Photovoltaik-Vorteile: Saubere Energie für eine nachhaltige Zukunft

• Bedeutung Photovoltaik: Angesichts von Klimakrise und geopolitischen Herausforderungen ist sie als kostengünstige und umweltfreundliche Energiequelle unverzichtbar.
• Photovoltaik Ziele: Bis 2030 sollen mindestens 80 % des Stromverbrauchs in Deutschland aus erneuerbaren Energien stammen.
• Erfolge: 2024 erreichte Deutschland eine Rekorderzeugung von 37 Milliarden kWh Solarstrom im ersten Halbjahr, mit einem Anteil von 14,7 % am Bruttostromverbrauch.
• Photovoltaik-Lösungen: Neben klassischen Aufdachanlagen erfreuen sich Solardachziegel, Fassadenintegration und Balkonkraftwerke wachsender Beliebtheit.
• Neue Anwendungen wie Agrivoltaik, schwimmende Photovoltaik und integrierte Lösungen für Verkehr und Fassaden maximieren die Flächeneffizienz und eröffnen zusätzliche Einsatzmöglichkeiten.
• Photovoltaik-Vorteile: Förderprogramme, steuerliche Vorteile, ßMittel von KfW und BAFA unterstützen den Ausbau von Photovoltaik.
• Photovoltaik-Forschung soll die Effizienz von Solarmodulen weiter steigern und die Energiewende beschleunigen.

Photovoltaik-Definition

Photovoltaik ist die Technologie, die Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandelt. Dies geschieht durch spezielle Solarzellen, die in Modulen auf Dächern, Fassaden oder Freiflächen installiert werden. Sie ermöglicht eine nachhaltige Energiegewinnung, da sie weder fossile Brennstoffe verbraucht noch CO₂-Emissionen verursacht. 

Photovoltaik-Bedeutung

Im ersten Halbjahr 2024 erzielte die Photovoltaik in Deutschland eine Rekorderzeugung von 37 Milliarden Kilowattstunden Solarstrom, ein Anstieg von 12,8 % gegenüber dem Vorjahreszeitraum. Mit einem Anteil von 14,7 % am Bruttoinlandsstromverbrauch unterstreicht die PV ihren zentralen Beitrag zur Energiewende. Besonders herausragend war der Juni, in dem erstmals über 10 Milliarden Kilowattstunden Solarstrom in einem Monat erzeugt wurden – ein historischer Höchstwert. Diese Entwicklung ist vor allem auf den starken Zubau der Photovoltaik in den vergangenen Jahren zurückzuführen (BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.). Entscheidender Photovoltaik-Vorteil: Es werden immer mehr Treibhausgas-Emissionen vermieden.

Photovoltaik-Ausbauziele für Deutschland

Bis 2030 sollen mindestens 80 Prozent des Stromverbrauchs in Deutschland aus erneuerbaren Energien gedeckt werden. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)  schafft hierfür die rechtlichen Voraussetzungen. Dieses Ziel erfordert nahezu eine Verdoppelung des Anteils erneuerbarer Energien innerhalb weniger als zehn Jahren. Bis 2050 könnten Photovoltaikanlagen in Deutschland über eine Leistung von 120 Gigawatt verfügen:

Photovoltaik, EEG-Umlage und Einspeisevergütung

Die drei Begriffe – Photovoltaik (PV), EEG-Umlage und Einspeisevergütung – hängen zusammen und tragen zur Förderung erneuerbarer Energien in Deutschland bei.

Die Einspeisevergütung ist seit 2000 ein zentrales Instrument im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und garantiert Betreibern von Photovoltaikanlagen eine feste Vergütung für den ins Netz eingespeisten Solarstrom über 20 Jahre. Diese Vergütung hat den Ausbau der Solarenergie gefördert.

Zur Finanzierung der Einspeisevergütung wurde die EEG-Umlage eingeführt. Verbraucher zahlten diese Umlage, um die garantierten Vergütungen für Betreiber von Solaranlagen, Windparks und anderen erneuerbaren Energiequellen zu unterstützen. Ab Juli 2022 wurde die EEG-Umlage abgeschafft, um die Strompreise zu entlasten und die Energiewende weiter voranzutreiben.

