Hausbesitzer·Ratgeber
Modernes Einfamilienhaus mit klar sichtbarer PV-Anlage auf dem Satteldach, ruhiger Vormittagshimmel.

Grundlagen

Wie funktioniert Photovoltaik? Vom Sonnenlicht zum Hausstrom

Auf dem Dach hängen Module, im Keller surrt ein Wechselrichter, irgendwo ist ein Speicher. Wir zeigen Schritt für Schritt, was wo passiert, mit Schaubildern und einer kinderleichten Erklärung.

Von Matthias Broich 7 min Lesezeit

TL;DR

Eine PV-Anlage besteht aus vier Bauteilen: Modulen auf dem Dach, einem Wechselrichter, einem Zweirichtungszähler und optional einem Speicher. Sonnenlicht trifft auf die Module, dort entsteht Gleichstrom. Der Wechselrichter macht daraus Wechselstrom für die Haushaltssteckdosen. Was nicht direkt verbraucht wird, fließt in den Speicher oder ins öffentliche Netz.

Was ist Photovoltaik?

Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom, ohne bewegliche Teile, ohne Verbrennung, ohne Lärm. Auf dem Dach liegt eine Reihe von Modulen, im Haus läuft ein Wechselrichter, an der Schnittstelle zum Stromnetz sitzt ein Zweirichtungszähler.

Energiefluss einer Photovoltaik-Anlage von der Sonne zum Verbraucher Sonne Modul Gleichstrom Wechselrichter Wechselstrom Verbraucher
Schaubild 1: Vom Photon im Sonnenlicht bis zur Steckdose im Haus.

Die vier Bauteile einer PV-Anlage

Modul

Auf dem Dach montiert. Wandelt Photonen in Gleichstrom. Übliche Modulgrößen liegen bei 380 bis 450 Watt Leistung. Eine 8-kWp-Anlage besteht typisch aus 18 bis 22 Modulen. Standardmaterial ist monokristallines Silizium, kombiniert mit einer Glas-Front und einer Kunststoff-Rückseite.

Wechselrichter

Wandelt Gleichstrom in 230-Volt-Wechselstrom für das Hausnetz. Steht meistens im Hauswirtschaftsraum oder Keller, möglichst nahe am Zählerschrank. Lebensdauer typisch 12 bis 15 Jahre, deutlich kürzer als die der Module. Hybrid-Wechselrichter integrieren PV und Speicher in einem Gerät.

Speicher (optional)

Eine Batterie, fast immer Lithium-Eisenphosphat (LFP). Speichert Mittagsüberschuss für den Abend. Faustregel zur Dimensionierung: 1 kWh nutzbare Kapazität pro 1.000 kWh Jahresverbrauch. Größere Speicher stehen oft nutzlos, kleinere lassen Eigenverbrauch ungenutzt. Lebensdauer 6.000 Vollzyklen, das entspricht rund 15 bis 20 Jahren bei typischem Hausgebrauch.

Zweirichtungszähler

Misst zwei Werte getrennt: was du aus dem Netz beziehst (Bezug) und was du einspeist (Lieferung). Die Pflichtinstallation übernimmt der Netzbetreiber, die Kosten sind in der schlüsselfertigen Inbetriebnahme bereits eingeplant. Moderne Geräte sind digital und liefern Verbrauchsdaten ans Smart-Home-System.

Vom Photon zum Wechselstrom

Solarmodule bestehen aus Halbleiter-Zellen, meist aus kristallinem Silizium. Wenn ein Photon mit ausreichend Energie ins Silizium eindringt, schlägt es ein Elektron aus seinem Verband heraus. Diese frei werdenden Elektronen sammeln sich an den Modul-Anschlüssen, fließen über die Kabel zum Wechselrichter, dort entsteht der Strom, den dein Haushalt nutzen kann.

Die tatsächliche Leistung der Anlage hängt von mehreren Faktoren ab:

  • Sonnenstand: Im Sommer steht die Sonne hoch, die Module erhalten Licht aus dem optimalen Winkel. Im Winter fällt die Leistung auf etwa 25 bis 35 Prozent des Sommerwerts.
  • Modul-Temperatur: Kühler ist besser. Pro Grad Celsius über 25 °C verlieren Module rund 0,4 Prozent ihrer Leistung. Hinterlüftete Module bleiben kühler.
  • Ausrichtung: Süd liefert den höchsten Spitzenwert. Ost und West sind etwa 10 bis 15 Prozent unter Süd, dafür mit besserem Eigenverbrauchs-Profil.
  • Verschattung: Schon ein verschattetes Modul reduziert die Leistung der gesamten Reihe deutlich. Hier helfen Modul-Optimizer oder Mikro-Wechselrichter.

