Solaranlage

Solaranlagen nutzen die Sonnenenergie, so viel ist klar. Doch was genau ist eine Solaranlage? Was ist eine Photovoltaikanlage? Und was versteckt sich hinter dem Begriff thermische Solaranlage? Wir erklären Ihnen hier den Unterschied. Finden Sie außerdem wichtige Informationen zur Funktionsweise, zur richtigen Installation und zu möglichen Genehmigungspflichten von Solaranlagen. Auch zu Kosten, Förderungen und Steuerbefreiungen geben wir Auskunft – damit Ihr Solarprojekt gelingt.

Eine Solaranlage ist eine technische Anlage, die direkte Sonnenenergie in eine andere Energieform umwandelt. Grundsätzlich lassen sich Solaranlagen nach dem Arbeitsprinzip und der Energieform, die gewonnen wird, in drei Typen unterscheiden:

1. Thermische Solaranlagen: Mit einer thermischen Solaranlage, auch Solarthermieanlage genannt, wird Wärmeenergie im niedrigen Temperaturbereich gewonnen – vor allem für die direkte Nutzung in Haushalten zur Warmwasserbereitung und zur Heizungsunterstützung. 
2. Thermische Solarkraftwerke: Sie liefern ebenfalls Wärme, jedoch im größeren Maßstab für die Industrie und im Regelfall bei weit höheren Temperaturen als thermische Solaranlagen. Die Wärme wird außerdem weniger direkt thermisch genutzt, sondern überwiegend in elektrischen Strom umgewandelt.
3. Photovoltaikanlagen: Mit einer Photovoltaikanlage wird Sonnenenergie in elektrische Energie (Gleichstrom) umgewandelt. Über einen Wechselrichter wird der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt und ins Stromnetz eingespeist.

In privaten Haushalten kommen Thermische Solaranlagen oder Photovoltaikanlagen zum Einsatz.

Der Wärmetauscher überträgt die Wärme von der Trägerflüssigkeit auf das Trinkwasser im Speicher und gegebenenfalls auf das Heizsystem, ohne dass sich Trägerflüssigkeit und das zu erwärmende Wasser vermischen. Der Speicher hält die erzeugte Wärme auf lange Zeit im Behälter. In der Regel wird eine Temperatur von 50° C im Speicher angestrebt. Ist diese erreicht, schaltet sich die Umwälzpumpe ab. Selbst wenn nun kein warmes Wasser aus dem Speicher entnommen wird, beispielsweise zum Duschen oder um die Heizung zu betreiben, kühlt der Speicher von allein leicht ab. Sobald eine bestimmte Minimaltemperatur erreicht ist (z. B. 45° C), springt die Pumpe wieder an und führt die solar erwärmte Trägerflüssigkeit durch den Wärmetauscher, sodass sich der Speicher wieder erhitzt. Wenn die Sonnenwärme nicht ausreicht, um den Speicher zu erhitzen, hilft ein zweiter Wärmetauscher im Speicher nach, der an das herkömmliche Heizsystem des Hauses angeschlossen ist. Für den Fall, dass es im Speicher mal zu heiß wird, gibt es ein Überdruckventil, das für die nötige Sicherheit sorgt. 

Wer mit seiner Photovoltaikanlage mehr Strom produziert, als er verbraucht, kann den Überschuss in das öffentliche Stromnetz einspeisen. Der Staat zahlt für jede eingespeiste Kilowattstunde einen gewissen Betrag, abhängig von der Leistung der installierten Photovoltaikanlage auf dem Hausdach. Seit dem 1. Januar 2023 bis zum 31. Januar 2024 gilt folgende Vergütung bei Wohngebäuden:

Trotz der Einspeisevergütung kann es sinnvoll sein, über einen Stromspeicher nachzudenken, um so viel eigens produzierten Solarstrom wie möglich selbst zu nutzen. Das bedeutet im ersten Moment zwar höhere Anschaffungskosten für die PV-Anlage, kann sich über die Jahre aber rechnen. 

Mit einem Speichersystem kann ein Teil des selbst erzeugten Stroms zwischengespeichert werden, um ihn abends und nachts bis zum nächsten Morgen zu verbrauchen. Darüber hinaus lässt sich von der Photovoltaikanlage überschüssig produzierter Strom, der aktuell nicht verbraucht wird, speichern. 

