis 15%.

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. In abgelegenen Ferienhäusern lassen sich allfällige Überschüsse in einer Batterie speichern. Ansonsten ist ein Netzanschluss zu empfehlen: 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 jedoch Bedingung, um allfällige Förderbeiträge oder Produktionszuschüsse zu ermöglichen. Eine Vielzahl von Gemeindewerken, regionalen Energieversorgern oder kantonalen Energiefachstellen nimmt Gesuche für Investitionshilfen, die Integration in Solarstrombörsen respektive Einmalvergütungen entgegen. Für die Förderung durch die nationale Netzgesellschaft Swissgrid wurden über Jahre zwei unterschiedliche Modelle verwendet: die Kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) und die Einmalvergütung. Das Bundesamt für Energie (BFE) fördert zukünftig nur noch Anlagen mit einer Spitzenleistung von über 100 kW durch die Kostendeckende Einspeisevergütung. Das BFE empfiehlt allen Hauseigentümern und Investoren, für Anlagen unter 30 kW eine Einmalvergütung für kleine Anlagen (KLEIV) zu beantragen. Damit lassen sich gemäss BFE 20 % bis 30 % der Investitionskosten decken.