Solarenergie-Lexikon

Der Begriff Solarenergie ist in aller Munde. Von der Energie der Zukunft und sauberer Energie ist die Rede.Was aber ist Solarenergie genau? Einfach gesagt: Die Nutzung der Sonnenenergie, um Wärme (Solarthermie) oder Strom (Photovoltaik) zu gewinnen. Bei der Photovoltaik wird mit Hilfe von Solarzellen die Sonnenstrahlung in elektrischen Strom umgewandelt. Dabei sind die Zellen mittlerweile in ihrer Technik immer ausgefeilter geworden und ermöglichen die optimale Nutzung der Sonnenergie und deren Umwandlung in Strom.

Die Produktpalette wird immer größer

Die Vielfalt der Geräte, die mit Solarenergie betrieben werden können, wächst stetig. Wo früher lediglich Kleingeräte wie Taschenlampen, Outdoor Lichterketten oder kleine Gartenleuchten für ein paar wenige Stunden für mattes Licht sorgten, wird die Bandbreite immer größer und die Gerät anspruchsvoller. Bleibt der Gartenbereich zwar immer noch ein Schwerpunkt mit ausgefeilteren Lichtsystemen oder Teichpumpen, so erobern neue Segmente wie der Medienbereich den Markt. Radios und Solarladegeräte für Handys, Notebook, iPod und iPhone ermöglichen die absolute Mobilität.

Sehr beliebt sind auch Geräte für den privaten Gebrauch zuhause, wie z.B. beleuchtete Hausnummern und Zeitschaltuhren. Ein solabetriebenes Gerät ist der Eltako FTR55D Funk-Temperatur-Regler mit Display. Eine integrierte Solarzelle stellt die kontinuierliche Stromversorgung sicher. Um die Zelle aufzuladen benötigt man nicht zwangsläufig Sonnenlicht. Die Aufladung ist auch bei normalen Tageslicht bzw. Halogenlampe möglich. Dabei verlängern sich die Ladezeiten entsprechend. Mittels Klebefolie kann er problemlos an der gewünschten Stelle platziert werden. So entfällt aufwendiges Bohren. Die Anzeige wird alle 100 Sekunden über Funk aktualisiert. Bei einer Änderung der Solltemperatur reagiert das Gerät sofort. Die Tages-Solltemperatur sowie alle weiteren Funktionen werden über die Tasten eingestellt. Zusätzlich kann eine Nachtabsenkung aktiviert werden.

Eine Poolheizung kommt dann zum Einsatz, wenn das Wasser innerhalb des Pools erwärmt werden soll. Dabei haben Poolbesitzer die Auswahl zwischen einigen verschiedenen Möglichkeiten, um das Poolwasser auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Sehr verbreitet und effektiv sind hier vor allem die Nutzung der Solarenergie, Wärmpumpen sowie Wärmetauscher.

Vorteile der Solarheizung

Für die Erwärmung von größeren Wassermassen eignet sich die Sonnenenergie besonders gut, mithilfe der Solarenergie und entsprechenden Solarabsorbern beziehungsweise Sonnenkollektoren lässt sich ein Pool hervorragend heizen. Wird die Solarenergie zum Heizen eines Pools genutzt, so entstehen bei der Erwärmung des Badewassers keinerlei Folgekosten. Wer eine Solaranlage zum Heizen seines Poos nutzt, der schont also nicht nur effektiv die Umwelt, sondern auch den eigenen Geldbeutel. Die Installation einer Solaranlage als Heizung für den Pool stellt in aller Regel kein besonders großes technisches Problem dar. Zwar ist die Anschaffung einer solchen Anlage und der weiteren Technik für den Betrieb einer Schwimmbadheizung mit größeren Kosten verbunden, allerdings rentiert sich diese Investition aufgrund der geringen Folgekosten bereits nach kurzer Zeit. So entstehen im Gegensatz zu einer herkömmlichen Poolheizung keine hohen zusätzlichen Stromkosten, obwohl das Wasser erheblich schneller erwärmt wird.

