Solarstrom erzeugen und gewinnbringend nutzen

Neben Wind- und Wasserkraft ist Solarenergie die wichtigste erneuerbare Energiequelle und für die Energiewende unerlässlich. Auch private Nutzer haben viele Vorteile davon, Solarstrom selbst zu erzeugen und zu nutzen. Für eine private Photovoltaikanlage sollte auch bedacht werden, ob und wie Speichermöglichkeiten und die Einspeisung des Überschusses ins öffentliche Netz gewinnbringend umgesetzt werden können.

Was ist Solarstrom?

Solarstrom ist die umgangssprachliche Bezeichnung für die aus Solarenergie umgewandelte elektrische Energie. Er wird mittels Photovoltaik oder Solarthermie erzeugt, wobei Solarthermie auch rein zur Wärmeproduktion dienen kann. Die wichtigsten Kraftwerkstypen für Solarstrom sind neben Sonnenwärmekraftwerken Solarfarmkraftwerke, Solarturmkraftwerke, Solar-Stirling-Anlagen und Thermikkraftwerke.

Die mögliche Produktion von Solarstrom ist abhängig vom Standort der Anlage (so sind etwa in der Sahara bis zu 2350 kWh Solarenergie pro Jahr und Quadratmeter verfügbar, in Mitteleuropa weniger als 1000 kWh). Zudem hängt die Produktion auch von der Jahres- und Tageszeit sowie der Wetterlage ab: Bei klarem Wetter ist in Österreich etwa von einem Jahresdurchschnitt von rund 600 Watt pro Quadratmeter auszugehen, bei stark bewölktem Himmel nur von rund 150 Watt.

Wie funktioniert die Erzeugung von Solarstrom?

Solarstrom wird am häufigsten mittels Photovoltaik durch Solarzellen erzeugt – sie wandeln Lichtenergie von Sonnenstrahlen in elektrische Energie um. Dafür verantwortlich ist der photoelektrische Effekt, der auch photovoltaischer Effekt oder Photoeffekt genannt wird. Die meisten Solarzellen bestehen aus Silizium (Alternativen dazu sind andere Halbleitermaterialien). Sie liefern Solarstrom als Gleichstrom, für die Nutzung als Wechselstrom muss er durch einen sogenannten Wechselrichter umgewandelt werden.

Bei der Solarthermie hingegen fangen Sonnenkollektoren die Strahlung ein und wandeln sie in thermische Energie um. Diese wiederum wird dann abgespeichert: die häufigsten Anwendungen sind Warmwasserbereitung oder Heizung. In Solarturmkraftwerken kann die gewonnene thermische Energie mittels Dampfturbinen auch in Strom umgewandelt werden – das erste kommerzielle Solarturmkraftwerk in Europa ist „Planta Solar 10“ in der Nähe von Sevilla in Spanien.

Solarstrom für private Nutzer

Für die eigene Erzeugung von Solarstrom gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Varianten: Eine Inselanlage, die autark das eigene Stromsystem versorgt, oder eine Anlage mit Anschluss an das allgemeine Stromnetz, die überschüssigen Strom ins Netz einspeist. Am häufigsten sind Mischformen zwischen beiden Varianten, d.h. eine Kombination aus Eigenverbrauch und Einspeisung.

In erster Linie wollen private Nutzer eine PV-Anlage installieren, um den eigenen Strombedarf zu decken, d.h. den Strom ins Hausnetz einspeisen, wo er von Elektrogeräten im Haus genutzt wird. Das kann sich nicht nur für Haus- und Wohnungsbesitzer lohnen, auch immer mehr Mieter nutzen Freiflächen wie Balkon oder Terrasse für sogenannte Mini- oder Steckersolaranlagen, die im Grunde wie stromerzeugende Haushaltsgeräte funktionieren, und kleine Module sind. Zur Optimierung des Eigenverbrauchs sollte die Nutzung an die Leistung der Anlage angepasst werden, also bei hoher Leistung Wäsche gewaschen und der Geschirrspüler verwendet werden. Eine Kombination mit Smart-Home-Geräten ermöglicht eine Optimierung des Eigenverbrauchs, da diese automatisch aktiviert werden können, wenn viel Energie erzeugt wird.

Was sollte bei Solarstrom für den Eigenbedarf bedacht werden?

Eigenverbrauchsquote: Vor Installation einer PV-Anlage träumen viele Nutzer von einer Eigenverbrauchsquote von 100%, diese ist aber nur mit einem sehr groß dimensionierten Speicher möglich, was hohe Kosten verursacht. Ohne Speichermöglichkeit ist von einer Eigenverbrauchsquote von max. 30% auszugehen, da die Produktionsspitzen üblicherweise zu Mittag sind (wenn die Sonneneinstrahlung am intensivsten ist), der meiste Strom aber in Privathaushalten in den Morgen- und Abendstunden verbraucht wird. Mit Speichermöglichkeiten ist eine Eigenverbrauchsquote von 50 bis 80% möglich.

