Photovoltaik: Strom für den Hausgebrauch

(knü) Die kleinen, schwarz glänzenden Quadratplättchen sind im Alltag häufig anzutreffen: auf Taschenrechnern, an Radios oder Umhängetaschen. Sogar unübersehbar sind sie an einer ebenso zunehmenden Zahl von Hauswänden und -dächern. Die Einzelmodule sind mindestens 200 cm² gross und lassen sich fast nach Belieben zu kleinen bis grossen PV-Einheiten aneinanderfügen. Unabhängig dieser Konfiguration: Jedes Solarmodul erzeugt Strom, wofür sich immer mehr Hauseigentümer interessieren. Die Nachfrage stieg zuletzt sprunghaft an, weisen aktuelle Zahlen der nationalen Energiestatistik aus. 2021 würden mehr als 23‘000  netzgekoppelte, an Gebäuden integrierte Photovoltaikanlagen installiert. Dadurch stieg die Zubaurate von 2020 bis 2021 um beinahe 50 %. In den letzten fünf Jahren konnte der PV-Ertrag mehr als verdoppelt werden. Inzwischen decken PV-Anlagen 4.9 % des inländischen Stromkonsums. Dieser Boom ist privaten Hausbesitzern zu verdanken: Zwei von drei Anlagen sind auf Dächern von Einfamilienhäusern installiert. Und was auch weiter Zuspruch erhält: Die Zahl von Solarfassaden nimmt stetig zu.

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 13 und 20 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. Abdeckgläser mit strukturierten oder eingefärbten Oberflächen ermöglichen weitere Gestaltungsvarianten.

20 m² reichen aus

In einem kompakten Solarpaneel sind 60 bis 96 Halbleiterzellen zusammengestellt und mit Glas abgedeckt. Nicht zu verwechseln sind die PV-Module mit thermischen Sonnenkollektoren, hinter deren transparenten Oberflächen wasserführende Rohrschlaufen installiert sind; sie führen die Wärme von den Absorbern in einen Speicher im Keller ab. Den Strombedarf (ohne Heizung, Warmwasser und Elektromobilität) 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 4'000 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%. Dass sich sogar eine Nordausrichtung lohnt, zeigen Solarhäuser mit einer Rundum-PV-Fassade. Der Vorteil dabei ist, dass die flache Sonneneinstrahlung – morgens, abends und im Winter – zu relativ hohen Stromerträgen führt.

Mit und ohne Netz

Mit jahreszeitlichen Ertragsschwankungen ist zu rechnen. Bei Dachanlagen werden bis zu drei Viertel der Jahresmenge im warmen Halbjahr erzeugt; Solarfassaden können den Winteranteil dagegen bis auf einen Drittel erhöhen. Werden die Überschüsse in einer eigenen Batterie gespeichert, lässt sich die Eigenverbrauchsquote – also die zeitlich übereinstimmende Bilanz zwischen Produktion und Konsum – bis auf 60 % steigern. Auch das spricht sich herum, besonders in Zeiten hoher Einkaufspreise für externen Strom: Der Absatz von lokalen Batteriespeichern verdoppelt sich inzwischen von Jahr zu Jahr.

Einen Netzanschluss braucht es trotzdem: Tageszeitliche Mindererträge gibt es regelmässig; sie werden mit dem Bezug von Strom aus dem öffentlichen Netz ausgeglichen. Im Gegenzug können auch Überschüsse, gegen ein vereinbartes Entgelt, ijns Netz fliessen. Ein interner Stromzähler erfasst jeweils die Bezugs- respektive Einspeisebilanz. Zur Systemtechnik einer PV-Anlage gehören zudem Wechselrichter, die den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom für den Eigenkonsum – und auch für die Netzeinspeisung – umwandeln. Deren Lebensdauer beträgt etwa 15 Jahre; PV-Module selbst funktionieren bis zu 30 Jahre.

Vergütungsangebote studieren

Ein Netzanschluss ist zwingend, um Förderbeiträge, Investitionszuschüsse oder auch höhere Einspeisetarife beantragen. National wird bei kleinen Anlagen bis 30 kW eine Einmalvergütung zugesprochen. Aufgrund absehbar hohen Nachfrage wird empfohlen, das Vergütungsgesuch bis Ende Sommer einzureichen, also bevor das Kreditbudget ausgeschöpft ist.

Gemeindewerke, regionale Energieversorger und kantonale Energiefachstellen richten zusätzliche Förderbeiträge aus. Damit lassen sich gemäss Erfahrungswerten 20 % bis 30 % der Investitionskosten decken. Neuerdings lohnt sich zudem Offerten für die Einspeisevergütung bei verschiedenen Energieversorgern einzuholen. Die Abnahmetarife sind seit der Energiekrise im Frühling 2022 stetig gestiegen.