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Die drei gängigsten Einsatzformen sind Aufdachanlagen, Solardachziegel und Fassadenintegrationen.

Photovoltaik-Vorteile: Aufdachanlage

Die klassische Form der Photovoltaikanlage ist die Aufdachanlage. Hierbei werden Solarzellen auf dem Dach eines Gebäudes montiert, was eine effektive Nutzung der verfügbaren Fläche zur Stromerzeugung ermöglicht. Aufdachanlagen bieten den Vorteil einer schnellen Installation und einer hohen Effizienz, da sie in der Regel in direkter Sonneneinstrahlung positioniert werden. Diese Art der Photovoltaikanlage ist besonders bei Eigenheimen und gewerblichen Gebäuden beliebt, da sie relativ kostengünstig und mit geringem Aufwand nachzurüsten ist - auch für ein Photovoltaik-Carport.

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Photovoltaik-Vorteile: Solardachziegel

Eine innovative Alternative zu traditionellen Aufdachanlagen sind Solardachziegel, die direkt in das Dach integriert werden. Diese Ziegel sind speziell dafür entwickelt, sowohl als Dachmaterial wie auch als Solarmodule zu fungieren. Sie bieten eine ästhetisch ansprechendere Lösung, da sie nahtlos in das Dachdesign integriert werden können. Die Effizienz von Solardachziegeln ist besonders hoch, weil sie flexibel um Dachfenster und andere Unterbrechungen bis an die Brandwand verlegt werden können. Sie kommen auf allen Dächern vom Einfamilienhaus bis zur Kirche zum Einsatz, ganz besonders im Denkmalschutz. Aufgrund ihrer Optik, Effizienz und Sicherheit erfreuen sie sich wachsender Beliebtheit bei Neubauten und bei Dachsanierungen.

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Photovoltaik-Vorteile: Fassade

Photovoltaikanlagen können auch an Fassaden von Gebäuden installiert werden. Diese Lösung wird besonders in städtischen Gebieten immer populärer, da sie zusätzlich zu Dächern ungenutzte Flächen zur Energieerzeugung erschließt. Fassaden-Photovoltaik bietet den Vorteil, dass sie das gesamte Gebäude zur Stromproduktion beiträgt und gleichzeitig als Sichtschutz oder zur Verbesserung der Wärmedämmung dient. Die Technologie eignet sich besonders für große Gebäude wie Bürokomplexe und Apartments, da sie ästhetisch in die Architektur integriert werden kann, ohne den verfügbaren Platz auf dem Dach zu beanspruchen.

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Photovoltaik-Vorteile: Balkon

Balkonkraftwerke bieten eine flexible und kostengünstige Möglichkeit für Haushalte, Solarstrom zu erzeugen, ohne umfangreiche Dachinstallation. Sie werden einfach an Balkonen, Fensterbänken oder Fassaden montiert und ermöglichen es auch Mietern, von den Vorteilen der Solarenergie zu profitieren. Der Hauptvorteil von Balkonkraftwerken liegt in ihrer einfachen Installation, die in der Regel ohne Einsatz von Handwerker:innen erfolgen kann. Zudem können sie dazu beitragen, die Stromrechnung zu senken. 

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Photovoltaik wird laufend weiterentwickelt - zum Beispiel in der Landwirtschaft, schwimmend oder im Verkehr.

Photovoltaik in der Landwirtschaft: Agrivoltaik

Agrivoltaik oder Agri-Photovoltaik (Agri-PV) ist die gleichzeitigen Nutzung von Landflächen sowohl für die photovoltaische Stromerzeugung als auch für die Landwirtschaft. Dadurch steigert Agri-PV die Flächeneffizienz und ermöglicht den Ausbau von PV bei gleichzeitigem Erhalt landwirtschaftlich nutzbarer Flächen.