Wirkungsgrad und Leistungsfähigkeit: Der Wirkungsgrad der einzelnen Solarzellen und die Leistungsfähigkeit der gesamten Anlage sollte im Vorhinein genau errechnet und geplant werden. Der Wirkungsgrad gibt die Leistungsfähigkeit der Zellen in Prozent an, damit wird das Verhältnis von Solareinstrahlung zu produziertem Solarstrom beschrieben. Zur Vergleichbarkeit unterschiedlicher Anlagen geben Hersteller auch den sogenannten Kilowatt-Peak an, eine Kennzahl zur Ermittlung der elektrischen Höchstleistung. Wie der Kilowatt-Peak bestimmt wird und was er über die reale Leistung der Anlage aussagen kann, erläutern wir in einem eigenen Blogpost.

Rentabilität der Anlage: Welche Größe bzw. Dimensionierung der Anlage ist sinnvoll? Wie lange ist die Amortisationszeit der Anlage? Beachtet werden müssen dafür die Stromgestehungskosten, die sich aus dem Verhältnis der Gesamtkosten zur Stromproduktion ergeben. Eine günstige Möglichkeit zur Installation ist das Mieten einer Photovoltaikanlage, bei dieser Variante fallen keine Installationskosten an, sondern lediglich eine Monatsmiete von rund 75 bis 150 Euro im Monat.

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Fördermöglichkeiten: Viele Fördermöglichkeiten durch die öffentliche Hand, etwa aus speziellen Energiespar- oder Zukunftsförderaktionen, kann man nur in Anspruch nehmen, wenn auch die Möglichkeit der Einspeisung ins öffentliche Stromnetz vorhanden ist. Dafür kommen sowohl Voll- als auch Überschusseinspeisung in Frage.

Solarstrom speichern für den Eigenbedarf

Dank steigender Nachfrage sinken die Preise für Energiespeicher wie Akkus für Solarstrom. Da die Betriebsspitzen einer Solarstrom-Anlage in der Regel in der Mittagszeit liegen, der Bedarf aber am Morgen und am Abend am höchsten ist, ist eine Speichermöglichkeit unerlässlich, um die Eigenbedarfsquote von rund 30% auf 50 bis 80% zu erhöhen.

Ein Hintergedanke ist für einige Nutzer auch, dass sie sich mit eigener Versorgung mit Solarstrom und dazugehörigem Speicher vor Stromausfällen schützen bzw. gegen Netzprobleme absichern können. Das ist allerdings nur mit einem blackoutfähigen Wechselrichter möglich, nicht mit einer standardmäßig verbauten Batterie.

Diese Speicher funktionieren im Grunde wie Akkus in anderen Geräten (etwa Autobatterien, Handy- oder Laptopakkus). Beim Ladevorgang wird mittels einer chemischen Reaktion elektrische Energie in chemische umgewandelt, die Entladung kehrt den Prozess um.

Die Speicher an sich sind nicht besonders groß dimensioniert, die meisten sind ein bis zwei Meter hoch und einen halben bis einen Meter breit. Typische Speicherkapazitäten für Privathaushalte liegen zwischen 5 und 15 kWh. Bei der Auswahl des richtigen Speichers sollte der Wirkungsgrad der Speicherung beachtet werden, d.h. wie viel Energie geht bei der Speicherung verloren und wie viel ist daher noch zum Abruf aus dem Speicher verfügbar. Zudem sollte auch berücksichtigt werden, welche Anzahl an Ladezyklen der Hersteller für den Speicher angibt. Empfohlen werden insbesondere Lithium-Ionen-Akkus, bei denen die Speicherverluste gering sind und häufiges Laden und Entladen möglich ist. Auch eigene E-Autos können als Stromspeicher verwendet werden: Das sogenannte bidirektionale Laden ist in Japan schon verfügbar und hilft sogar, die Stromversorgung nach Naturkatastrophen aufrechtzuerhalten.

Überschüssigen Solarstrom in Netz einspeisen

Während bei der „Nulleinspeisung“ kein Solarstrom ins öffentliche Netz eingespeist wird, ist es bei der „Überschusseinspeisung“ der Anteil, der nicht selbst genutzt wird, bei der „Volleinspeisung“ wiederum wird der gesamte produzierte Strom eingespeist. Die Einspeisevergütung muss wieder stark ansteigen. Eine Vielzahl von Unternehmen kauft ihren Strom von PV-Anlagen ab. Dabei gibt es unterschiedlichste Vergütungsmodelle, bei denen hohe preisliche Unterschiede bei Einspeiseverträgen entstehen. Vergleicht man Q4 2020 bis Q4 2022, ist der Marktpreis von 4,2 C/kWh auf 51,4 C/kWh gestiegen. Durch einen starren Tarif hätte diese Preiserhöhung keinen Einfluss auf die Vergütung gehabt. Während mit einem variablen Vertrag der Anstieg der Vergütung über 1200% wäre.

Allerdings ist es immer noch rentabler, ungenutzten Strom ins Netz einzuspeisen als nicht zu verwenden. Für Österreich ist zu beachten, dass ein Vertrag mit dem Netzbetreiber über die Solarstrom-Lieferung abgeschlossen werden muss, bevor die Anlage in Betrieb genommen wird, und dass die meisten Netzbetreiber nur dann Strom kaufen, wenn auch der Haushaltsstrom von ihnen bezogen wird. Daher lohnt es sich im Vorhinein Preise zu vergleichen und dabei sowohl die Stromkosten für den Bezug aus dem öffentlichen Netz als auch die Höhe der Einspeisevergütung zu berücksichtigen.