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Ökostrom: Lohnt eine Solaranlage auf dem Dach noch?

Die Energiewende kann gelingen, wenn Ökostrom aus vielen Quellen gesammelt und eingespeist wird. Nur, wie klappt das sinnvoll und effizient? Sieben Fragen und Antworten zu Solarziegeln, Kleinwindanlagen und anderen Alternativen.
Häuserreihe mit Sonnenkollektoren

Strom grün zu erzeugen ist die Zukunft. Es gilt, den Bedarf an Elektrizität ohne fossile Energieträger und die umstrittene Atomkraft zu decken. Auch wegen des Kriegs in der Ukraine wird nun debattiert, wie man sich rascher als bislang geplant von Kohle, Erdgas und Erdöl lösen und umfassend auf Ökostrom setzen kann.

Eine Möglichkeit: die Sonnenenergie verstärkt nutzen. Längst gilt die Fotovoltaik als zuverlässige und günstige Quelle für Ökostrom. Die Energiewende kann jedoch nur gelingen, wenn grüne Energie auf unterschiedliche Weise vielerorts gesammelt und ins Netz eingespeist wird.

Ist es also besser, ein Solarmodul oder ein Windrad auf dem Dach zu installieren? Wer kann überhaupt Ökostrom liefern? Welche Technik ist derzeit sinnvoll, welche künftig? In sieben Fragen und Antworten informieren wir über überholte, bewährte sowie innovative Ideen, um die Energie von Sonne, Wind, Biomasse und Wasser zu nutzen.

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Haben die klassischen Solaranlagen auf Privathäusern noch eine Zukunft?

Sehr wahrscheinlich ja. Ende 2021 waren in Deutschland Fotovoltaikmodule mit einer Leistung von 59 Gigawatt installiert. Mehr als zwei Drittel davon sind Dachanlagen, und diese sind besonders oft auf Privatbesitz montiert. Was das bringen kann, ist an einem Augusttag 2021 deutlich geworden, als die »Kleinfotovoltaik« nach einer Auswertung der Bundesnetzagentur rund 35 Prozent des gesamten deutschen Stromverbrauchs gedeckt hat. Zwei Jahre zuvor waren es am gleichen Augusttag noch 25 Prozent, berichtet Peter Stratmann von der Agentur.

Verdienen kann der private Sonnenstromsammler damit derzeit aber wenig. Vor einigen Jahren rechnete sich die private Investition für den selbst produzierten und dann ins öffentliche Netz geleiteten Strom wegen einer hohen Einspeisevergütung. Ursprünglich betrug diese einmal mehr als 40 Cent, im Jahr 2013 immerhin noch 20 Cent pro Kilowattstunde. Im Januar 2022 bekamen die Besitzer von kleinen Anlagen mit einer installierten Leistung von unter 10 Kilowatt dafür nur noch 6,83 Cent. Immerhin spart man mit der Solaranlage bei hohen Strompreisen mit jedem selbst erzeugten Kilowatt, das nicht vom Energieversorger geliefert und bezahlt werden muss. Anfang 2022 ist dabei eine Ersparnis von rund 16 Cent netto pro Kilowattstunde möglich, rechnet der Solar Cluster Baden-Württemberg vor – für den Fall, dass rund 25 Prozent des eigenen Solarstroms aus einer Anlage bis 30 Kilowatt Leistung ohne Batteriespeicher selbst im Haushalt verbraucht werden.

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Was sind die Alternativen zum bewährten Solardach?

Statt der Aufdach-Anlage lassen sich Indach-Anlagen und Solar-Dachziegel verbauen. Indach-Anlagen ersetzen die Dachhaut und schirmen das Dach gegen Wind und Regen ab. Solar-Dachziegel wiederum existieren in Form einzelner oder als Verbund aus mehreren Ziegeln und ersetzen die klassischen Dachziegel aus Ton oder Beton. Das ist optisch reizvoll, weil unterschiedliche Farben möglich sind. Solarziegel sind zudem eine attraktive Option, wenn bauliche Veränderungen aus Gründen des Denkmalschutzes das Erscheinungsbild nicht beeinträchtigen dürfen.

