Was ist Photovoltaik?

Unter Photovoltaik (PV) versteht man die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Die Energieumwandlung erfolgt technisch mittels Solarzellen, die zu sogenannten Solarmodulen in der PV-Anlage verbunden werden. Der von der Photovoltaik-Anlage erzeugte Strom kann entweder vor Ort genutzt oder ins Stromnetz eingespeist werden ("netzgekoppelte Anlagen"). Vor Einspeisung in das Stromnetz wird die von den Solarzellen erzeugte Gleichspannung mit einem  Wechselrichter  in Wechselspannung umgewandelt.

In Gebieten ohne Stromnetz  kann auch die gesamte Stromversorgung mittels Photovoltaik erfolgen ("Inselsysteme"). Hier ist eine Speicherung des PV- Stroms in Batterien erforderlich  (zB. bei Parkuhrsystemen, Almhütten).

Photovoltaik wird zur Stromerzeugung auf der ganzen Welt eingesetzt. Anlagen unterschiedlichster Größe befinden  sich zB. auf Dächern und Fassaden, Parkscheinautomaten, Schallschutzwänden, Taschenrechnern oder auf Freiflächen.

Seit 1995 wächst der Photovoltaik-Weltmarkt um durchschnittlich mehr als 30% pro Jahr. Im Jahr 2010 waren weltweit PV-Anlagen mit einer Leistung von insgesamt 16,6 Millionen Kilowatt installiert, in Oberösterreich sind derzeit über 3.000 Anlagen mit 17.500 Kilowatt am Stromnetz.
 

Einige wichtige Begriffe

  • direkte Strahlung:
    Solarstrahlung, die ungehindert durch Hindernisse auf die Solarmodule auftrifft
  • diffuse Strahlung:
    Solarstrahlung, die z.B. aufgrund von Nebel, Dunst oder Wolken gestreut wird und daher aus verschiedenen Richtungen auf die Erdoberfläche trifft. Sie ist meist schwächer als die direkte Strahlung, kann aber dennoch genutzt werden.
  • Globalstrahlung:
    Summe direkter und diffuser Einstrahlung auf eine horizontale Fläche
  • netzgekoppelte PV-Anlage:
    an das öffentliche Stromnetz angeschlossene PV-Anlage
  • PV-Inselanlage:
    vom Stromnetz unabhängiges System aus Solarmodulen, Laderegler und Akkus zur Speicherung des erzeugten Stromes

 

Energiequelle Sonne

Die Sonne ist eine fast unerschöpfliche und kostenlose Energiequelle. Sie liefert uns binnen einer Stunde die gleiche Menge an Energie, die von der gesamten Erdbevölkerung pro Jahr verbraucht wird. Die Globalstrahlung – eine wichtige Maßzahl bei der Bewertung eines PV-Standortes – besteht in unseren Breiten aus ca. 40% direkter und 60% diffuser Strahlung. Die Jahressumme der Globalstrahlung liegt in Österreich je nach Region zwischen 1.100 und 1.400 kWh/m2 und Jahr. An einem bewölkten Sommertag  mit einem diffusen Anteil von 80% kann der Wert der Einstrahlung durchaus noch 300 W/m² ausmachen. Im oberösterreichischen  Solaratlas können Sie die Sonnenscheindauer und Sonnenstrahlung pro Monat für jede Fläche (25 x 25 m) in Oberösterreich nachschauen (www.doris.eu/fachinfo/umwelt).

Die Einstrahlungswerte in Österreich über das Jahr betragen zwischen 1.100  und 1.400  Kilowattstunden (kWh) pro Quadratmeter und Jahr. Dies ist etwa die Energiemenge, die 100  Litern Heizöl entspricht. Quelle: ZAMG

 

 

Wie funktionieren Solarzellen?

Die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie geschieht bei Photovoltaik-Anlagen in Solarzellen. Eine Solarzelle besteht aus zwei Siliziumschichten, die unterschiedliche elektrische Eigenschaften besitzen. An den Grenzflächen der Schichten bildet sich ein elektrisches Feld, das die bei Lichteinstrahlung entstehenden freien Ladungsträger trennt. Dadurch baut sich zwischen den Metallkontakten der Zelle eine elektrische Spannung auf, so dass bei Anschluss eines Verbrauchers Strom fließt. Sobald Sonne auf die in Solarmodulen zusammengefassten Solarzellen scheint, wird ein Spannungsfeld erzeugt und es fließt ein Gleichstrom. Je größer die Einstrahlung ist, umso größer ist auch der Stromfluss.
Bei einer netzgekoppelten Anlage wandelt ein Wechselrichter den Gleichstrom in den haushaltsüblichen Wechselstrom um.

