Die Solar-Revolution: Immer mehr Autarkie dank immer besserer PV-Module.

Der 30. Mai 2022 war ein bedeutender Tag. Für die Wissenschaft, für (künftige) PV-Anlagenbesitzer:innen und für die Energiewende insgesamt. Es war der Tag, an dem das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) die effizienteste Solarzelle der Welt präsentiert hat. Zwei Jahre lange probierten und tüftelten Forscher:innen des Fraunhofer ISE an diesem ehrgeizigen Projekt. Dann war es soweit, den Wissenschaftler:innen gelang ein beachtlicher Durchbruch: Sie entwickelten eine Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 47,6 % unter konzentriertem Sonnenlicht – und damit die bisher effizienteste Zelle der Welt. Zum Vergleich: übliche Solarmodule haben derzeit einen Wirkungsgrad zwischen 10 und 24 % – je nach Modulart.

Das Beispiel des Fraunhofer ISE verdeutlich, was alles möglich ist und wie schnell der Fortscharitt in der Photovoltaik-Forschung ist – mit positiven Folgen für dich.

Geringe Einspeisevergütung: Warum deine Autarkie immer wichtiger wird.

Photovoltaikanlagen lohnten sich früher vor allem aufgrund der EEG-Förderung für eingespeisten Strom. Heute sieht das anders aus: Je mehr Solarstromanlagen gebaut werden, umso geringer ist die EEG-Förderung. Lag sie im Jahr 2004 für Anlagen bis 10 kWp noch bei 57,40 Cent je Kilowattstunde, bekommt man im Jahr 2023 nur noch 8,6 Cent für die Kilowattstunde. Diese Einspeisevergütung gilt für Anlagen mit einer Leistung von bis zu 10 kWp. Bei größeren Anlagen bis einschließlich 40 kWp sind es 7,50 Cent pro Kilowattstunde. Eigentlich sinkt die Einspeisevergütung mit dem fortschreitenden Zubau an PV-Anlagen, aber die Absenkung der Einspeisevergütung (Degression) ist bis Anfang 2024 ausgesetzt. Einspeisen lohnt sich also weniger, als den Solarstrom selbst zu verbrauchen.

Du machst dich mit einer eigenen Stromversorgung auch zunehmend autark vom Stromnetz und steigenden Preisen für Strom aus dem öffentlichen Netz. Deutschland belegt bei den Strompreisen ohnehin einen weltweiten Spitzenplatz. Mit einer Photovoltaikanlage kannst du sozusagen die „Strompreisbremse“ aktivieren und deinen Strom günstig vom eigenen Dach beziehen.

Autarkie ist aber auch ein emotionales Thema: Die eigene Stromversorgung bedeutet nicht zuletzt auch Freiheit. Gerade in Krisen wünschen wir Menschen uns oft, die Dinge selbst in die Hand nehmen zu können. Energie ist ein derart wichtiger Faktor in unserem Leben, dass das Unabhängigkeitsstreben hier besonders stark ist.

Außerdem lohnen sich Photovoltaikanlagen nicht mehr nur im Sommer: Moderne Solarmodule erhöhen deine Autarkie ganzjährig – beispielsweise auch bei Wolken. Dank verbesserter Technik und der erhöhten Zahl an Sonnentagen.

Mit und ohne Speicher: Wie hoch kann der Autarkiegrad sein?

In einem typischen Einfamilienhaus kannst du mit einer PV-Anlage eine Autarkie von rund 30 % erreichen – zusammen mit einem Stromspeicher sind sogar bis zu 80 % Autarkiegrad drin. Denn der Speicher sorgt dafür, dass du den Strom aus deiner Photovoltaikanlage selbst nutzen kannst, auch wenn gerade gar kein Solarstrom produziert wird. Die genannten Durchschnittswerte können an einzelnen, sonnigen Tagen sogar übertroffen werden. Vor allem im späten Frühjahr und Frühsommer, sind die Wirkungsgrade zur Solarstromerzeugung ideal.

Wie ein Tag mit Photovoltaikanlage und Stromspeicher aussehen kann.

