Solarenergie einfach erklärt: Nutzen, Kosten, Vor- und Nachteile

Sonnenenergie ist eine erneuerbare Energie, die durch Kernfusion im Inneren der Sonne entsteht. Sie gelangt in Form von elektromagnetischer Strahlung auf die Erde und ist als Sonnenstrahlung für den Menschen nutzbar. Pro Quadratmeter und Jahr trifft in Deutschland eine Energie von etwa 1.000 Kilowattstunden auf die Erde. Diese Strahlung wird als Globalstrahlung bezeichnet.

Mithilfe verschiedener physikalischer Prozesse kann Solarenergie in Wärme (Solarthermie) oder Strom (Photovoltaik) umgewandelt werden. Als Energiequelle steht die Sonne nahezu unbegrenzt zur Verfügung und ihre Strahlung kann für eine nachhaltige Strom- und Wärmeproduktion genutzt werden.

Solarenergie ist ein anderer Begriff für Sonnenenergie. Nutzen lässt sich die Solarenergie mittels Solarthermie, bei der Solarenergie in Wärme umgewandelt wird, und mittels Photovoltaik, bei der aus Solarenergie Strom gewonnen wird. 

Was ist Solarthermie? 

Solarthermie nutzt den Umstand, dass Stoffe die Sonnenstrahlen aufnehmen und die darin enthaltene Strahlungs- in Wärmeenergie umwandeln können. Um die Sonnenstrahlung in der Praxis solarthermisch zu nutzen, werden sogenannte Kollektoren aufgestellt. In diesen wärmeisolierten Röhrensystemen befindet sich eine Trägerflüssigkeit, die durch die Strahlungswärme der Sonne erhitzt wird. 

Als Trägermedium der Wärme kann ein öliges Gemisch aus Propylenglycol und Wasser („Frostschutzmittel“) oder reines Wasser dienen. Die vom Trägermedium aufgenommene Energie wird zum Erwärmen von Brauchwasser oder zur Unterstützung der Heizung genutzt.

Was ist Photovoltaik?

Die Photovoltaik macht sich den sogenannten photoelektrischen Effekt zunutze, um Solarenergie in Strom umzuwandeln. (Mehr dazu auch im Ratgeber: Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?). Dieser Vorgang findet in den Solarzellen statt. 

Einzelne Solarzellen erzeugen jedoch nur geringe Spannungen und Stromstärken. Erst durch das Verbinden der Zellen zu Solarmodulen und das Zusammenschalten der Module entstehen technisch verwertbare Spannungen und Ströme.

Ende 2023 waren in Deutschland rund 3,7 Millionen Photovoltaikanlagen installiert. Solarenergie, die mittels Photovoltaik in Strom umgewandelt wird, hat in Deutschland mittlerweile einen Anteil von rund 12 % am Strommix. Berücksichtigt wird dabei nur Strom, der von Photovoltaikanlagen ins Stromnetz eingespeist wird. 

Da Photovoltaikanlagen aber gerade auch dazu genutzt werden, den selbst produzierten Solarstrom auch selbst zu verbrauchen und so die Stromkosten zu senken, ist der Anteil tatsächlich noch höher. 

Im Zuge eines steigenden Eigenverbrauches durch den Einsatz des Solarstroms für die Wärmeerzeugung und die E-Mobilität (siehe Sektorenkopplung), erhöht sich dieser “unsichtbare” Anteil weiter. 

Die Möglichkeiten, Strom aus Solarenergie zu gewinnen, sind zahlreich und auch für Privatpersonen zugänglich: 

• Hauseigentümer können mithilfe von Photovoltaik-Dachanlagen oder Fassaden-Photovoltaik Haushaltsstrom erzeugen.
• Solarmodule können für die Dachkonstruktion bei einem Solar-Carport oder einer Solarveranda eingesetzt werden.
• Mittels einer Wallbox kann ein Elektroauto mit Solarstrom klimaneutral betrieben werden.
• Mieter können einzelne Solarpaneele für die Steckdose installieren und so zumindest kleine Mengen Solarstrom gewinnen, selbst wenn keine Dachfläche zur Verfügung steht.