Das Kernproblem im Eigenheim: Mittags läuft die Anlage auf Hochtouren, da ist niemand zuhause. Abends schaltet die Familie Herd, Fernseher und Licht ein, da liefert das Modul nichts mehr. Ein Speicher schließt genau diese zeitliche Lücke. Wie groß der Effekt wirklich ist, zeigt der direkte Vergleich:

Ohne Speicher

Tagesverlauf einer PV-Anlage ohne Stromspeicher 00 06 12 18 24 → Netz Netzbezug

~30 % Eigenverbrauch

Mittagsüberschuss fließt ins Netz, abends muss Strom zugekauft werden.

Mit Speicher

Tagesverlauf einer PV-Anlage mit Stromspeicher, Mittagsüberschuss wird abends genutzt 00 06 12 18 24 Speicher

~65 % Eigenverbrauch

Mittagsüberschuss wandert in die Batterie und steht abends zur Verfügung.

Schaubild 2: Was der Speicher konkret bringt. Eigenverbrauchs-Anteil im direkten Vergleich.

Für die Kinder am Tisch

Photovoltaik kinderleicht erklärt

Stell dir vor, die Sonne wirft jeden Tag Milliarden winzige Lichtpäckchen auf die Erde. Diese Päckchen heißen Photonen. Sie können nicht nur leuchten, sie können auch Schubsen.

Auf dem Dach liegen Solarmodule. Die sind wie ein riesiges Fang-Netz für Photonen. Wenn ein Photon ins Modul fliegt, gibt es einem winzigen Teilchen darin einen kräftigen Schubs. Dieses kleine Teilchen heißt Elektron. Wenn ganz viele Elektronen gleichzeitig einen Schubs bekommen, rennen sie alle in dieselbe Richtung. Das nennen wir Strom.

Aber: Der Strom aus dem Modul ist noch nicht der richtige für die Steckdose. Im Modul fließt er immer in eine Richtung. In der Steckdose soll er hin und her hüpfen. Deshalb gibt es ein Gerät namens Wechselrichter. Der baut den Strom passend um.

Wenn Mama und Papa kochen oder fernsehen, geht der Strom direkt vom Modul über den Wechselrichter zum Herd oder Fernseher. Wenn niemand zuhause ist, fließt er ins Stromnetz und die Nachbarn nutzen ihn. Wenn die Sonne nicht scheint (nachts oder bei dicken Wolken), holt sich die Familie den Strom wie früher aus dem Netz.

Und das Beste: Die Sonne schickt das Licht umsonst. Deshalb spart die Familie Geld, weil sie weniger Strom kaufen muss.

Wie geht es weiter?

Häufige Fragen

Funktioniert eine PV-Anlage auch bei Bewölkung?

Ja, sie liefert auch bei diffusem Licht Strom. Bei dichter Bewölkung sinkt die Leistung allerdings auf 10 bis 25 Prozent des klaren Sonnenscheins. Im Jahresmittel sind die Erträge in Deutschland trotzdem stabil, weil sich klare und trübe Tage ausgleichen.

Brauche ich unbedingt eine Süd-Ausrichtung?

Nein. Süd liefert den höchsten Spitzenwert, Ost-West-Anlagen ergeben dafür eine flachere Tageskurve mit mehr Eigenverbrauch (Strom morgens und abends, wenn die Familie zuhause ist). Eine Ost-West-Aufteilung ist oft wirtschaftlicher als reines Süddach mit Mittagsspitze.

Was passiert bei Schnee auf den Modulen?

Solange Schnee die Module bedeckt, kommt kein Licht durch und die Anlage liefert nichts. Der Schnee rutscht meistens innerhalb weniger Stunden bis Tage von selbst ab, weil die Module glatt sind und sich bei Restlicht leicht erwärmen. In typischen deutschen Wintern fallen darauf rund 1 bis 3 Prozent des Jahresertrags.

Liefert die Anlage bei Stromausfall noch Strom?

Standardanlagen schalten sich aus Sicherheitsgründen ab, sobald das öffentliche Netz ausfällt (das nennt sich NA-Schutz). Wer auch im Blackout autark bleiben möchte, braucht einen ersatzstromfähigen Wechselrichter und einen passenden Speicher mit Inselbetrieb.

Wie lange halten Module wirklich?

Hersteller geben typisch 25 Jahre Leistungsgarantie auf 80 bis 87 Prozent der Anfangsleistung. Reale Studien zeigen Lebensdauern von 30 Jahren und mehr, mit jährlichem Leistungsverlust von 0,3 bis 0,5 Prozent. Wechselrichter halten kürzer (12 bis 15 Jahre), das wird im Wirtschaftlichkeitsplan eingerechnet.

Strahlen die Module?

Module geben kein elektromagnetisches Feld nennenswerter Stärke ab. Die einzige relevante Quelle in der Anlage ist der Wechselrichter, dessen Feld in einem Meter Abstand bereits unter den Grenzwerten gewerblicher Geräte wie Mikrowellen oder Routern liegt.