Die Spannung, die an einer einzelnen Zelle bei voller Sonneneinstrahlung entsteht, beträgt rund 0,5 Volt. Wenn nun viele kleine Zellen in einem PV-Modul miteinander  verbunden werden, ergibt das bei Standard-Modulen eine Spannung von rund 45 Volt und eine Leistung von beispielsweise 200 Watt.

Derzeit werden für die Herstellung von Solarzellen überwiegend mono- und multikristallines Silizium und – zu geringeren Teilen – auch amorphes Silizium verwendet. Daneben werden auch Dünnschichtzellen eingesetzt, deren Herstellung einfacher und billiger ist, die allerdings auch einen geringeren Ertrag erzielen

 

 

Elemente einer Photovoltaik-Anlage

  • PV-Module zur Umwandlung von Licht in elektrischen Strom
     
  • Wechselrichter zur Aufbereitung des Solarstroms in Netzqualität. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um und steuert automatisch das gesamte System.
     
  • Stromzähler (Wechselstromzähler/Einspeisezähler) zur Erfassung des Stromertrags
     
  • Sicherheitskomponenten zur elektrischen Absicherung der PV-Anlage (Blitzschutz, Überspannungsschutz, etc.)

 

 

Welche Montagearten gibt es?

Anlagen am Dach

  • Solardächer werden vorzugsweise hinterlüftet ausgeführt,  was pro Jahr bis zu 10% mehr Ertrag verspricht. Die Hinterlüftungsebene sollte dabei nicht weniger als 10 cm betragen, ideal wären 15 cm.
     
  • Bei Dachneigungen von 20 bis 50 Grad werden die Solarmodule in der Regel parallel zur Dachfläche montiert. Die Unterkonstruktion der Solaranlage wird dabei fest mit der Dachkonstruktion verankert.
     
  • Bei Flachdächern bzw. nur leicht geneigten Dächern ist es ergiebiger, die Solarmodule in einem Winkel von 25° bis 35° anzubringen. Sind die Solarmodule weniger als 15° geneigt, werden sie von Regen und Schnee nicht mehr ausreichend gesäubert.
     
  • Bei hintereinander aufgereihten Solarmodulen sollte der Winkel auf 20 bis 25 Grad verringert werden und genügend Abstand vorgesehen werden, um eine gegenseitige Verschattung zu vermeiden.
     
  • Vor der Montage sind Schnee- und Windlasten zu beachten.

Fassadenintegrierte Anlagen

  • Eine in die Fassade integrierte Anlage kann als optisches Gestaltungselement eingesetzt werden. Weiters werden Kosten für die Fassadengestaltung gespart.
  • Idealerweise sind Fassadenanlagen senkrecht angebracht, gegen Süden orientiert und ausreichend hinterlüftet.
  • Es muss mit rund 30% weniger Ertrag im Vergleich zu 30° geneigten Anlagen gerechnet werden. 

Freiflächen-Anlagen

  • Freiflächenanlagen sind auf einer freien Fläche (z.B. Wiese) aufgestellt.
     
  • Nachführung:  Wenn die Anlage der Sonne  nachgeführt installiert wird, lässt sich in unseren Breiten ein Energiegewinn von rund 20 – 30% erzielen. Der dafür notwendige Mehraufwand (Steuerung, Statik, Kosten) macht allerdings oft die gewonnenen Mehrerträge zunichte.
     

Darüber hinaus gibt es noch andere Möglichkeiten der Montage von Photovoltaik-Anlagen, wie z.B. als Sonnenschutz vor Fenstern.

 

 

Auslegung und Orientierung

Um den größtmöglichen Solarertrag zu erzielen, sollte ein möglichst hoher Anteil an Direktstrahlung genutzt werden können. Dies wird in unseren Breiten am besten erreicht, wenn:

  • die Anlage gegen Süden ausgerichtet und rund 30 Grad geneigt ist
  • kein Schatten den Einfluss der Sonne stört

Schon ein kleiner Schatten von Bäumen, SAT-Schüsseln, Rauchfängen, anderen Gebäuden, aber auch von Laub, mindert den Ertrag empfindlich. Sollte eine teilweise Verschattung nicht zu vermeiden sein, kann eine bestimmte Verschaltung der Module die Ertragsverluste deutlich reduzieren. Das muss vom planenden bzw. errichtenden Unternehmen allerdings berücksichtigt werden.

  • Maximaler Ertrag: Dachneigung 30° und Südausrichtung
  • Hohe Erträge: Neigung zwischen 0° und 50° (anzustreben sind 30° – 50°)
  • eine Südabweichung um ca. 45° vermindert den Stromertrag um nur rund 5 – 10%

     

1 kWp-Anlage

Eine 7 bis 10 m² große Photovoltaik-Anlage kann eine elektrische Leistung von etwa 1.000 Watt erzeugen und wird deshalb als 1 kWp-Anlage (Wp = Watt-Peak) bezeichnet. 1 kWp installierte Leistung hat in Österreich – je nach Standort – einen Energieertrag von ca. 900 – 1.100 kWh pro Jahr.