Selbst verbrauchter Solarstrom spart nicht nur den Bezug von teurem Netzstrom. Viele Menschen schätzen die die Nutzung von Solarenergie nicht zuletzt, weil sie eine wachsende Unabhängigkeit von Stromanbietern und den steigenden Strompreisen mit sich bringt.

Kann man mit Solarenergie heizen? 

Direkt zum Heizen wird die Sonnenenergie durch die Solarthermie genutzt. Mit Photovoltaik gewonnener Solarstrom kann alle gängigen Elektrogeräte antreiben, somit auch elektrische Heizungen, Heizstäbe zur Warmwassergewinnung oder Infrarot-Heizungen.

Deutlich effizienter als das "direkte Verheizen" von Solarstrom ist allerdings die Verwendung einer Wärmepumpe, die sich Umgebungswärme zunutze macht. Diese lässt sich mit Solarstrom betreiben, sodass auf nahezu emissionsfreie Weise Wärme für Heizung und Warmwasser gewonnen wird. Diese Kombination ist eine der wirksamsten Formen der Sektorenkopplung. Ein weiteres Beispiel ist der Betrieb eines Heizstabes mit Solarstrom. So lässt sich warmes Wasser zum Verbrauch oder für die Heizung erzeugen, auch lässt sich auf diesem Wege die Solarenergie einfach und kostengünstig als Wärme speichern.

Die Frage, welche Methode effektiver für das Heizen mit Solarenergie ist - Solarthermie oder Photovoltaik - ist noch nicht abschließend geklärt. Der Vorteil der Photovoltaik besteht darin, dass sie die Sonnenenergie in Strom, eine vielseitig nutzbare Energieform umwandelt, während die bei der Solarthermie erzeugte Wärme ausschließlich für Heizzwecke eingesetzt werden kann. 

Welche Kosten entstehen bei der Nutzung von Solarenergie? 

Die Kosten für eine Photovoltaikanlage liegen im privaten Bereich je nach Größe im hohen vier- bis niedrigen fünfstelligen Bereich. Allerdings werden Photovoltaikanlagen grundsätzlich so geplant, dass die Kosten sich über die Jahre amortisieren. Bei der typischen langen Lebensdauer von 20, 30 oder mehr Jahren liefern PV-Anlagen daher in der Regel über viele Jahre nahezu kostenlos Strom. Laufende Kosten entstehen für Reinigung und Wartung, diese sind aber eher gering. 

Unter Umständen können Förderungen für Photovoltaik in Anspruch genommen werden, um die Kosten zu senken, was zu einer schnelleren Amortisierung führt. Am wirtschaftlichsten sind PV-Anlagen im privaten Bereich, wenn der Eigenverbrauch möglichst hoch ist. Das bedeutet, dass der gewonnene Solarstrom in großem Umfang im eigenen Haushalt verbraucht wird. Überschüssiger Strom wird ins öffentliche Stromnetz eingespeist und vergütet. Jedoch ist die Einspeisevergütung in den letzten Jahren stark gesunken, sodass sich der Eigenverbrauch mehr lohnt. 

Für Solarthermie gibt es keine Einspeisevergütung - es gibt ja auch kein öffentliches Wärmenetz, an die die Anlagen angeschlossen werden könnten, also muss sich Solarthermie allein über die Bereitstellung von Wärme und die Substitution von anderen Energieträgern amortisieren. Die Kosten für eine Anlage belaufen sich auf bis zu 10.000 Euro, auch hier lassen sich die Investitionen durch Förderung reduzieren. Die Ausgaben für eine regelmäßige Wartung, die aller zwei bis 5 Jahre stattfinden sollte, sind gering (100 bis 250 Euro). Muss z.B. die Solarflüssigkeit ausgetauscht werden, wird es allerdings teurer. Neben der Wartung empfiehlt sich eine jährliche Inspektion, um Fehler und Probleme frühzeitig zu erkennen. 