Eine Solaranlage bietet also die Möglichkeit, unter Ausnutzung der kostenlosen Sonnenenergie, die Wassertemperatur des Pools zu erhöhen und damit auch die Badesaison zu verlängern. Dabei gilt die Faustregel, welche besagt, dass die Kollektorfläche etwa die Hälfte der Beckenoberfläche betragen sollte. Selbstverständlich trägt jeder zusätzlich installierte Sonnenkollektor zu einer noch rascheren Erwärmung des Wassers im Pool bei. In Bezug auf die Kostenfrage kommt es bei einer Poolheizung in erster Linie auf die Größer beziehungsweise das Fassungsvermögen des Beckens an. Je größer das Schwimmbecken ist, umso größer muss gleichzeitig auch die zur Verfügung stehende Fläche für die Absorber sein.

Verschiedene Formen der Solarheizung für den Pool

In der Regel handelt es sich bei einer Solarheizung für den Pool um eine Art solarthermische Anlage zur Warmwasserbereitung. Dabei lassen sich zwei unterschiedliche technische Systeme unterscheiden, die das Wasser innerhalb des Poolbeckens durch die Kraft der Sonne beheizen, nämlich die Solarabsorber sowie die Solarkollektoren.

Die Solarabsorber zur Erwärmung des Poolwassers erfreuen sich einer großen Beliebtheit, vor allem lassen sich diese Systeme sehr einfach installieren und handhaben. Hierbei strömt das gefilterte Beckenwasser durch die Absorberplatten. Des Weiteren zeichnen sich Absorbersysteme durch ihren vergleichsweise niedrigen Preis sowie den hohen Wirkungsgrad aus. Bei der Wahl des richtigen Absorbersystems sollten Poolbesitzer vor allem auf das Material, die Stabilität, die Wärmeausbeute sowie eine möglichst leichte Entleerbarkeit achten.

Auch mit der Hilfe von Solarkollektoren lässt sich das Poolwasser auf angenehme Temperaturen bringen, der Aufbau eines solchen Systems gestaltet sich allerdings eher aufwendig. Diese Lösung verursacht in der Anschaffung zuden auch deutlich mehr Kosten als die Nutzung von Solarabsorbern. Der entscheidende Vorteil der Solarkollektoren liegt dagegen in der extrem hohen Wärmeausbeute, sodass sich mit einer solchen Anlage entsprechend auch höhere Wassertemperaturen realisieren lassen.

Grundsätzlich ist der Betreiber einer Photovoltaikanlage dazu verpflichtet, diese dem Finanzamt anzuzeigen. Das Finanzamt sendet dem Betreiber der Anlage einen Erfassungsbogen zu, auf welchem die zentralen Eckdaten eingetragen werden müssen. Eine Photovoltaikanlage unterliegt dem Steuerrecht in drei verschiedenen Bereichen, nämlich der Einkommens-, der Gewerbe- sowie der Umsatzsteuer.

Steuerliche Vorteile

Wenn man sich für die Installation einer Photovoltaikanlage entscheidet, so können sich dadurch unter Umständen erhebliche steuerliche Vorteile ergeben. So garantiert beispielsweise das von der Bundesregierung erlassene Erneuerbare-Energien-Gesetz den Betreibern einer solchen Anlage erhöhte Abnahmepreise des produzierten Stromes für einen Zeitraum von 20 Jahren. Ergeben sich in den ersten Jahren nach der Inbetriebnahme der Photovoltaikanlage zunächst Verluste für den Betreiber, so lassen sich auch diese steuerlich berücksichtigen, allerdings nur dann, wenn über die gesamte Nutzungsdauer ein Totalgewinn erwartet wird.

Von Seiten des Finanzamtes werden alle Besitzer einer Photovoltaikanlage automatisch als Unternehmen eingestuft. Grundsätzlich liegt bei Betreibern einer netzgekoppelten Anlage eine unternehmerische Tätigkeit vor, da der erzeugte Strom in das Netz eingespeist und an den jeweiligen Netzbetreiber verkauft wird. Entsprechend erhalten alle Selbstständigen die Mehrwertsteuer vom Finanzamt erstattet. Normale Arbeitnehmer stehen dagegen vor der Wahl zwischen zwei verschiedenen Möglichkeiten. So gibt es die beliebte Option, gegenüber der Finanzbehörde auf die Kleinunternehmerregelung zu verzichten. Durch diesen Verzicht erhalten die Arbeitnehmer die Mehrwertsteuer, welche auf den Kauf der Photovoltaikanlage erhoben wurde, zurück.

