Strom aus Sonnenlicht, das klingt fast zu gut. Kein Brennstoff, keine beweglichen Teile, kein Lärm. Einfach Module aufs Dach, und die Sonne erledigt den Rest. Ganz so simpel ist es natürlich nicht, aber das Grundprinzip hinter Photovoltaik ist tatsächlich erstaunlich unkompliziert. Wer es einmal verstanden hat, trifft bei der Planung bessere Entscheidungen und lässt sich vom Solarteur nicht mit Fachbegriffen abspeisen.
Der photovoltaische Effekt: Wo der Strom herkommt
Alles beginnt in der Solarzelle. Sie besteht aus zwei Schichten Silizium, einem Halbleiter, der auch in Computerchips steckt. Die obere Schicht ist mit Phosphor dotiert (negativ geladen, zu viele Elektronen), die untere mit Bor (positiv geladen, zu wenige Elektronen). Dort wo sich die beiden Schichten treffen, entsteht ein elektrisches Feld, der sogenannte p-n-Übergang.
Wenn Sonnenlicht auf die Zelle trifft, löst es Elektronen aus dem Silizium. Das elektrische Feld am p-n-Übergang treibt diese freien Elektronen in eine Richtung, und zwar durch den äußeren Stromkreis. Gleichstrom fließt. Diesen Vorgang hat der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel 1839 erstmals beobachtet, allerdings brauchte es dann noch über 100 Jahre, bis die erste brauchbare Silizium-Solarzelle gebaut wurde, 1954 in den Bell Laboratories in den USA.
Eine einzelne Solarzelle liefert etwa 0,5 bis 0,7 Volt Spannung. Das reicht für nichts Praktisches. Deshalb werden 60 bis 72 Zellen in einem Solarmodul zusammengeschaltet, eingebettet in eine Schicht Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA) und geschützt durch eine Glasfront und eine Rückseitenfolie oder zweite Glasscheibe. Ein Aluminiumrahmen hält alles zusammen. So entsteht ein wetterfestes Modul, das 25 bis 40 Jahre auf dem Dach Strom liefert.
Vom Modul zum Solargenerator
Auf dem Dach werden mehrere Module zu einem System zusammengeschaltet, dem Solargenerator. Je nach Anlagengröße sind das 10 bis 40 Module, die zusammen 4 bis 20 kWp Leistung bringen. Die Module werden in sogenannten Strings verkabelt, also in Reihenschaltung, wobei sich die Spannungen der einzelnen Module addieren. Ein String aus 10 Modulen liefert typischerweise 300 bis 400 Volt Gleichspannung.
Die Verkabelung läuft über Solarkabel mit MC4-Steckverbindern, einem standardisierten System, das wetterfest, UV-beständig und seit Jahrzehnten bewährt ist. Die Kabel führen vom Dach durch das Gebäude zum Wechselrichter, der meistens im Keller, in der Garage oder im Hauswirtschaftsraum montiert wird.
Der Wechselrichter: Vom Gleichstrom zum Hausstrom
Das Hausnetz läuft mit 230 Volt Wechselstrom bei 50 Hertz. Die Module liefern Gleichstrom. Diese Umwandlung ist die Aufgabe des Wechselrichters, und er ist damit das Bauteil, ohne das die ganze Anlage nutzlos wäre.
Moderne Wechselrichter arbeiten mit einem Wirkungsgrad von 96 bis 98,5 Prozent. Von 10 kWh Gleichstrom, die vom Dach kommen, werden also 9,6 bis 9,85 kWh als nutzbarer Wechselstrom ins Hausnetz eingespeist. Der Rest wird als Wärme abgegeben, weshalb Wechselrichter Lüftungsschlitze haben und nicht in enge, unbelüftete Schränke gehören.
Neben der Umwandlung hat der Wechselrichter noch eine zweite Aufgabe: das Maximum Power Point Tracking (MPPT). Die Leistung eines Solarmoduls ändert sich ständig, je nach Einstrahlung, Temperatur und Verschattung. Der MPPT-Algorithmus findet in Echtzeit den Arbeitspunkt, an dem das Modul die maximale Leistung liefert, und regelt den Wechselrichter entsprechend. Gute Wechselrichter haben zwei oder drei unabhängige MPP-Tracker, sodass verschiedene Modulgruppen (etwa Ost- und West-Dachseite) jeweils optimal angesteuert werden.
Was mit dem Strom passiert: Eigenverbrauch und Einspeisung
Der Wechselstrom aus dem Wechselrichter fließt ins Hausnetz. Dort gilt das Prinzip des geringsten Widerstands: Der Strom versorgt zuerst die Geräte im Haus, die gerade laufen, Kühlschrank, Herd, Waschmaschine, Computer. Das passiert automatisch, ohne Schalter und ohne Einstellungen. Der Haushalt merkt keinen Unterschied zwischen Netzstrom und Solarstrom.