Umgesetzt werden drei Agrivoltaik-Varianten:

• Die Abstände zwischen den PV-Modulen werden so groß gelassen, dass die Zwischenflächen bewirtschaftet werden können. 
• PV-Module werden senkrecht wie ein Zaun aufgestellt werden können. Zur Verwendung kommen dabei sogenannte bifaciale Glas-Glas-Module, welche das Sonnenlicht sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite nutzen können.
• PV-Module werden in mittleren oder größeren Höhen errichtet, wodurch sie als eine Art Überdachung für die darunter liegenden Pflanzen dienen. Denkbar sind laut Expert:innen sogar Höhen von bis zu sechs Metern, wodurch sogar Ackerbau und der Einsatz des dafür nötigen landwirtschaftlichen Geräts möglich wäre. Auch bei dieser Variante bieten sich bifaciale Module an, da diese sogar die vom Boden reflektierten Sonnenstrahlen zu Strom verarbeiten können. 

Expert:innen berichten zudem, dass sich für bestimmte Pflanzenarten durch eine lockere Beschattung mit PV-Anlagen sogar erhöhte oder zumindest keine niedrigeren Ernteerträge ergeben. Das soll speziell für großblättrige Pflanzen wie Spinat, Salat oder Kartoffeln gelten, aber auch für Äpfel, Beerenobst, Kirschen und Gemüse wie Tomaten oder Gurken. Auch im Weinanbau gibt es großes Potential. „Viele Rebsorten haben durch den Klimawandel zu viel Sonne und zu hohe Temperaturen“, erklärte Max Trommsdorff vom Fraunhofer Institut. „Schatten kann hier einige Vorteile bringen.“ 

Laut dem Fraunhofer Institut gibt es in Deutschland genügend Flächen dafür, „und zwar ohne nennenswerte Konflikte mit der Landwirtschaft“. Durch die doppelte Flächennutzung bei Agrivoltaik werde zusätzlicher Flächenverbrauch für neue PV-Kraftwerke „deutlich gesenkt oder gänzlich vermieden“. Selbst auf renaturierten Biotop- und Moorflächen könnten so Ökosystemdienstleistungen erbracht werden. Das Fraunhofer Institut bringt in diesem Zusammenhang auch speziell zugeschnittene PV-Anlagen auf künstlichen Seen ins Spiel.

Schwimmende Photovoltaik

Bei der schwimmenden Photovoltaik werden Solarkraftwerke auf dem Gewässergrund verankert und Solarmodule direkt oberhalb der Wasseroberfläche installiert. Interessant ist diese Variante deshalb, da es in Deutschland rund 4500 stehende Gewässer wie zum Beispiel Tagebauseen, Baggerseen oder Stauseen gibt. Da viele aus Naturschutzgründen oder wegen Sicherheitsauflagen kaum genutzt werden, wären sie für schwimmende Photovoltaik geeignet. 

Photovoltaik-Vorteile: Zum einen gibt es kaum Flächennutzungskonflikte, zum anderen sorgt die Wasserkühlung dafür, dass die Erträge der Solarmodule steigen. Und auch die Gewässer können davon profitieren, da sie durch die Verschattung nicht so sehr erhitzt werden und damit exzessiver Algenbildung entgegengewirkt wird.

Photovoltaik im Verkehr

Eine ebenfalls interessante Zukunftsvariante der Photovoltaik, die auch das Fraunhofer Institut anregt, ist die Photovoltaik auf Autodächern und Fußwegen. Da es heutzutage möglich ist, auf nahezu jeder Fläche Photovoltaik-Module einzubauen, können auch solche bis vor wenigen Jahren noch quasi undenkbare Wege beschritten werden. Der Autobauer Hyundai etwa bietet bereits ein Solardach mit geringer Leistung als Sonderausstattung an.

Photovoltaik in Verkehrswegen ist in der Fachbranche als RIPV („Road Integrated Photovoltaics“) bekannt. Sie umfasst die Einbettung von Solarmodulen in und an Verkehrswegen. Das kann direkt in Straßen, Fußwegen und Plätzen sein, aber auch in Schienen oder den Verkehrswegen zugeordneten Flächen wie Lärmschutzwänden oder Seitenstreifen.