Wie funktionieren Photovoltaik & Balkonkraftwerk?

Erneuerbare Energiegewinnung ist wichtiger denn je, um den Planeten zu schützen und zugleich eine unabhängige Energieversorgung zu gewährleisten. So ist z.B. Solarenergie ein wesentlicher Bestandteil der erneuerbaren Energieerzeugung. Mithilfe von Photovoltaik-Anlagen und den kleineren Balkonkraftwerken kann Solarenergie in Strom umgewandelt werden. Dieser kann zum Eigenverbrauch genutzt sowie verkauft und in das Stromnetz eingespeist werden. Doch wie funktioniert eine Photovoltaik-Anlage? Wie unterscheidet sich ein Balkonkraftwerk von einer PV-Anlage? Und welche der beiden Solaranlagen ist die bessere Wahl?

Lesezeit: 6-7 Minuten

Inhalt:

1. Was ist Photovoltaik?
2. Aufbau einer Photovoltaik-Anlage
3. Wie funktioniert eine Photovoltaik-Anlage?
4. Was ist ein Balkonkraftwerk?
5. Wie lässt sich ein Balkonkraftwerk installieren?
6. Wie funktioniert ein Balkonkraftwerk?
7. Balkonkraftwerk vs. PV-Anlage: Vor- & Nachteile
8. Balkonkraftwerk & Photovoltaik-Anlage: Förderung durch EEG
9. FAQs

Bevor die Frage „Wie funktioniert eine Photovoltaik-Anlage?“ beantwortet werden kann, sollten zunächst einmal die Komponenten einer PV-Anlage geklärt werden.

Komponenten einer PV-Anlage (Übersicht)

• Solarmodule (i. d. R. auf dem Dach)
• Unterkonstruktion, Anschlusselektrik & Verkabelung
• (Solar-)Wechselrichter wechselt Gleichstrom in Wechselstrom
• Stromzähler bemisst die Menge an Solarstrom
• Energiemanagementsystem (optional)

Was macht ein Wechselrichter?

Ein Wechselrichter, auch Drehrichter oder Inverter genannt, ist eine Art von Stromrichter, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln kann. Da PV-Anlagen Gleichstrom produzieren, durch das allgemeine Stromnetz in Deutschland aber Wechselstrom läuft, muss der Gleichstrom konvertiert werden.

Im Prinzip besteht jede Photovoltaik-Anlage aus diesen Komponenten, doch wie funktioniert Photovoltaik – wie wird aus dem Sonnenlicht Strom? Um dies zu verstehen, sollte zunächst der Aufbau einer einzelnen Solarzelle dargestellt werden.

Aufbau Solarzelle

1. Kontaktfläche + Stromleitung
2. n-Schicht (negativ geladen)
3. Grenzschicht (neutral)
4. p-Schicht (positiv geladen)
5. Kontaktfläche + Stromleitung

Funktionsweise Solarzelle

1. Elektronenüberschuss in der n-Schicht

In der n-Schicht herrscht durch die gezielte Verunreinigung von Phosphor ein Elektronenüberschuss. Die Elektronen werden von der positiv geladenen p-Schicht, welche durch die gezielte Verunreinigung von Bor einen Elektronenmangel hat, an der Unterseite der Solarzelle angezogen. Doch die eingebaute Grenzschicht (auch pn-Übergang) verhindert eine direkte Verbindung von Minus zu Plus – solange keine Sonne scheint. In der Solarzelle ist nun oben ein Minus- und unten ein Pluspol, genau wie in einer Batterie.

2. Licht macht die Solarzelle leitfähig

Trifft nun Sonnenlicht auf die Solarzelle, wird diese durch Licht und Wärme leitfähig. Denn das Sonnenlicht löst die Elektronen von ihren Atomen in der Grenzschicht, sodass diese zur p-Schicht (Pluspol) wandern.

3. Elektronen kommen aus der n-Schicht nach

Da nun in der Grenzschicht Elektronen fehlen, kommen aus der n-Schicht (Minuspol) mit Elektronenüberschuss Elektronen nach. Diese wandern dann aus der Grenzschicht ebenfalls immer weiter nach unten.

4. Elektronen werden durchs Stromkabel gedrückt

Immer mehr Elektronen sammeln sich in der p-Schicht, bis sie letztlich nach unten durch die Stromleitungen an der Unterfläche der Solarzelle „gedrückt werden“.

5. Stromkreislauf

Solange die Sonne scheint, wandern die Elektronen stetig aus der n-Schicht in die Grenzschicht und aus der Grenzschicht in die p-Schicht und von dort über die Stromleitungen wieder zur n-Schicht – es entsteht Strom. Der Strom wird dann vom (Solar-)Wechselrichter umgewandelt bzw. vom Stromspeicher oder dem Energiemanagementsystem gespeichert, um dann weiterführend genutzt zu werden.

Tipp: Falls Sie bei sich zuhause eine Photovoltaik-Anlage installiert haben, können Sie den Strom auch nutzen, um damit ein Elektroauto oder Hybrid-Auto aufzuladen. Alle Infos zu Photovoltaik-Anlagen von swb finden Sie unter swb solar komfort.

Ein Balkonkraftwerk kann in wenigen Schritten installiert werden: einfach die Solaranlage auf dem Balkon festmachen, ausrichten und einstecken. Bevor Sie loslegen, Strom zu sparen, müssen Sie Ihr Balkonkraftwerk beim netzbetreibenden Unternehmen anmelden.