Bislang sind Solar-Dachziegel eine Nische. Laut Autarq, einem der führenden Hersteller, gibt es rund 350 Dächer in Deutschland, die mit seinen Produkten eingedeckt worden seien. Dabei fallen im Vergleich zur klassischen Fotovoltaikanlage auf normalen Dachziegeln Mehrkosten von etwa zehn Prozent an, heißt es auf den Seiten von Autarq. In der Praxis fallen die Angebote der Handwerksbetriebe derzeit jedoch teurer aus, nicht zuletzt, weil die Verkabelung deutlich aufwendiger ist als bei den größeren Aufdach-Modulen. Auch die Indach-Anlagen sind kostspieliger als die herkömmlichen Dachanlagen. Noch lohnen sich die Neuentwicklungen nur, wenn ein neues Dach errichtet oder ein altes komplett neu eingedeckt wird.

Themenwoche: Wie die Energiewende klappen kann

Deutschland hat einiges zu tun, damit die Energiewende hin zu einer klimaneutralen Versorgung bis 2045 gelingt. Auf Grund des Krieges in der Ukraine ist die Energieversorgung noch unsicherer geworden. Wie lässt sich die Versorgung ohne russische Energieimporte gewährleisten? Sind erneuerbare Energien schon so weit, dass man auf Kohlekraft verzichten kann? Diese und weitere Fragen behandelt »Spektrum.de« in der Themenwoche »Energiewende«.

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Was bringen Sonnenkollektoren auf Feld, Wald, Wiese und Straße?

Immer mehr Kommunen beschließen eine Fotovoltaikpflicht auf Dächern von Neubauten und öffentlichen Gebäuden. In Baden-Württemberg kommt diese Regelung landesweit ab Mai 2022. Zudem sollen nicht nur Dächer, sondern auch kommunale Flächen zum Sammeln von Sonnenenergie genutzt werden. Fotovoltaikanlagen sind vor allem dort sinnvoll, wo Weiden oder Gemüseanbau damit überdacht werden. Um 150 Gigawatt Solarleistung auf Freiflächen zu installieren, wären etwa 0,3 Prozent der Landesfläche erforderlich, rechnet Jann Binder vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) vor. Zur Einordnung: »Heute wächst auf drei Prozent der Landesfläche Energiemais. Der Flächenbedarf für Fotovoltaik wäre nur ein Zehntel dieser Fläche«, sagt Binder.

Auch auf öffentlichen Flächen muss es nicht immer eine Aufdach-Anlage sein: Erprobt werden Neuerungen wie Solarpflastersteine für Radwege oder Parkplätze, mit denen dann auf versiegelter Fläche Sonnenenergie gesammelt werden könnte. Sie bringen allerdings ungelöste technische Probleme mit sich. Die Gerätschaften müssten Schmutz abweisend und rutschsicher sein, sie sind derzeit zudem teurer sowie ineffizienter als Standardmodule. Der Smart-Cities-Experte Gerhard Stryi-Hipp vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) kann sich daher »nicht vorstellen, dass diese Lösungen in der Breite eine große Rolle spielen werden«.

Besser kann die Bilanz bei Fotovoltaikmodulen ausfallen, die nicht auf Dächern, sondern in Wänden verbaut sind. Sie finden sich schon heute vereinzelt bei gewerblich genutzten Gebäuden. Theoretisch könnten in Deutschland rund 1000 Gigawatt Solarstrom an den Fassaden gesammelt werden, heißt es in einer Studie. Fenster waren dabei noch nicht eingerechnet, doch auch sie lassen sind ganz oder teilweise mit transparenten oder halbtransparenten Kollektoren an Stelle von Glas ausstatten. Senkrechte Flächen haben allerdings eine schlechtere Stromausbeute als Dachflächen. Und unter den aktuellen Förderbedingungen sind sie derzeit »nicht wirklich wirtschaftlich, höchstens bei einem hohen Anteil der Eigennutzung«, sagt Stefan Thomas vom Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie.