Die Nutzung von Solarenergie trägt entscheidend zur Energiewende bei. Bei der Umwandlung von Solarenergie in Strom oder Wärme entsteht kein CO₂ – der Prozess ist völlig emissionsfrei. Somit ist Solarenergie eine erneuerbare, umweltfreundliche und Dank der zu erwartenden Lebensdauer unseres Zentralgestirns nahezu unbegrenzt nutzbare Energiequelle. Die Unabhängigkeit von den zur Neige gehenden fossilen Brennstoffen wie Erdöl und Erdgas ist ein weiterer Pluspunkt. 

Photovoltaik- und Solarthermieanlagen arbeiten außerdem geräuschlos und haben minimalen Einfluss auf Natur und Tierwelt. Viele Hersteller von Solarmodulen recyceln ihre Solarmodule nach Ablauf der Lebensdauer selbst. Beispielsweise kann das schützende Glas eingeschmolzen und so erneut als Werkstoff verwendet werden. Kurz: Solarenergie zu nutzen, ist eine gute Möglichkeit, den eigenen ökologischen Fußabdruck zu reduzieren. 

Auch finanziell bringt die Nutzung von Solarenergie Vorteile. Hat sich die Anlage erst einmal amortisiert, werden Strom und Wärme nahezu kostenlos gewonnen – lediglich geringe Reinigungs- und Wartungskosten sowie Kosten für eine Versicherung können anfallen. Von der Versorgungssicherheit einmal abgesehen, ist so auch die zu erwirtschaftende Rendite attraktiv. Die Einspeisevergütung für Photovoltaik, wenn auch nur noch gering, wird staatlich über einen Zeitraum von 20 Jahren garantiert. 

Die größte Herausforderung liegt darin, dass Solarenergie nicht konstant zur Verfügung steht. Sowohl im Laufe jedes Tages als auch über das gesamte Jahr hinweg verändert sich die Sonneneinstrahlung. Um diese sogenannte "Volatilität" auszugleichen, ist der Einsatz eines Stromspeichers hilfreich. Der speichert den überschüssigen Solarstrom, der meist in den sonnenintensiven Mittagsstunden gewonnen wird. Mit dem Speicher steht der Strom dann auch abends und nachts, wenn die Sonne nicht scheint, zur Verfügung. 

Nicht jeder Standort ist gleichermaßen für die Installation einer Solaranlage geeignet. Grundsätzlich kann Solarenergie in Deutschland sowohl im Süden als auch im Norden gewinnbringend genutzt werden, wobei die Einstrahlung im Süden etwas intensiver ist. Es muss jedoch die Ausrichtung der PV-Anlage bzw. des Hausdachs geprüft werden und auch gewisse bauliche Anforderungen sollten erfüllt sein. Mieter können über die Installation einer Solaranlage auf dem Dach ihres Hauses nicht selbst bestimmen, allerdings ist das Thema Mieterstrom ‒ also Strom, der in unmittelbarer Nähe zum Abnehmer produziert wird ‒ bereits in der Diskussion. Auch sogenannte Mini-Solaranlagen bieten eine Möglichkeit, ohne eigenes Haus Solarstrom zu produzieren.

Im privaten Bereich sind es vor allem die Kosten, die abschreckend wirken können. Ist die Finanzierung einer Photovoltaikanlage aber gut geplant, rentiert sich die Investition. Auch gewisse bürokratische Hürden sind zu nehmen. Das Thema Photovoltaik und Steuern ist glücklicherweise weitgehend entschärft, hier hat es deutliche Vereinfachungen gegeben. Die Anmeldung im Marktstammdatenregister bleibt aber weiterhin erforderlich, ebenso wie die Anmeldung beim Netzbetreiber. 

Bis zum Jahr 2030 sollen mindestens 80 Prozent des in Deutschland verbrauchten Stroms aus erneuerbaren Energien stammen. Wind- und Sonnenenergie sind dabei die wichtigsten erneuerbaren Energieträger.  

Ende 2022 stellten etwa 2,6 Millionen Photovoltaikanlagen mit rund 66 GW Leistung den größten Anteil an der Stromerzeugung mit erneuerbaren Energien. Mit dem EEG 2023 wurden die Rahmenbedingungen auch bei der Solarenergie verbessert und wichtige Weichen gestellt.  

