Solarpanel in Nahaufnahme mit Reflexion der tiefstehenden Sonne

Basiswissen Solarenergie

Wie funktioniert eine Solaranlage?

Strom oder Wärme? PV und ST: Zwei unterschiedliche Solartechnologien

PV-Anlage auf Hausdach in schräger Ansicht, im Hintergrund unscharf eine Einfamilienhaussiedlung und Bäume.

Eine klassische PV-Anlage, die Strom erzeugt.

Bei Solarenergie wird zwischen zwei Arten der Nutzung unterschieden – je nachdem, ob die Anlage Strom oder Wärme produziert. Da Strom vielfältiger einsetzbar ist als Wärme, dominiert mittlerweile eindeutig die Photovoltaik (PV). Meist meinen Menschen daher PV, wenn sie von Solaranlagen sprechen.

Eine Solarthermieanlage mit ihren markanten Röhren auf einem Flachdach, im Hintergrund Berliner Hausdächer.

Eine Solarthermieanlage auf einem Flachdach.

Dennoch kann die sogenannte Solarthermie (ST), bei der die Sonnenstrahlung direkt in Wärme gewandelt wird, je nach Einsatzzweck besser passen – vor allem auf Dächern, die für PV nicht oder nur bedingt geeignet sind. Sinnvoll kann auch der Einsatz sogenannter Hybridanlagen (PVT) sein, die beide Technologien kombinieren.

Photovoltaik: wenn aus Sonnenlicht Strom entsteht

Das Wirkprinzip von Photovoltaik

  Sehenswert: In diesem YouTube-Video erklärt Prof. Dr. Volker Quaschning von der htw Berlin das Wirkprinzip von PV.

Die Technik einer Photovoltaikanlage ist im Prinzip gar nicht so kompliziert: Photonen aus dem Sonnenlicht setzen beim Eintreffen auf der Solarzelle negativ geladene Elektronen frei. Bestimmte Stoffe im Solarpaneel (wie Bor oder Phosphor) geben daraufhin positiv geladene Protonen ab. Dadurch entsteht in der Solarzelle elektrische Spannung, genauso wie in einer Batterie mit + und –. Diese kann nun über Kabel „geerntet“ und direkt genutzt werden.

Aber auch eine Einspeisung in das Stromnetz oder das Speichern in einer Batterie ist möglich. Ein Spannungswandler sorgt übrigens bei fast jeder Anlage dafür, dass aus dem Gleichstrom der Anlage jener Wechselstrom wird, den wir uns im Alltag für unsere Geräte und Lampen aus der Steckdose holen.

Organisches Solarmodul, das wie eine Folie aussieht und halbtransparent um eine Kurve läuft.

Neben den klassischen Modulen gibt es zunehmend innovative PV-Zellen aus unterschiedlichsten Materialien, hier aus organischer Folie.

Photovoltaik: Welche Anlage ist die richtige?

PV ist nicht gleich PV: Die Technik macht den Unterschied! Jede Technik hat dabei andere Vor- und Nachteile. Bei der richtigen Auswahl für das eigene Gebäude hilft eine gute Planung der Anlage.

Grundsätzlich wird zwischen sogenannter Dünnschicht-Technologie und kristallinen Modulen aus Silizium unterschieden, die sich noch einmal unterteilen lassen in monokristallineund polykristallineModule. 

Die Hauptunterschiede der Modultypen ergeben sich dabei aus:

  • dem Wirkungsgrad der Module, aus dem sich der Flächenverbrauch pro produzierter Einheit Energie ergibt,
  • den Kosten der Anlage (vor allem dem Kaufpreis),
  • optischen und ästhetischen Merkmalen (zum Beispiel der Farbe).

Hier hilft die einfache Faustregel: Module mit einem hohen Wirkungsgrad verbrauchen weniger Fläche, kosten aber in der Anschaffung etwas mehr. Über den Anlagentyp entscheidet also oft der verfügbare Platz. Online-PV-Rechner helfen bei der Ersteinschätzung, welche Anlage geeignet ist. Und im Berliner Energieatlas finden Sie das theoretische Potenzial für fast jedes Dach der Stadt.