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Wie viel können Balkonmodule und mobile Anlagen beisteuern?

Auch kleine Fotovoltaikmodule produzieren Strom, ob sie sich wirklich rechnen, unterscheidet sich aber von Fall zu Fall. Wenig sinnvoll ist zum Beispiel der Einbau von Solarzellen in Autokarosserien: »Oft ist ein Fahrzeug ja ein Stehzeug«, sagt etwa Franz Pöter, Geschäftsführer des Vereins Solar Cluster Baden-Württemberg. Und wenn der Wagen häufig im Schatten oder in der Garage parkt, lohnt der Aufwand für teure, zum Fahrzeugdesign passende Solarkollektoren kaum.

Kleine Solarmodule passen fast überall hin | Kleine Solarmodule können fast überall montiert werden, wo die Sonne hinscheint, hier ein Beispiel aus Südkorea. Der Beitrag solcher kleinen Balkon-Solaranlagen ist nicht zu unterschätzen: An sonnigen Tagen kann der Grundbedarf im Haushalt damit schon recht gut gedeckt werden.

Einfache, kleine Fotovoltaikmodule für Mietwohnungen, die Steckermodule, liegen dagegen zu Recht im Trend. Sie werden einfach auf dem Balkon oder im Garten aufgestellt, verfügen über die notwendigen Wechselrichter zur Umwandlung des Gleichstroms in Wechselstrom und können so den gesammelten Strom einfach in eine Steckdose einspeisen. Laut Pöter reichen Module mit 400 bis 600 Watt Leistung, um den Grundstrombedarf von Kühlgeräten, WLAN-Router und anderen Verbrauchern im Haushalt zu decken.

Regulierungsprobleme bei den Steckermodulen

Der Anschluss von Fotovoltaik-Steckermodulen im Haushalt wirft in Deutschland regulatorische Fragen auf. Übliche Sicherungen erkennen nicht, dass durch den eingespeisten sowie den aus dem Netz verbrauchten Strom theoretisch mehr Strom im System sein kann, als sie absichern. Die VDE-Norm empfiehlt, die Module nicht in die normale Haushaltssteckdose, sondern in eine vom Elektriker eingebaute Wieland-Steckdose einzustöpseln. In Österreich ist der Anschluss an eine einfache Haushaltssteckdose Auslegungssache: Eine rechtlich nicht bindende Norm des Österreichischen Verbands für Elektrotechnik schreibt für Kleinsterzeugeranlagen der Alpenrepublik vor, dass der Anschluss über den Stecker an den Stromkreis nicht zulässig ist.

Würde jeder zweite Haushalt in Deutschland ein solches Modul installieren, kämen immerhin 8000 Megawatt zusammen, sagt Stefan Thomas vom Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie. Das seien zwar nur vier Prozent des erklärten Ausbauziels der neuen Bundesregierung von 200 Gigawatt. »Aber da dieses Ziel sehr ambitioniert ist, würde es helfen.«

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Lohnen sich kleine Windkraftanlagen?

»Kleinwindanlagen haben gerade in Norddeutschland bei Landwirten großes Potenzial, Kohlendioxid zu vermeiden«, sagt Klaus-Dieter Balke, der Vorsitzender des Bundesverbands Kleinwindanlagen. Die Landesregierung von Niedersachsen habe das erkannt und werde ab Januar 2022 Anlagen bis 15 Meter Höhe in Gewerbe- und Industriegebieten von der Genehmigungspflicht ausnehmen. Ein wichtiger Schritt, denn bisher werden etwas größere Anlagen von 20 bis 40 Kilowatt Leistung zwar oft in Gewerbe- und Industriegebieten oder auf bäuerlichen Höfen geplant, dann aber von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der verantwortlichen Bauämter blockiert. Die Systeme müssen oft dieselben regulatorischen Anforderungen erfüllen wie große Anlagen mit 150 Meter Höhe und mehr.