 

Förderprogramme

Grundsätzlich gibt es zwei Fördermodelle für Photovoltaik-Anlagen:

  • Einspeisetarif: finanzielle Vergütung pro Kilowattstunde Solarstrom, die ins Netz eingespeist wird (derzeit für PV-Anlagen über 5 kWp). Die Abwicklung (Antragstellung) erfolgt über die Ökostrom-Abwicklungsstelle OeMAG, www.oem-ag.at
  • Investitionsförderung: Pauschalbetrag pro installierter Leistung (kWp), der in der Regel nach Anlagenerrichtung ausbezahlt wird, wie z.B. die Investitionsförderung für private PV-Anlagen bis 5 kWp. (Klima- & Energiefonds, www.klimafonds.gv.at) oder Investitionszuschüsse für Photovoltaik und Stromspeicher lt. § 27a Ökostromgesetz (Novelle 2017).

Weiters gibt es einzelne, meist befristete Programme, die bestimmte Zielgruppen unterstützen, wie z.B. das Landesförderprogramm für Photovoltaik-Anlagen auf Oberösterreichs Schulen und Kindergärten (www.pv-schule.at), das Förderprogramm des Landes "Stationäre Solarstromspeicher" oder die PV-Förderung: "Eigenverbrauchsanlagen für Betriebe"

 

Wie hoch ist der Einspeisetarif?

Der Einspeisetarif wird in der jeweils aktuellen Ökostrom-Verordnung des Bundes festgelegt. Für 2018 beträgt der Tarif z. B. für PV-Anlagen über 5 bis 200 kWp an oder auf einem Gebäude 7,91 Cent/kWh (für 2019: 7,67 Cent/kWh).

Als Investitionszuschuss für die Errichtung werden zusätzlich 30% der Errichtungskosten (bezogen auf die Engpassleistung der Anlage), höchstens jedoch ein Betrag in Höhe von 250 Euro/kWpeak gewährt.

Nähere Information zu Förderungen:

 

Anlagen- & Kostenbeispiele

Bei Photovoltaik-Anlagen sind in den letzten Jahren, auch bedingt durch die vermehrte Nachfrage, die Kosten gesunken. Trotzdem ist derzeit eine betriebswirtschaftliche Umsetzung zumeist nur mit Erhalt einer öffentlichen Förderung (Einspeisetarif oder Investitionsförderung) möglich. Informieren Sie sich daher vor Umsetzung über die aktuellen Förderbedingungen.

Achten Sie beim Kostenvergleich von Anlagen darauf, dass Sie die Systemkosten (Gesamtkosten der Anlage) und nicht nur die Modulkosten vergleichen. Je nach Installationsart (am Dach, in der Fassade, als Sonnschutz über Fenster, etc.) können Montagekosten unterschiedlich hoch sein und die Gesamtkosten wesentlich beeinflussen.

 

Was sollen Angebote umfassen?

Um Angebote vergleichen zu können, sollten alle notwendigen Teile enthalten sein, wie: Module, Wechselrichter, Anzeige, Verkabelung, Montage, Inbetriebnahme, Mehrwertsteuer.


Beispiel: 3 kWp-Anlage, im Zuge eines Neubaus am Dach errichtet

  • Systemkosten (Module, Wechselrichter, Montage, inkl. MWSt.): 12.000 €
  • jährlicher Stromertrag: 3.000 kWh
  • Investitionsförderung (KLIEN,1.100 €/kWp): 3.300 €
  • verbleibende Investitionskosten abzüglich Förderung: 8.700 €
  • jährliche Ersparnis an Stromkosten (3.000 kWh Ertrag, Strompreis 0,20 Cent/kWh): 600 €
     

Beispiel: 1 kWp-Anlage, auf einem Flachdach aufgeständert montiert

  • Systemkosten (Module, Wechselrichter, Montage, inkl. MWSt.): 5.500 €
  • jährlicher Stromertrag: 1.000 kWh
  • Investitionsförderung (KLIEN,1.100 €/kWp): 1.100 €
  • verbleibende Investitionskosten abzüglich Förderung: 4.400 €
  • jährliche Ersparnis an Stromkosten (1.000 kWh Ertrag, Strompreis 0,20 Cent/kWh): 200 €
     

Beispiel: 10 kWp-Anlage, fassadenintegriert

  • Systemkosten (Module als Fassadenelement, Wechselrichter, Montage, inkl. MWSt.), geschätzt: 75.000 €
  • jährlicher Stromertrag (30% Minderertrag in der Fassade): 7.000 kWh
  • Jährlicher Einspeisetarif (38 Cent/kWh, 13 Jahre lang): 2.660 €
  • abzüglich eingesparte Kosten für eine herkömmliche Fassade

 

Häufige Fragen rund um PV-Anlagen

  • Welche Lebensdauer hat eine PV-Anlage?
    Die Garantie der Module für 80% der Leistung beträgt in der Regel 20 bis 25 Jahre. Die Lebensdauer wird mit mindestens 30 Jahren angegeben. Einige Wechselrichter-Anbieter bieten eine Garantieverlängerung bis auf 20 Jahre an.
     