Auf dem Markt gibt es dafür unterschiedliche technische Lösungen: 

• Batteriespeicher mit Lithium-Ionen-Batterien
• Batteriespeicher mit Redox-Flow-Batterien
• Batteriespeicher mit Salzwasser-Batterien

Die am häufigsten verwendeten Batteriespeicher sind die Lithium-Ionen-Batteriespeicher, da sie einen sehr hohen Wirkungsgrad, eine hohe Energiedichte und eine lange Lebensdauer haben – auch bei intensiver Nutzung. 

Kaum ist die Solaranlage auf dem Dach installiert, ziehen Wolken am Horizont auf. Doch keine Sorge, Ihre Solaranlage funktioniert auch ohne direkte Sonnenstrahlung, denn für die Solarwärme- oder Solarstromproduktion zählt die Menge des verfügbaren Lichts und Licht ist auch ohne direkte Sonne vorhanden als sogenannte diffuse Strahlung. Diffuse Strahlung hat im Gegensatz zu direkter Sonnenstrahlung keine klare Richtung, dieses Licht kommt gebrochen und damit von allen Seiten auf dem Erdboden an. Es entsteht vor allem durch Lichtablenkung an Molekülen in der Atmosphäre – zum Beispiel aufgrund von Nebel, Wolken, Luftverschmutzung oder hoher Luftfeuchtigkeit. Aber auch Reflektionen an der Erdoberfläche tragen zum diffusen Licht bei.

Ein Teil der Globalstrahlung, sprich der Sonnenenergie, die tatsächlich auf der Erdoberfläche ankommt, ist immer diffuse Strahlung. Selbst an sonnigen Tagen beträgt der Anteil diffuser Strahlung etwa 25 Prozent. Ist der Himmel bedeckt, steigt die diffuse Strahlung auf ungefähr 92 Prozent. In Deutschland beträgt der Anteil diffuser Strahlung im Jahresmittel etwa 50 Prozent an der Globalstrahlung. Dabei gelangt nicht immer gleich viel direkte und diffuse Strahlung auf die Erdoberfläche: Im Sommer dominiert die direkte Strahlung, im Winter hingegen die diffuse Strahlung.

Zwar funktionieren Solaranlagen bei diffuser Strahlung weiterhin, jedoch sinkt ihr Ertrag – bei Photovoltaik- mehr als bei Solarthermieanlagen. Zum einen, weil diffuse Strahlung von den Solarmodulen schlechter verwertet werden kann und zum anderen, weil unter den Wetterbedingungen, die zu diffuser Strahlung führen, deutlich mehr Licht in der Atmosphäre absorbiert wird. Die Globalstrahlung insgesamt ist also niedriger.

An einem sonnigen Tag liegt die Globalstrahlung (direkte plus diffuse Strahlung) in Deutschland im Durchschnitt bei ungefähr 1.000 W/m², an einem regnerischen Tag bei etwa 200 W/m². Allerdings ist der Wert der Globalstrahlung nicht überall in Deutschland gleich. Im Süden ist er höher als im Norden

Im Winter wird wegen der niedrigeren Strahlungsleistung der Sonne und dem durchschnittlich höheren Anteil an diffusem Licht aufgrund der Bewölkung nur 30 bis 35 Prozent des Ertrags einer Photovoltaikanlage erzielt.

Zum Vergleich: An einem Hochsommertag kann bis zu zwanzigmal mehr Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche ankommen als an einem bedeckten Wintertag.

Schatten auf der Solaranlage, zum Beispiel durch Bäume, andere Gebäude oder den Schornstein, mindern den Ertrag. Zwar sind manche PV-Module inzwischen mit sogenannten Bypass-Dioden ausgestattet, die den Teil des Solarmoduls abschalten, der durch einen Schatten bedeckt wird, und den Strom umleiten, allerdings haben diese Dioden nur eine begrenzte Lebensdauer. Wenn sie durch eine dauerhafte Verschattung des Moduls kontinuierlich beansprucht werden, kann das zu größeren Schäden führen. Deshalb sollte eine Solaranlage am besten von vornherein so geplant werden, dass sie gar nicht verschattet wird.

Ob eine Solaranlage genehmigungspflichtig ist oder nicht, regelt jedes Bundesland selbst. Kleinere Photovoltaikanlage, die an oder auf Gebäuden installiert werden, brauchen in den meisten Bundesländern keine Baugenehmigung. Erkundigen Sie sich zur Sicherheit trotzdem vorab bei Ihrer Stadt- oder Gemeindeverwaltung über die jeweils geltenden Vorschriften. Wenn Unsicherheiten bestehen, hilft es auch, eine Bauanzeige zu stellen. Dann müssen die Behörden feststellen, ob die Photovoltaikanlage genehmigungspflichtig ist.