Eine weitere Hürde sei die Konformitätserklärung, mit der ein Unternehmen durch ein CE-Zeichen bestätigt, dass sein Produkt die erforderlichen Anforderungen nach EU-Richtlinien erfüllt und alle vorgeschriebenen Bewertungsverfahren durchlaufen hat. Derartige offizielle Maschinenzertifizierungen kosten schnell 120 000 Euro und mehr – nur für Großanlagenbauer kein Problem. »In Frankreich genügt eine CE-Konformitätserklärung des Herstellers selbst«, sagt Balke.

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Wie steht es um Windkraftanlagen für zu Hause?

»Bislang sind Kleinwindanlagen für viele eher ein Hobby«, sagt der Verbandsvorsitzende. Wer mit kleinen, privaten Windmühlen Ökostrom erntet, dem geht es meist darum, sich auch im sonnenarmen Herbst und Winter unabhängig vom Stromanbieter zu machen. Bei der privaten Windmühle muss dabei unbedingt auf den Geräuschpegel geachtet werden. Moderne Anlagen können aber gedämpft am Dachstuhl montiert werden und haben Rotoren, die so gestaltet sind, dass sie auch die nächtlichen Lärmgrenzen unterschreiten. Besonders ruhig sind laut Balke vertikal angebrachte Windanlagen mit Rotor – sie erreichen aber »nicht das Leistungspotenzial« der typischen Anlagen mit horizontaler Achse.

Vertikale Kleinwindanlage | Bei vertikalen Windkraftanlagen liegt die Rotorachse in vertikaler Lage. Genauso waren wohl auch die ersten von Menschen gebauten Windanlagen konstruiert, im Laufe der Zeit hat sich aber die horizontale Rotorachse durchgesetzt. Auch bei den kleinen und großen Windkraftanlagen: Diese haben eine größere Leistungsausbeute, sie produzieren also in der Regel mehr Strom als die oft formschönen, aber weniger effizienten vertikalen Anlagen.

Wirklich lohnen werden sich die Anlagen ohnehin erst, wenn sie in hoher Stückzahl produziert werden: Eine aktuell errichtete Anlage amortisiert sich unter sehr guten Bedingungen derzeit erst nach rund 18 Jahren. 2018 waren in Deutschland einer Kurzstudie zufolge Kleinwindanlagen mit in Summe rund 40 Megawatt Leistung am Netz.

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Und was ist mit Biomasse und Wasserstoff?

Beide eigenen sich derzeit kaum, um privat Ökostrom zu gewinnen. Zwar könnten auf Biomasse basierende Brennstoffzellenheizgeräte, die auch etwas Strom erzeugen, im ländlichen Raum Nischenlösungen sein, sagt Stefan Thomas, »aber so groß sind die Potenziale nachhaltiger Biomasse auch nicht«. Das liegt unter anderem daran, dass für die Produktion der Biomasse viel Fläche verbraucht wird, was sie vergleichsweise kostspielig macht. Schätzungen zufolge wird der Anteil der Biomasse an der Stromerzeugung schon wegen möglicher Landnutzungskonflikte nicht über sieben Prozent steigen.

Ähnlich ist es beim Wasserstoff, sagt Stryi-Hipp: »Grünen Wasserstoff haben wir noch sehr wenig und werden ihn auch bis 2030 nicht in ausreichender Menge haben, damit für den Gebäudebereich was übrig bleibt.« Er erwartet, dass »Wasserstoff überall da, wo erneuerbarer Strom direkt genutzt werden kann, keine Rolle spielen« werde. Ein Grund dafür sind allein schon die Verluste, die bei der Umwandlung von Wasserstoff und beim Transport anfallen.

Anmerkung der Redaktion: Wir haben eine frühere Version des Textes aktualisiert, um den Unterschied zwischen Windkraftanlagen mit horizontaler und vertikaler Achse verständlicher zu machen. Zudem haben wir die rechtliche Situation über den Anschluss von Balkonmodulen an den Stromkreis in Österreich ausführlicher dargestellt.

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