  • Was muss bei der Auslegung einer PV-Anlage beachtet werden?
    Die Anlage sollte nach Süden ausgerichtet werden und möglichst ohne Beschattung oder Teilbeschattung sein.
     
  • Was passiert an trüben Tagen?
    Fällt Licht, egal wie viel, auf die Solarzellen, entsteht Strom. PV-Anlagen nutzen sowohl die direkte als auch die diffuse Sonneneinstrahlung zur Umwandlung in elektrische Energie. Deshalb funktioniert eine PV-Anlage selbst an Tagen mit bedecktem Himmel.
     
  • Verbrauchen PV-Anlagen mehr Energie bei ihrer Produktion als sie erzeugen?
    Nach dem Stand der Technik erzeugt eine Solarstromanlage bereits innerhalb von zwei bis drei Jahren (je nach verwendeten Zellen) die Energiemenge, die für ihre Herstellung benötigt wurde. Danach produziert sie für die restliche Zeit ihrer Lebensdauer (mind. 30 Jahre) umweltfreundlichen Strom.
     
  • Mit welchen Kosten muss ich bei der Errichtung rechnen?
    Die Gesamtkosten einer 1 kWp-Anlage betragen rund 4.000 – 5.000 €, bei einer 3 kWp- Anlage ca. 10.000 – 14.000 € (inkl. MWSt.) pro kWp installierte Leistung. Vergleichen Sie Systemkosten (gesamte Anlage), oft wird nur von Modulkosten gesprochen.
     
  • Was ist gebäudeintegrierte Photovoltaik (GIPV)?
    GIPV, gebäudeintegrierte Photovoltaik, ist die konstruktive Integration der photovoltaischen Zellen in die Gebäudehülle. Hier produzieren die Solarmodule nicht nur Strom, sondern übernehmen gleichzeitig eine Gebäudefunktion wie Wetterschutz, Sonnenschutz oder andere konstruktive Aufgaben.
     
  • Wer sind kompetente Anlagenplaner/innen und -Errichter/innen?
    Grundsätzlich kommen alle konzessionierten Elektrotechniker/innen, die auch die Abnahmeprüfung vornehmen dürfen, in Frage. Eine Liste möglicher Unternehmen finden Sie auch unter www.oec.at

Weiters zu beachten:
Die Photovoltaikanlage in die bestehende Gebäudeversicherung, zumindest aber in die Haftpflichtversicherung mit aufnehmen oder eine eigene Solarversicherung abschließen.

 

Schritte zur PV-Anlage

Vor Errichtung der Anlage:

  • Anlagendimensionierung, Neigung, Orientierung zur Sonne, Dach- oder Fassadenintegration, Schnee- & Windlast, Standort für den Wechselrichter, Leitungsführung klären
     
  • Angebote einholen und vergleichen
     
  • Information über Förderungen (Einspeisetarif www.oem-ag.at oder Investitionsförderung www.klimafonds.gv.at)
     
  • Förderanträge stellen (mit Unterstützung durch die errichtende Firma)
     
  • Zusage des Netzbetreibers für Netzzugang samt künftigen Einspeisezählpunkt (mit Unterstützung durch die errichtende Firma)
     

Gesetzliche Vorschriften:

(Stand 30.9.2011)

  • Anlagen kleiner als 30 kW Engpassleistung: Anzeigepflicht (Errichtungsanzeige schriftlich vor Beginn der Bauarbeiten an die Behörde)
     
  • Anlagen ab 30 kW Engpassleistung: Bewilligungspflicht (schriftlicher Antrag)
     
  • Antrag auf Anerkennung als Ökostromanlage durch das Land OÖ
     
  • Neben den Anforderung lt. Elektrizitätsrecht kann sich auch eine Bewilligungs- oder Anzeigepflicht bei der zuständigen Gemeinde bzw. bei der zuständigen Bezirksverwaltungsbehörde ergeben (z.B. Anzeigepflicht bei der Baubehörde von Anlagen über 20 m²).
     

Nach Errichtung der Anlage:

  • Vertrag mit Netzbetreiber für die Einspeisung
     
  • Vertrag mit OeMAG über die Abnahme und Vergütung von Ökostrom
     
  • Prüfbefund eines befugten Elektrotechnikers
     
  • ElWOG Errichtungsanzeige an das Land OÖ
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