Um unseren gesamten Energiebedarf aus Erneuerbaren Energien zu decken, ist jedoch ein massiver Ausbau der installierten PV-Leistung notwendig, neben einer Reihe weiterer Maßnahmen. Im EEG 2023 ist ein PV-Ausbau auf 215 GWp bis 2030 und auf 400 GWp bis 2040 vorgesehen. Der jährliche Netto-Zubau soll innerhalb weniger Jahre einen Höchstwert von 22 GWp erreichen. 

Der von der Bundesregierung als Zubauziel für 2022 ausgegebene Wert von 7 Gigawatt wurde leicht übertroffen: Der Nettozubau betrug 2022 inklusive rückgebauter Anlagen laut Bundesnetzagentur 7,193 GWp. Damit stieg der neu registrierte Zubau gegenüber dem Vorjahr um 25,6 %

Diese Entwicklung ist gerade vor dem Hintergrund positiv, dass die Solarenergie in Deutschland einen unstete Entwicklung aufweist: Mit der ersten Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) im Jahr 2004 begann ein rasanter Ausbau der Photovoltaik in Deutschland, das Wachstum stagnierte dann von 2010 bis 2012 auf hohem Niveau (ca. 7,5 Gigawatt-Peak pro Jahr). Nach 2012 brach die PV-Nachfrage um 80 % ein. Der Bundesverband für Solarwirtschaft e. V. (BSW) sah die Ursache darin, dass durch verschiedene EEG-Novellen die Rahmenbedingungen für die Photovoltaik in Deutschland massiv verschlechtert wurden. 

In der Folge wurden die von der Bundesregierung gesetzten Ausbauziele von 2,5 Gigawatt pro Jahr immer wieder deutlich verfehlt. Eine gewisse Erholung ließ sich erst für die Jahre 2018 mit knapp 3 Gigawatt und 2019 mit knapp 4 Gigawatt Photovoltaik-Zubau konstatieren. Im Jahr 2019 speisten Photovoltaikanlagen laut Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) insgesamt 46,5 Terawattstunden (TWh) ins deutsche Netz ein, für 2017 lag der Wert noch bei 38,6 TWh, im Jahr 2012 bei 27,9 TWh. Im Jahr 2021 wurden rund 48,4 TWh produziert, davon wurden etwa 44,6 TWh eingespeist und der Rest selbst verbraucht. Mit einer Stromerzeugung von 60,8 TWh im Jahr 2022 deckte die PV 11 % des Bruttostromverbrauchs in Deutschland. Im Vergleich zum Jahr 2012 stieg die jährliche Produktion an Solarstrom damit auf mehr als das Doppelte an. 

Quelle: Statista + pv.de

Der Ausbau der Solarenergie als erneuerbare Energiequelle nimmt auch in Europa Fahrt auf. Im Jahr 2020 lag der Anteil der erneuerbaren Energien in der Europäischen Union Bruttostromerzeugung beispielsweise bei 38,5 %. Allein die Photovoltaik hatte einen Anteil von rund 13 %. Im Jahr 2021 stieg der Zubau an PV-Anlagen in Europa um 34 %, im Jahr 2022 sogar um 47 %. Die EU-Kommission will eine Photovoltaik-Pflicht für öffentliche Gebäude (im Jahr 2025) und für Wohngebäude (im Jahr 2029) auf den Weg bringen. 

Auch global zeichnet sich ein positiver Trend ab: 2020 erzeugte Solarenergie knapp zwei Prozent des weltweiten Strombedarfs. Einige Länder decken weit höhere Anteile ihres Stromverbrauchs, darunter Dänemark, Uruguay und Irland. Derzeit schreitet der PV-Zubau insbesondere in China, den USA, Vietnam und Japan stark voran. Mehr als 250 Gigawatt Leistung sind allein in China installiert, weltweit waren es Ende 2020 ganze 760 Gigawatt. Für 2022 liegt die geschätzte installierte Leistung bei 1.168 GW (IRENA: 1061 GW). Mehr zum Thema erfahren Sie im Ratgeber über die Sonnenenergie im Energiemix.