Höherer Autarkiegrad durch technische Entwicklung bei PV-Modulen.

Die Autarkie mit PV-Anlagen hat sich durch Forschung und Entwicklung im Bereich der Solarmodule stark verbessert. Ihr Wirkungsgrad ist in den letzten fünf Jahren um rund 30 % gestiegen. Das bedeutet, du produzierst (auch bei weniger sonniger Witterung) immer mehr Solarstrom – und das zu immer geringeren Kosten.

Moderne Module haben immer mehr Leistung – auch und gerade bei Wolken.

PV-Module bestehen aus mehreren Solarzellen. Durch ihre Kopplung zu einem Modul addiert sich die Leistung der einzelnen Solarzellen. Um die Leistung eines PV-Moduls zu steigern, kann der Hersteller also sowohl an der einzelnen Zelle, als auch am Zusammenspiel mit den anderen Zellen ansetzen. Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls gibt an, wie viel der verfügbaren Energie, der Sonneneinstrahlung, in Solarstrom umgewandelt wird.

„Photovoltaikhersteller haben zuletzt die Effizienz ihrer Produkte spürbar gesteigert, indem sie den Wirkungsgrad, das Schwachlichtverhalten, die Schneelast/Windlast-Eigenschaften und Leistungstemperaturkoeffizienten verbesserten.“ – Daniel Schmitt vom PV- und Speicher-Großhändler Memodo.

Selbst bei Wolken und Schatten, dem sogenannten Schwachlichtverhalten, generieren PV-Module heute immer mehr Solarstrom. Normalerweise wirken sich hohe Bäume, Masten und Gebäude durch den erzeugten Schatten schnell sehr negativ auf deinen Solarertrag aus. Moderne PV-Module können heute immer besser auch unter solchen erschwerten Bedingungen arbeiten und deine Autarkie steigern.

Stromerzeugung bei Bewölkung – da geht was!

Auch bei Bewölkung produzieren PV-Anlagen Strom. Und zwar gar nicht mal so wenig. Denn die Module werden immer leistungsfähiger und erzeugen so auch bei Bewölkung Solarstrom. Zudem gibt's Solarzellen, die besonders bei Schwachlicht oder diffusen Lichtverhältnissen effizient sind. Am besten geeignet für Schwachlicht sind sogenannte Dünnschichtmodule. Sie haben ein besseres Schwachlichtverhalten als polykristalline oder monokristalline PV-Module und sorgen bei Wolken für mehr Solarstrom. Allerdings sind die Erträge bei wolkigen Verhältnissen natürlich geringer. Mit sogenannten Leistungsoptimierern können Einbußen bei Schatten und Wolken sowie bei Leistungsausfall einer Photovoltaikanlage übrigens verringert werden.

Poly- und monokristalline Module.

Es gibt unterschiedliche Arten von Solarzellen. Am weitesten verbreitet sind poly- und monokristalline Module. Sie bestehen aus Silizium, unterscheiden sich jedoch in der Fertigung. Vereinfacht gesagt sind polykristalline Module einfacher herzustellen und damit günstiger als monokristalline Module, wobei letztere einen höheren Wirkungsgrad haben. Je weniger Platz auf dem Dach ist, umso wichtiger ist der Wirkungsgrad des Solarmoduls und damit die Wahl leistungsstarker monokristalliner Module.

Zukunftsmusik gibt es auch in diesem Bereich: Der chinesische Photovoltaik-Hersteller Jinko Solar verkündete, dass er einen Wirkungsgrad von knapp 23 % mit einem monokristallinen Solarmodel erreicht.

Leistungsoptimierer regeln PV-Module individuell.

Mit sogenannten Leistungsoptimierern werden die Einbußen bei Schatten und Wolken sowie bei Leistungsausfall einer Photovoltaikanlage verringert. Ansonsten bestimmt das schwächste PV-Modul die Leistung der gesamten Photovoltaikanlage. Indem ein Leistungsoptimierer die PV-Module individuell regelt, fällt ein Leistungsabfall oder -ausfall eines einzelnen Moduls nicht mehr so stark ins Gewicht. Ziemlich praktisch, finden wir.