Was der Haushalt gerade nicht braucht, fließt durch den Zähler ins öffentliche Netz. Dafür gibt es die Einspeisevergütung, aktuell 7,78 Cent pro kWh bei Teileinspeisung. Der Zweirichtungszähler (oder das Smart Meter) erfasst, wie viel Strom ins Netz geht und wie viel aus dem Netz bezogen wird.
Ohne Speicher verbraucht ein durchschnittlicher Haushalt nur etwa 30 Prozent des Solarstroms selbst, weil die Anlage mittags am meisten produziert, viele Haushalte aber morgens und abends den meisten Strom brauchen. Mit einem Batteriespeicher steigt der Eigenverbrauch auf 60 bis 80 Prozent, weil der Speicher den Mittagsüberschuss für die Abend- und Nachtstunden aufhebt.
Die Komponenten im Überblick
Neben Modulen und Wechselrichter gehören noch einige weitere Bauteile zur Anlage. Die Unterkonstruktion aus Dachhaken und Aluminiumschienen hält die Module auf dem Dach. Ein Überspannungsschutz vom Typ 1 und 2 sichert die Anlage gegen Blitzschlag und Spannungsspitzen. Ein Freischalter (DC-Trennschalter) erlaubt es, die Module vom Wechselrichter zu trennen, was bei Wartung und im Brandfall nötig ist. Und seit 2025 ist für Anlagen ab 7 kWp ein intelligentes Messsystem (Smart Meter) vorgeschrieben, das die Erzeugung und den Verbrauch in Echtzeit misst und an den Netzbetreiber übermittelt.
Optional kommen dazu: ein Batteriespeicher, der den Eigenverbrauch erhöht. Ein Energiemanagementsystem (HEMS), das Verbraucher wie Wärmepumpe und Wallbox intelligent steuert. Und eine Wallbox, die das E-Auto bevorzugt mit Solarstrom lädt.
Wie viel Strom eine Anlage erzeugt
Die Leistung einer PV-Anlage wird in Kilowatt-Peak (kWp) angegeben. Das ist die maximale Leistung unter standardisierten Testbedingungen (STC: 1.000 Watt Einstrahlung pro Quadratmeter, 25 Grad Modultemperatur). In der Praxis wird dieser Idealwert selten genau erreicht, aber er macht Anlagen vergleichbar.
Pro kWp installierter Leistung kann man in Deutschland mit 900 bis 1.100 kWh Ertrag pro Jahr rechnen. In München oder Freiburg eher am oberen Ende, in Hamburg oder Kiel eher am unteren. Eine 10-kWp-Anlage liefert also 9.000 bis 11.000 kWh im Jahr, genug, um den Strombedarf eines typischen Vier-Personen-Haushalts (4.000 bis 5.000 kWh) rechnerisch doppelt zu decken.
Der tatsächliche Ertrag hängt von der Dachausrichtung ab (Süden ist optimal, Ost-West geht mit 10 bis 20 Prozent Abzug), vom Neigungswinkel (30 bis 38 Grad ideal), von der Verschattung (Bäume, Kamine, Nachbargebäude) und von der Globalstrahlung am Standort (Süddeutschland: bis 1.300 kWh pro Quadratmeter, Norddeutschland: 950 bis 1.000 kWh).
Warum PV-Anlagen so zuverlässig sind
Eine PV-Anlage hat keine beweglichen Teile. Kein Motor, kein Getriebe, kein Verschleiß im klassischen Sinn. Die Module stehen still auf dem Dach und wandeln Licht in Strom um, geräuschlos und wartungsarm. Die Leistung nimmt über die Jahre leicht ab (Degradation: 0,4 bis 0,8 Prozent pro Jahr), aber nach 25 Jahren liefern moderne Module noch 80 bis 85 Prozent ihrer Anfangsleistung. Die Hersteller garantieren das schriftlich, über 25 bis 30 Jahre.
Der Wechselrichter ist die Komponente, die am ehesten ausfällt, typischerweise nach 10 bis 15 Jahren. Ein Tausch kostet 1.000 bis 2.500 Euro und ist in einer Stunde erledigt. Danach läuft die Anlage weiter, als wäre nichts gewesen.
Photovoltaik ist eine der zuverlässigsten Technologien, die es im Bereich der Energieerzeugung gibt. Keine andere Stromquelle hat so wenig Wartungsbedarf, so wenig Ausfallrisiko und so eine lange Lebensdauer. Das ist kein Marketing, sondern Physik: Wo nichts rotiert, bricht auch nichts.