Unsicherheiten können zum Beispiel bestehen, wenn:

• das Gebäude unter Denkmalschutz steht
• ein öffentliches Gebäude mit einer Photovoltaikanlage versehen werden soll
• die Photovoltaikanlage größer geplant ist, sich zum Beispiel über das Dach eines Mehrfamilienhauses erstrecken soll
• eine Fassadenanlage, die aus der Gebäudehülle hervorragt, umgesetzt werden soll

Grundsätzlich sind bei der Installation von Solaranlagen neben einer möglichen Genehmigungspflicht alle anderen bestehenden Pflichten zu wahren; zum Beispiel Brandschutz, Standortsicherheit, Verkehrssicherheit, Grundstücksabstände etc.

Wie viel eine Solaranlage kostet, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Vor allem von

• der Art der Anlage (thermische Solaranlage oder Photovoltaikanlage)
• der Größe der Anlage
• der Qualität der einzelnen Bestandteile

Die größten Kostenfaktoren sind bei Solarthermieanlagen die Kollektoren und der Wärmespeicher. Die Fläche der Solarkollektoren und die Größe des Wärmespeichers wird zum einen davon bestimmt, ob die Anlage nur Warmwasser bereiten oder auch als Heizungsunterstützung dienen soll und zum anderen davon, wie viel der benötigten Wärme die Anlage abdecken soll. Je mehr die Solaranlage leisten soll und je mehr Personen sie mit Wärme versorgen soll, desto mehr Kollektoren müssen installiert werden und desto höher werden die Kosten.

Zur groben Orientierung für die notwendige Größe einer thermischen Solaranlage:

• Für die Warmwasserbereitung sind normalerweise pro Person 1,0 bis 1,5 Quadratmeter Kollektorfläche und 50 bis 80 Liter Wärmespeichervolumen notwendig.
• Für die Heizungsunterstützung werden pro Person 3,0 bis 4,0 Quadratmeter Kollektorfläche und ein Wärmespeichervolumen von 150 bis 200 Liter benötigt.

Neben der Größe von Solarkollektorfläche und Wärmespeichergröße spielt auch die Art der Solarkollektoren eine Rolle bei den Kosten: Es gibt Röhrenkollektoren (auch Vakuumröhrenkollektoren genannt) und Flachkollektoren. Die Röhrenkollektoren kosten mehr als die Flachkollektoren, sind aber dafür effizienter und benötigen somit weniger Platz auf dem Dach. 

Ein weiterer Kostenfaktor bei Solarthermieanlagen ist die Qualität. Als Qualitätsmerkmale eines Solarkollektors gelten zum Beispiel der Wirkungsgrad und die Länge der Garantie (Leistungsgarantie)

1. Kostenbeispiel (2023):

• Thermische Solaranlage ohne Heizungsunterstützung, durchschnittliche Qualität, für ein Einfamilienhaus (4 Personen)
• Kollektorfläche mit Flachkollektoren 4 bis 6 Quadratmeter: ca. 1.500 Euro
• Warmwasserspeicher: ca. 1.000 bis 2.000 Euro
• Montage: ca. 1.500 Euro
• Gesamtkosten: ca. 5.000 Euro

Werden Vakuumröhrenkollektoren anstelle von Flachkollektoren benutzt, steigen die Kosten.

2. Kostenbeispiel (2023):

• Thermische Solaranlage mit Heizungsunterstützung, durchschnittliche Qualität, für ein Einfamilienhaus (4 Personen)
• Kollektorfläche mit Flachkollektoren 16 Quadratmeter: ca. 5.000 Euro
• Warmwasserspeicher, mind. 600 Liter Fassungsvermögen: ca. 2.000 bis 3.000 Euro
• Montage: ca. 3.000 Euro
• Gesamtkosten: ca. 10.000 Euro

Bei einer Photovoltaikanlage machen die Solarmodule und der Wechselrichter den größten Teil der Anschaffungskosten aus. Hinzu kommen:

• die Montagekosten
• evtl. die Kosten für den Stromspeicher
• evtl. die Kosten für den Netzanschluss
• evtl. jährliche Gebühr für die Bereitstellung des Stromzählers, der die Menge des Stroms zählt, der ins öffentliche Netz eingespeist wird
• die jährlichen Betriebskosten (Wartung, Reparatur, Reinigung, Versicherung)

Für die Kosten einer Photovoltaikanlage gilt: Je größer die Anlage, desto wirtschaftlicher. Um die Anschaffungskosten vergleichen zu können, werden die Kosten pro kWp (Kilowatt-Peak oder Spitzenleistung) verwendet. 