Halbzellenmodule.

Inzwischen setzen viele Hersteller auf Halbzellenmodule zur Leistungssteigerung. Dabei sind die Solarzellen quasi in zwei Teile getrennt. Das vergrößert die Zellzwischenräume und verdoppelt die Zahl der Zellverbinder gegenüber Vollzellenmodulen. Und das steigert die Leistung um 2 bis 3 %. Schließlich verbessert sich die Leistung auch bei Verschattung. Denn durch die Halbierung der Zellen kann sich die Verschattung nur auf eine Hälfte auswirken. Sprich: Die Leistung kann bei Verschattung um 50 % höher sein. Das macht dich bei schlechteren Wetterverhältnissen deutlich autarker.

Schwarze PV-Module.

Bei schwarzen Solarmodulen sind – wie du vielleicht erraten hast – alle Komponenten schwarz. Schwarz ist schick, deshalb werden diese Solarmodule häufig gekauft.

Back-Contact-Technologie.

Bei der Back-Contact-Technologie wird der Strom über Kontakte auf der Zellenrückwand abtransportiert. Dadurch geht weniger durch Reflexion verloren und das Modul wird effizienter. Es erzielt so bis zu 400 Watt Leistung auf 1,7 qm.

Metal-Wrap-Through Solarzellen.

Eine neue Technologie für mehr Autarkie sind Metal-Wrap-Through (MWT) Solarzellen. Sie werden aktuell vom Fraunhofer Institut erforscht und sollen einen höheren Wirkungsgrad haben. MWT-Solarzellen haben die Kontakte für die elektrische Verschaltung auf der Rückseite. So verschattet weniger Metall die Vorderseite und der Wirkungsgrad wird verbessert. Bisher gibt es nur vereinzelte Hersteller, die diese Technologie anbieten.

Geschindelte Zellen.

Die Schindel-Technologie sorgt dafür, dass zum einen Zell-Zwischenräume vermieden und so die aktive Fläche größer wird und zum anderen keine Verschattungsverluste durch aufliegende Zellverbinder den Wirkungsgrad beeinträchtigen. Denn geschindelte Zellen werden ohne Kupferverbinder miteinander verklebt. Im Jahr 2019 hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) ein Klebeverfahren entwickelt, dass der Technologie zum Durchbruch verhelfen soll. Lange behinderten die Kosten für Silicium-Zellen und eine fehlende Entwicklung leitfähiger Klebstoffe die Marktreife.

Glasmodule.

Glas-Glas-Module haben durch den Einsatz von Glas auf beiden Seiten des Moduls eine besonders hohe Lebensdauer. Zudem wird das PV-Modul durch diese Technologie effektiver und du kannst mit einer höheren Leistung über die gesamte Lebensdauer rechnen.

Bifazile Module.

Bifazile Module können auch indirektes Licht auf der Rückseite nutzen, um Strom zu erzeugen. Normalerweise ist das nicht möglich, weil die Rückseitenfolie kein Licht durchdringen lässt. Bei bifazilen Modulen kommt stattdessen eine transparente Folie oder Glas zum Einsatz. So wird auf der gleichen Fläche ein höherer Ertrag erzielt – bis zu 25 % mehr Solarertrag soll so möglich sein. Wie hoch dieser im Einzelfall tatsächlich ist, bestimmen das Rückstrahlvermögen des Untergrunds und der Abstand des Moduls vom Untergrund.

Anfang 2020 wurden bei bifazialen Module zwei neue Wirkungsgradrekorde erzielt - die bifazialen p-type und n-type Heterojunktion-Module betreffend. Sie erreichten eine maximale Effizienz von 21,82 bzw. 22,49 %. Möglich machten die Verbesserungen in der Serienproduktion eine neue Anti-Reflexbeschichtung, eine verbesserte Metallisierungstechnologie sowie die „Tiling Ribbon“-Technologie. Die Analysten von IHS Markit erwarten, dass der Marktanteil von bifazialen Modulen bis 2022 bei einem Drittel der weltweiten Produktion liegt.