Einkommens- und Gewerbesteuer

Der Betrieb einer Photovoltaikanlage gilt als separater Gewerbebetrieb, daraus erzielte Einnahmen fallen dementsprechend unter die Einkommenssteuer. Eine Gewerbesteuer wird für den Betreiber einer Photovoltaikanlage nur dann fällig, wenn der erwirtschaftete Gewinn aus der Anlage den Betrag von 24.500 Euro im Jahr übersteigt. In aller Regel kommen nur die Betreiber von großen Anlagen in die Nähe solcher Gewinne, bei den weit verbreiteten Anlagen mit einer Leistung im Bereich von rund 10.000 kWh pro Jahr liegt der Gewinn ganz sicher deutlich unter dieser Grenze. Problematisch kann es allerdings dann werden, wenn der Betreiber der Photovoltaikanlage bereits Gewerbeertragssteuer zahlen muss. In einem solchen Fall lässt sich die Steuer umgehen, indem man die jeweilige Anlage über einen Dritten, beispielsweise einen Ehepartner, abwickelt.

Umsatzsteuer

Die Einnahmen, die sich aus dem Betrieb einer Photovoltaikanlage ergeben, unterliegen schließlich auch der Umsatzsteuer. Wenn der Betreiber der Anlage allerdings keine anderen unternehmerischen Tätigkeiten ausübt, die umsatzsteuerpflichtig sind, so entfällt die Umsatzsteuer, wenn der voraussichtliche Umsatz im laufenden Jahr den Betrag von 17.500 Euro nicht übersteigt. In aller Regel verzichten die Betreiber einer Photovoltaikanlage aber auf diese sogenannte Kleinunternehmerregelung und entscheiden sich stattdessen für die Regelbesteuerung. Der Grund für dieses Vorgehen liegt darin, dass der Betreiber vom Finanzamt die Umsatzsteuer, welche ihm der Verkäufer der Anlage in Rechnung gestellt hat, als Vorsteuer wiedererhält. Weiterhin bekommt der Betreiber der Photovoltaikanlage auch nur im Falle der Regelbesteuerung von Seiten des jeweiligen Energieversorgungsunternehmens zusätzlich zur Einspeisevergütung auch die Umsatzsteuer.

Als Photovoltaikanlagen bezeichnet man Anlagen, die dazu in der Lage sind, das vorhandene Sonnenlicht in Strom umzuwandeln. Solche Anlagen sind nicht nur ökologisch sehr sinnvoll, vielmehr können sie durchaus auch ein äußerst profitables Investment darstellen. Mit einer geschickt geplanten Finanzierung besteht dank diverser Förderungen mittlerweile sogar die Möglichkeit, ein Investment in eine Photovoltaikanlage ohne großes Eigenkapital zu tätigen.

Kosten bei der Anschaffung einer Photovoltaikanlage

Die für eine Photovoltaikanlage anfallenden Anschaffungskosten hängen von deren gewünschter Größe, der Leistung sowie den persönlichen Ansprüchen ab. So liegen die Kosten pro installiertem Kilowatt derzeit etwa in einem Bereich zwischen 2.800 und 3.500 Euro netto. Den größten Einfluss auf den Preis hat die Wahl der Solarmodule. Im Vergleich zu den Anschaffungskosten fallen die die laufenden Kosten, welche durch den Betrieb einer solchen Anlage entstehen, dagegen eher gering aus. Zu den wichtigsten Betriebskosten zählen vor allem die Kosten für die Wartung der Photovoltaikanlage, um Verluste beim Ertrag zu verhindern.

Die Investition in eine Photovoltaikanlage gilt dann als wirtschaftlich, wenn die Erlöse aus der staatlichen Einspeisevergütung die Kosten für den Bau, die Finanzierung sowie den laufenden Betrieb der Anlage übersteigen. Wenn man dagegen lediglich die Kosten sowie die erwarteten Erlöse gegenübergestellt, so ergibt sich nur eine grobe Schätzung der Wirtschaftlichkeit der Photovoltaikanlage. Für eine genauere Prognose empfiehlt es sich für potenzielle Betreiber einer Photovoltaikanlage, sämtliche Zahlungsströme, welche während der gesamten Nutzungsdauer der Solaranlage auftreten, in ihrer Kalkulation berücksichtigen.