Ein Platz an der Sonne: Geeignete Orte für die Solaranlage

In einer Großstadt wie Berlin werden die meisten Anlagen natürlich auf Dächer montiert, die zur Verfügung stehen. 11 Prozent der Landesfläche sind immerhin mit Gebäuden bebaut – ein riesiges Potenzial! Allerdings müssen diese für eine Montage geeignet sein: Das Dach sollte über den Tag so viel Sonnenschein wie möglich ausgesetzt sein. Das hängt zum Beispiel vom Winkel zur Sonne ab oder davon, ob im Tagesverlauf Schatten darauf fällt. Bäume oder nebenstehende Gebäude können den Ertrag der Anlage also eventuell mindern.

Dachfläche eines Mehrfamilienhauses mit PV-Anlage. Nicht alle möglichen Module wurden verlegt, da der Schatten einer Gaube einen Teil des Daches verschattet.

Standort bedingt geeignet, aber optimal genutzt: Klar zu erkennen ist der freigehaltene Platz zwischen den Reihen für die Verschattung durch die linke Dachgaube, der Abends noch länger werden wird.

Die Art der Montage ist dabei sehr flexibel. Sowohl Giebeldächer als auch Flachdächer sind für Solaranlagen geeignet. Die Regel sind hier Aufdach-Anlagen, die mit einem Rahmen auf das Dach gesetzt werden und daher vor allem im Bestand sinnvoll sind. Diese Option ist die günstigste. Wird das Dach grundsaniert, aber auch im Neubau sind Indach-Anlagen eine interessante Lösung. Sie werden, wie der Name sagt, in das Dach eingelassen und ersetzen die Dachziegel oder bilden selbst die Dachhaut. Das ist die sogenannte gebäudeintegrierte Photovoltaik. Sie ermöglicht spannende architektonische Konzepte.

Auch baurechtliche Aspekte wie der Denkmalschutz können bei der Wahl des Standorts eine Rolle spielen. Da das Baurecht in Berlin auf Bezirksebene geregelt ist, lohnt ein Blick in die entsprechenden Vorschriften. Nicht zuletzt muss darauf geachtet werden, dass die Anlage niemanden blendet und den Verkehr nicht beeinträchtigt.

Nicht nur obendrauf: alternative Standorte abseits des Daches

Immer attraktiver werden allerdings auch Solaranlagen an anderen Orten als auf dem Dach. So können beispielsweise Solar-Fassaden Strom produzieren und andere Gebäudeteile wie Vor- oder Terrassendächer zum Mini-Kraftwerk werden. Dass sich die PV-Module auch ästhetisch weiterentwickeln (in Farbe, Form, Transparenz), eröffnet immer neue Möglichkeiten der Gestaltung eines Gebäudes. Im Idealfall ist eine Solaranlage gar nicht mehr als solche zu erkennen.

Eine gewölbte Fassade aus konkaven Solar-Elementen, die nicht als solche zu erkennen sind.

Eine konkave Solarfassade aus gewölbten PV-Elementen.

Mehrere Solar-Fassadenmodule an einem Ausstellungs-Stand, die nicht mehr als Solaranlaga erkennbar und in verschiedenen Metallic-Farben erhältlich sind.

Solaraktivierte Fassadenelemente in unterschiedlichen Metallic-Tönen.

Ein aufgestellter Dachausschnitt auf einer Fachmesse: oben Ziegel, unten Solarziegel.

Solardachziegel ersetzen dezent die Dacheindeckung.

Aufnahme Richtung Himmel unter ein halbtransparentes Solardach.

Blick unter dasSolardach des früheren Solon-Werks in Adlershof. Die in Abstand gesetzen Module machen das Dach lichtdurchlässig.

Blick auf die Glasfassade eines Bürogebäudes, vor die kleine Solarmodule in mehreren Reihen gehängt sind. Davor ein blauer Wegweiser.

Glasfassade des PV-Zentrums in Berlin-Adlershof mit vorgehängten Solarpanels.

Flächiges, einfarbiges Solarpanel auf einer Wiese, im Hintergrund Gebäude

Frei stehendes Dünnschichtmodul aus amorphem Silizium.

Eine Solaranlage kann natürlich auch komplett frei stehen, beispielsweise auf einer großen Wiese oder als Überdachung eines größeren Parkplatzes. Solche Anlagen sind allerdings eher in ländlichen Regionen zu finden. Selbst wer keine Möglichkeit hat, eine „richtige“ Solaranlage aufstellen zu lassen, kann mittlerweile an der Energiewende teilhaben: Bis zu einer gewissen Grenze können auch sogenannte Stecker-Solaranlagen oder „Balkon-Module“ genutzt werden, die lediglich in Richtung der Sonne aufgehängt oder aufgestellt werden müssen. Der Stecker kommt in die ganz normale Haussteckdose.

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