PERC-Technologie.

Bei der PERC Technologie („Passivated Emitter and Rear Cell“) ist vor allem die Rückseite der Solarzellen anders aufgebaut als bei Standard-PV-Modulen. Ziel ist es, die Lichtausbeute im hinteren Bereich der Zelle und so auch die Elektronenausbeute zu steigern. Dadurch produzieren PERC-Zellen mehr Strom und der Wirkungsgrad steigt.

Steigende Modulgröße.

Das Streben nach immer leistungsstärkeren PV-Modulen hat auch Auswirkungen auf die Größe der Module. Denn die Wafer, das Ausgangsmaterial zur Herstellung kristalliner Solarzellen, wird dicker. Lange waren Wafer-Größe von M2 der Standard, bald werden es M3 sein. Inzwischen produzieren immer mehr Hersteller sogar M6 Wafer. Mit den größeren Wafern wird die Zelle größer und das bedeutet: eine größere Fläche, auf der Licht eingefangen wird und somit die Leistung steigt.

Der richtige Zeitpunkt ist jetzt.

Vielleicht fragst du dich: Lohnt es sich überhaupt, jetzt in eine PV-Anlage zu investieren, wo doch so viel entwickelt wird? Wir sagen ganz klar ja. Zum einen sinkt die EEG-Einspeisevergütung, das heißt, du bekommst immer weniger Geld für den Strom, den du ins Netz einspeist. Damit lohnt es sich umso mehr, den Strom aus der Photovoltaikanlage selbst zu nutzen. Zum anderen rechnet sich die Solarstromerzeugung mit einer Autarkie von rund 30 % (mit Speicher bis zu 80 %) schon heute. Benötigst du doch mal mehr Strom als du selbst erzeugst, erhältst du mit Wirklich Eigenstrom von Polarstern genauso viel, wie dir fehlt. Denn anders als bei Flatrate-Tarifen wird Wirklich Eigenstrom rein verbrauchsabhängig abgerechnet, ohne Grundgebühr. Ein spannender Tarif für Haushalte mit PV-Anlage und Speicher. 

Mehr über Wirklich Eigenstrom

Immer mehr Sonne macht dich ganzjährig autarker.

Gute Nachricht für deine Solaranlage: Die Sonne scheint in Deutschland immer häufiger.

Mehr Sonnenschein: Klimatische Veränderungen steigern die Autarkie.

Klar, die Veränderungen, die die Klimakatastrophe bisher mit sich bringt, sind dramatisch und alles andere als gut. In Deutschland scheint eine Folge der massiven Klimaveränderung aber auch mehr Sonnenschein zu sein. Für PV-Anlagenbesitzer:innen ist das eine gute Nachricht (für die Landwirtschaft eher weniger). Der Deutsche Wetterdienst (DWD) konstatierte im August 2022 die Sonne mache "Überstunden ohne Ende":

"Es scheint also einen Trend hin zu mehr Sonnenschein in Deutschland zu geben. Dieser Trend ist in fast allen Monaten erkennbar. Besonders deutlich sticht allerdings der April heraus, der im Klimamittel deutlich sonniger geworden ist."

Die Grafik zeigt, dass 2022 und auch das Jahr 2023 bislang keine Einzelerscheinungen sind, sondern dass sich die Zahl der Sonnenstunden im Mittel erhöht hat. Dass es immer mehr Sonnenschein gibt, ist also nicht nur ein Gefühl: Die Daten des Deutschen Wetterdienstes zeigen, dass der Trend seit einigen Jahren anhält. Mit einer PV-Anlage hast du somit viel Potenzial, sauberen und nachhaltigen Strom zu erzeugen und deine Autarkie deutlich zu erhöhen.

Ein Faktor: die Globalstrahlung.

Natürlich spielt der Standort eine zentrale Rolle für den maximal möglichen Ertrag einer Photovoltaikanlage. In Hamburg etwa gibt es statistisch gesehen weniger Sonnenstunden als in Süddeutschland. Die Sonnenstrahlung, die tatsächlich unseren Erdboden erreicht, wird als Globalstrahlung bezeichnet. In Deutschland ist die Globalstrahlung je zur Hälfte direkt und indirekt – und liegt im Jahresmittel bei etwa 125 Watt pro Quadratmeter.