Verschiedene Finanzierungsmöglichkeiten einer Photovoltaikanlage

Heutzutage existieren vielerlei Möglichkeiten, um eine Photovoltaikanlage zu finanzieren. Die jeweils beste Art der Finanzierung hängt in erster Linie davon ab, ob der Betreiber seine Anlage langfristig über viele Jahre finanzieren oder aber so schnell wie möglich abbezahlen möchte. Mit den festgelegten Konditionen der Finanzierung erfolgt dann anschließend die Berechnung der Wirtschaftlichkeit.

Wirtschaftlichkeitsberechnung vor dem Kauf einer Photovoltaikanlage

Vor der Anschaffung einer Photovoltaikanlage empfiehlt es sich, eine detaillierte Wirtschaftlichkeitsberechnung durchzuführen. Wie wirtschaftlich eine Photovoltaikanlage arbeiten kann, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wichtig sind vor allem der Standort der Anlage sowie die Sonnenscheindauer. Der Standort einer Photovoltaikanlage gilt als entscheidender Punkt, wenn es um die Berechnung der Rendite geht. Was die Sonnenscheindauer betrifft, so lässt sich eine solche Anlage grundsätzlich überall in Deutschland wirtschaftlich betreiben. Weitere wichtige Faktoren bei der Berechnung der Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage sind des Weiteren auch deren gewünschte Größe, die Folgekosten für die Versicherung, der Kostenaufwand für ein Darlehen sowie mögliche anfallende Kosten für Reparaturen an der Anlage.

Wichtige Bestandteile einer Wirtschaftlichkeitsberechnung

Grundsätzlich geht man bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung für eine Photovoltaikanlage stets von den zum Zeitpunkt der Berechnung gültigen Preisen aus. Der Betrachtungszeitraum liegt in der Regel bei 20 Jahren. Als zentrales Kernelement einer solchen Wirtschaftlichkeitsberechnung dient eine seriöse Prognose des Ertrags durch die zu errichtende Photovoltaikanlage. Weiterhin sollte eine Berechnung neben den realistischen Prognosen der Erträge auch eine detaillierte Auflistung aller zu erwartenden jährlichen Betriebskosten beinhalten. Schließlich kann die Investition in eine Photovoltaikanlage auch zu erheblichen steuerlichen Vorteilen führen, hier ist es empfehlenswert, sich bei einem Steuerberater ausführlich informieren zu lassen.

Drei wichtige Faktoren bei der Frage nach der Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage sind die erzielten Modulpreise, die Art der Finanzierung sowie die Qualität der Anlage. Die Grundförderung einer solchen Anlage erfolgt auf der Grundlage des Erneuerbare-Energien-Gesetzes, welches den Betreibern einer Photovoltaikanlage für den Strom, der in das öffentliche Netz eingespeist wird, eine entsprechende Mindestvergütung garantiert. Durch dieses Gesetz wurde ein wichtiger Grundstein für den wirtschaftlichen Betrieb von diesen Anlagen gelegt. Zusätzlich zu der staatlich garantierten Einspeisevergütung können Betreiber einer Photovoltaikanlage von weiteren Förderungen in Form von zinsverbilligten Darlehen oder Zuschüssen profitieren.

In immer stärkerem Ausmaß begegen uns Begriffe wie Solarstrom, Photovoltaik oder erneuerbare Energien, doch gibt es noch immer ein erhebliches Informationsdefizit in Bezug auf die Möglichkeiten dieser Form der Energiegewinnung bzw. auch über die nicht zu vernachlässigenden Negativaspekte, über die kaum einmal sachlich argumentiert wird.

Grund genug, darüber auch einmal als Lehrstoff in der Schule zu befinden und die Schüler und Schülerinnen nicht nur theoretisch sondern vor allem auch praktisch damit zu konfrontieren. Ziel solchen Unterrichtsstoffes sollte es primär sein, dass interessierte Jugendliche ab etwa 14 Jahre einen gezielten Einblick in dieses Spezialgebiet der Physik erhalten. Dazu bietet es sich an, den Unterrichtsstoff in den normalen Physikunterricht zu implementieren.