Achtung: Beachten Sie, dass Ihr netzbetreibendes Unternehmen nicht identisch mit Ihrem stromanbietenden Unternehmen sein muss. Suchen Sie auf Ihrem Stromzähler oder Ihrer Rechnung nach dem netzbetreibenden Unternehmen. Hier können Sie Ihr Balkonkraftwerk bei wesernetz anmelden.

Zusätzlich sollten Sie Ihre Photovoltaik-Anlage für den Balkon spätestens 1 Monat nach Inbetriebnahme Marktstammdatenregister der Bundesnetzagentur (MaStR) anmelden – dies ist online möglich.

Vor- und Nachteile von Balkonkraftwerken:

Vorteile

• Möglichkeit zur Eigenstromerzeugung
• Unabhängigkeit vom Energieversorgungsunternehmen
• Geringe Investitionskosten & schnelle Amortisierung (ca. 5 Jahre)
• Flexibilität in der Anbringung & Installation
• Portabel & abnehmbar z.B. bei Umzug
• Seit 2023 bundesweit von der Mehrwertsteuer befreit
• Viele regionale Förderprogramme

Nachteile

• Begrenzte Leistungsfähigkeit
• Abhängigkeit von der Ausrichtung des Balkons und der Sonneneinstrahlung
• Keine Einspeisevergütung durch das EEG
• Potenzielle Hürden bei der Genehmigung
• Verlieren im Laufe der Jahre an Leistung

Vor- und Nachteile von Photovoltaik-Anlagen:

Vorteile

• Möglichkeit zur Eigenstromerzeugung
• Unabhängigkeit vom Energieversorgungsunternehmen
• Investition für die Zukunft (bis zu 30 Jahre haltbar)
• Finanzieller Ertrag durch die Einspeisevergütung des EEG
• Höhere Leistungsfähigkeit als Balkonkraftwerke
• Potenzielle Wertsteigerung der Immobilie
• Einige Bundesländer gewähren Investitionszuschüsse

Nachteile

• Hohe Investitionskosten & langwierige Amortisierung (ca. 10-15 Jahre)
• Aufwändige Installation & Anbringung durch Fachkräfte
• Steuerverluste oder -abgaben
• Verlieren im Laufe der Jahre an Leistung

Fazit

Ist ein Balkonkraftwerk oder eine Photovoltaik-Anlage die bessere Wahl? Pauschal lässt sich dies natürlich nicht sagen, da dies von den jeweiligen Voraussetzungen abhängt. Balkonkraftwerke sind eine interessante Option für Mieterinnen und Mieter*, die ein bisschen unabhängiger sein möchten.

Balkonkraftwerke benötigen übrigens keine Zustimmung des Vermietenden mehr, müssen aber fachgerecht angebracht werden, sonst kann die vermietende Person ein Veto einlegen. Durch die direkte Nutzung des Stroms und die Einspeisemöglichkeit, kann sich der Erwerb eines Balkonkraftwerkes bereits nach wenigen Jahren amortisieren. Zusätzlich steigt die Anzahl der Förderprogramme und Auflagen für die Mini-PV-Anlagen werden reduziert.

Photovoltaik-Anlagen stellen insgesamt eine leistungsstärkere Lösung dar, die insbesondere für Hausbesitzerinnen und Hausbesitzer* interessant ist, die längerfristig von den Vorteilen der erneuerbaren Solarenergie profitieren möchten. Obwohl der anfängliche bürokratische Aufwand und die längere Amortisierung eine Hürde darstellen können, sind PV-Anlagen eine nachhaltige Investition in die Zukunft.

Hinweis: Bei beiden Typen von PV-Anlagen müssen die entsprechenden Regularien beachtet werden – auch in Bezug auf eine geldliche Vergütung. Informieren Sie sich im Vorfeld über die Vorschriften sowie über die Bedingungen für potenzielle Förderungen.

Im Kontext von Solarenergie ergibt die berechtigte Frage nach der staatlichen Förderung von Photovoltaik-Anlagen auf. Durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) werden Photovoltaik-Anlagen sowie andere erneuerbare Energiequellen gefördert, denn bis 2030 sollen über 80 % des Bruttostromverbrauchs von erneuerbaren Energien erzeugt werden. Auch für Balkonkraftwerke gibt es viele Fördermöglichkeiten. Einspeisevergütungen kommen bei den kleinen PV-Anlagen jedoch nicht zum Tragen.

Photovoltaik-Anlagen: Einspeisevergütung

Die Einspeisevergütung für PV-Anlagen beträgt je nach Leistungsfähigkeit ca. zwischen 5-13 Cent/kWh. Die Höhe der Förderung hängt dabei von der Leistungsfähigkeit der Anlage ab (10/40/100/400/1.000 kW) und ob teil- oder volleingespeist wird. Volleinspeisung erhält grundsätzlich höhere Prämien. Einspeisevergütungen behalten 20 Jahre lang ihre Wertigkeit, danach werden sie reduziert oder entfallen.

Balkonkraftwerke: Einspeisevergütung

Da Balkonkraftwerke nicht leistungsfähig genug sind und in der Regel weniger als 10kW pro Tag fördern, werden mit ihnen auch keine Prämien erzielt. Das bedeutet auch, dass der überschüssige, unverbrauchte Strom der Mini-Solaranlagen ohne Vergütung ins Stromnetz eingespeist wird. Um dies zu umgehen, kann ein Balkonkraftwerk mit Stromspeicher helfen. Jedoch verlängern die zusätzlichen Anschaffungskosten die Amortisierungsdauer erheblich.