Grundsätzlich gilt: Globalstrahlung und Erträge sind umso höher,

1. je näher am Äquator eine Photovoltaik-Anlage steht. Aufgrund des steileren Sonnenstandes ist der Weg für die energetische Solarstrahlung von der Sonne zur Erdoberfläche am Äquator kürzer.
2. je höher der Standort einer Photovoltaik-Anlage ist. Dünne Luft bildet eine weitaus geringere Barriere als dicke.
3. je höher die Sonne steht. Das gilt natürlich besonders um die Mittagsstunde (Sommerzeit beachten!) und in den Sommermonaten.

So oder so lohnt sich eine Solaranlage aber überall in Deutschland, ganz gleich ob du im Norden, Osten, Süden oder Westen wohnst.

Solarstrom für die Wärmeversorgung.

Durch leistungsstärkere PV-Module und mehr Sonnenstunden erzeugst du – wie aufgezeigt – immer mehr Solarstrom auch außerhalb der Sommermonate. So kannst du ihn etwa in den kälteren Monaten auch für die Wärmeerzeugung nutzen. Und das lohnt sich: Im Dreipersonenhaushalt kannst du mit PV-Anlage, Wärmepumpe und Stromspeicher sogar etwa 70 % deines jährlichen Strombedarfs decken.

Solarstrom in Entwicklungsländern.

Durch die klimatischen Veränderungen und mehr Sonne wird Photovoltaik auch in Entwicklungs- und Schwellenländern immer verbreiteter. Dort ist die Sonne für viele Menschen die beste oder manchmal sogar die einzige Möglichkeit, an Strom zu kommen. Durch netzunabhängige Lösungen wie Solarleuchten, Solar-Home-Systeme und Mini-Grids haben in diesen Ländern schon etwa 30 bis 40 Millionen Menschen Zugang zu sauberem Strom erhalten. Unsere Partner wie Africa GreenTec unterstützen aktiv den Ausbau von Solarenergie in Afrika, indem wir gemeinsam eine solare Stromversorgung in abgelegenen Dörfern in Madagaskar aufgebaut haben und das weiter tun.

Ein starker Hebel für deine Autarkie bist du.

Wieviel Strom du verbrauchst, hängt natürlich stark von deinem Verhalten ab. Deshalb ist es gut, ihn genau zu kennen und an die Solarerzeugung anzupassen.

Smart Meter helfen dir, deine Autarkie zu steigern.

Für Solaranlagen ab 7 kWp wird die Nutzung eines Smart Meters ab 2025 Pflicht. Doch die Anschaffung lohnt sich schon jetzt. Mit Smart Metern hast du deinen Verbrauch sekundengenau im Blick und kannst ihn so leichter der Sonneneinstrahlung anpassen, sprich bewusst Haushaltsgeräte anschalten, wenn viel Strom erzeugt wird. Doch nicht nur das: Die Daten können dir auch helfen, Probleme deiner PV-Anlage frühzeitig zu bemerken. Zudem hast du einen Überblick über den erzeugten, direkt genutzten und den eingespeisten Strom und kannst mit einem Installateur sehr genau einschätzen, welche Größe ein Speicher idealerweise haben sollte.

Für den Reststrom gibt’s Wirklich Eigenstrom von Polarstern.

Polarstern unterstützt dich mit dem Tarif Wirklich Eigenstrom dabei, mit einer Photovoltaikanlage autarker zu werden und deine Stromkosten zu senken. Denn du zahlst nur den Strom, den du tatsächlich verbrauchst. Keine Flatrate. Keine Grundgebühr. Wirklich.

Gleichzeitig vergrößerst du deine positive Wirkung auf das Klima, denn zu deinem sauber erzeugten Solarstrom beziehst du bei Polarstern Wirklich Ökostrom aus 100 % Wasser- und Solarkraft. Die perfekte Ergänzung also für deine Photovoltaikanlage.