Ein erster Kontakt mit der Materie

Die Kraft der Sonne oder vielmehr die Energie der Lichtphotonen, kann in einem ersten Schritt mittels eines recht simpel gestalteten Versuchsaufbaus aufgezeigt werden. Hierzu gibt es im Handel diverse Anschauungsmodelle, welche mit Solarenergie betrieben werden können. Dies sind beispielsweise kleine solarbetriebene Autos, Fahrradfahrer oder Windmühlen. Es sind einfache und schnell zu montierende Bausätze, die auch mit weniger handwerklichem Geschick montiert und zum Funktionieren gebracht werden können. Auf Grundlage dieser ersten Erfahrungen kann dann die Thematik vertieft werden. Vor allem ist es wichtig, es zu ersten positiven Grunderkenntnissen kommen zu lassen. Dies macht eine Vertiefung in die Materie sehr viel leichter als trockener und/oder didaktischer Lehrstoff.

Die physikalischen Hintergründe

Natürlich darf bei aller Liebe zum Experiment auch die funktionelle und physikalische Seite nicht außer Acht gelassen werden. So kann es durchaus Sinn machen, die Wirkung von Lichtphotonen beim Auftreffen auf die Siliziumschicht und die daraus erwachsenden komplexen ladungstechnischen Vorgänge in einem entsprechenden Modell anschaulich zu verdeutlichen. Hierzu sollte man sich moderner Medien bedienen und nicht etwa auf ein Pappmodell aus der Gründerzeit der Schule zurückgreifen. Oder man liefe Gefahr, großflächiges Interesse für diese Thematik einzubüßen.

Vom Spiel zum Ernst der Thematik

Da die Sonnenenergie seitens der Politik in der Zunkunft gerne als Hauptenergiequelle gesehen wird, ist es nötig, sich mit den Machbarkeiten oder vielmehr auch den Nicht-Machbarkeiten mancher Visionen frühzeitig auseinander zu setzen. Es muss der technische Sinn und Verstand wachgerüttelt werden, dass bei weitem nicht alle Probleme mit Hilfe des derzeitigen Standes der Photovoltaik-Forschung gelöst werden können. Hierzu kann ein ebenfalls einfaches Experiment dienen, wozu ein Solarmodul mittlerer Größe und Leistung benötigt wird. Das Modul sollte eine Leerlaufspannung von 20 Volt und eine Leistung von etwa 300 Milliampere aufweisen.

Ziel soll es dabei sein, zwei unterschiedliche 12-Volt-Elektromotoren direkt per Solarstrom zu betreiben; einmal einen kleinen Motor in Art der schon erwähnten Bausätze und einen Elektromotor mit hohem Anlaufstrom. Es wird sich zeigen, dass der kleinere Motor bei Lichteinfall problemlos zu arbeiten beginnt, der größere Motor jedoch regungslos verharrt bzw. nur kurze Anlaufimpulse zeigt. Und dies obwohl genügend Spannung anliegt.

Das Problem von Solarenergie

Nach Durchführung des letzten Versuches zeigt sich die grundlegende Problematik der Photovoltaik. Es ist zwar ohne weiteres möglich, eine beliebig große Spannung zu erzeugen, doch stellen Solarmodule in erster Linie reine Spannungsquellen und keine Stromquellen dar. Dieses Phänomen sollte auch erst nach diesem Experiment angesprochen und behandelt werden. Bedingt durch den hohen Innenwiderstand einer Solarzelle, kann nur ein extrem begrenzter Strom fließen. Der Unterschied zwischen Spannung und Strom sollte hierbei noch einmal explizit und in Anlehnung an die Elektrizitätskunde der Physik behandelt werden.

Es gibt Spannung ohne Strom, doch es gibt keinen Strom ohne Spannung

Um den größeren Motor betreiben zu können, sind entweder mehrere Solarmodule parallel zu verschalten oder es muss auf eine hochstromfähige Spannungsquelle zurückgegriffen werden. Eine solche Stromquelle ist der Akkumulator. In ihm ist der Innenwiderstand gering genug, damit ein ausreichend großer Strom fließen kann und der Motor seinen Anlaufwiderstand überwindet.

Die Notwendigkeit der Zwischenspeicherung elektrischer Energie in Akkumulatoren stellt damit die Schwierigkeit klar und deutlich in den Raum. Und so wird es auch in absehbarer Zeit keine absolute Alternative zu konventionellen Energieträgern wie Kohle, Gas, Erdöl oder Kernenergie geben, da die zu lösenden technischen Herausforderungen mannigfaltig sind und bleiben werden.