Für eine Photovoltaikanlage eines Einfamilienhauses rechnet man ungefähr mit 10 kWp, wobei die Tendenz aufgrund sinkender Modul- und Speicherpreise hin zu größeren Anlagen geht. 1 kWp PV-Leistung liefert 950 bis 1.250 kWh (Kilowattstunden) Strom pro Jahr, im Durchschnitt also 1.000 kWh jährlich. Dafür werden etwa 8 m² Dachfläche für Solarmodule benötigt.

Kleinere Anlagen kosten in der Regel mehr als größere Systeme, bei denen der Preis pro kWp sinkt. Zur Veranschaulichung eine erste Kostenübersicht (Nettopreise):

Hinweis: Die Preise, die in der Tabelle angegeben sind, beruhen auf den Daten des Preismonitors des Bundesverbands Solarwirtschaft (BWE Solar) für das vierte Quartal 2022 und einem Speicher für das zweite Halbjahr 2022.

Wer die anfänglichen hohen Investitionskosten beim Kauf einer Solaranlage scheut, kann stattdessen eine Solaranlage mieten. Zwar ist das Mieten einer Photovoltaikanlage über die Vertragslaufzeit mit höheren Kosten verbunden, dafür muss zu Beginn keine große Summe Geld vorhanden sein. Stattdessen wird monatlich ein gewisser Betrag gezahlt, der neben der Installation und Planung noch weitere Zusatzleistungen wie Wartung und Reparaturen beinhaltet. Bei einer gekauften Solaranlage sind Sie nach der Installation und Inbetriebnahme selbst vollumfänglich für die Solaranlage verantwortlich. 

Typisch für Mietverträge von Solaranlagen sind lange Laufzeiten von 15 bis 25 Jahren. Oftmals kann die Anlage nach Ende der Vertragslaufzeit kostenfrei übernommen werden. Außerdem wird häufig der vorzeitige Abkauf der Anlage angeboten. Die Kosten sind dann allerdings meist höher als beim direkten Kauf der Solaranlage.

Sowohl thermische Solaranlagen als auch Photovoltaikanlagen werden durch verschiedene Programme gefördert. Die Förderung wird dabei meist für die Anschaffung und Installation der Solaranlage ausgeschrieben. Bei der KfW-Bank zum Beispiel erhalten Sie günstige Kredite für energetische Sanierungen. Bei einer Photovoltaikanlage kann man zusätzlich über die Einspeisevergütung eine stetige Förderung erhalten. Hier zahlt der Staat 20 Jahre lang für jede Kilowattstunde, die über Photovoltaik erzeugt und ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird, einen gewissen Betrag.

All jene, die sich erst einmal vorsichtig an das Thema Solaranlage herantasten möchten, gibt es die Möglichkeit, sogenannte Mini-Solaranlagen oder Balkonkraftwerke zu installieren. Dafür zahlen immer mehr Städte und Gemeinden in Deutschland teilweise sehr hohe Zuschüsse. Außerdem gibt es von einzelnen Bundesländern Förderprogramme für die Balkon-Solaranlagen. 

Die Solaranlagen für den Balkon bestehen in der Regel aus ein oder zwei Solarpanelen, einem Wechselrichter, der den durch die Sonnenenergie gewonnenen Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, und einem Stecksystem für den Anschluss ans Stromnetz des Hauses. Mit einer solchen Mini-Solaranlage werden maximal 600 Watt erzeugt.

Vor der Installation einer Solaranlage auf dem Balkon sind folgende Dinge zu beachten:

• Nicht in allen Bundesländern ist eine Solaranlage auf dem Balkon zulässig. In Bayern zum Beispiel sind Solaranlagen nur auf dem Dach erlaubt.
• In manchen Bundesländern muss man einen Bauantrag für eine Solaranlage auf dem Balkon stellen.
• In manchen Bundesländern dürfen auch Balkon-Solaranlagen nur von einem Elektrofachbetrieb angeschlossen werden.
• Kleine Solaranlagen müssen bei der Bundesnetzagentur angemeldet werden.
• Das örtliche Versorgungsunternehmen muss über die kleine Solaranlage informiert werden.
• Im Falle einer gemieteten Wohnung müssen Vermieter und WEG zustimmen.
• Im Falle einer Eigentumswohnung muss die WEG zustimmen.