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Ratgeber
Ökostrom gewinnt in Deutschland massiv an Bedeutung.
Stammten im Jahr 2010 gerade mal 17% des im Inland erzeugten und eingespeisten Stroms aus erneuerbaren Energien, waren es zehn Jahre später bereits 47%. 2024 betrug die Stromeinspeisung aus erneuerbaren Energieträgern 59,4%.
Der sogenannte „grüne“ Strom ist damit wesentlich für unsere Energieversorgung geworden und spielt eine zentrale Rolle bei der Reduzierung von CO₂-Emissionen sowie der Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern.
In unserem Ratgeber geben wir Ihnen einen Überblick über Technologien zur Erzeugung von Strom aus den beiden wichtigsten regenerativen Energiequellen: Sonne und Wind.
Sie erfahren, wie Solar- und Windkraftanlagen funktionieren, welche technologischen Fortschritte es in der Weiterentwicklung gibt und was es bei der Planung von Anlagen zu beachten gilt.
Solaranlagen sind eine kostengünstige Möglichkeit, Strom aus erneuerbaren Energien zu erzeugen, und in zahlreichen Ausführungen erhältlich.
Die Bandbreite reicht von kleinen Solarleuchten mit Bewegungsmeldern über Balkonkraftwerke bis hin zu großflächigen Solarparks und Solarthermieanlagen. Ein grundlegender Bestandteil von Solaranlagen sind Solarzellen.
Sie sind in der Lage, Sonnenenergie mithilfe des photovoltaischen Effekts in Strom umzuwandeln. Vereinfacht dargestellt basieren Photovoltaikanlagen (oft als PV-Anlagen abgekürzt) auf einem Halbleitermaterial, das unter Einfluss von Sonnenlicht Elektronen in Bewegung setzt.
Dadurch entsteht ein Gleichstrom, der zu einem Wechselrichter transportiert wird. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um, der ins Stromnetz eingespeist, direkt genutzt oder in einem Batteriespeicher zwischengelagert werden kann.
Windkraftanlagen wandeln die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie um.
Dabei werden Rotorblätter durch den Wind in Bewegung versetzt. Diese Drehung setzt eine Rotorwelle in Gang, die wiederum einen Generator antreibt, der die mechanische Bewegung in Strom umsetzt.
In der Regel verfügt der erzeugte Strom über eine niedrige Spannung, die über einen Transformator auf Netzspannung gebracht werden muss, bevor eine Einspeisung ins öffentliche Netz erfolgen kann.
Die Stromgewinnung durch erneuerbare Energien bietet allerhand Vorteile. Hier die wichtigsten im Überblick.
Kosteneinsparungen
Mit Photovoltaik und Windgeneratoren können Stromkosten dauerhaft gesenkt werden. Wer erneuerbare Energien zur Stromerzeugung nutzen möchte, sollte prüfen, welche Systeme für den individuellen Fall am besten geeignet sind. So sind beispielsweise Windgeneratoren in windstarken Gebieten, etwa an der Küste, lohnenswerter als in dichten Siedlungsgebieten. Dem Kauf einer PV- oder Windkraftanlage sollte eine detaillierte Planungsphase vorangehen.
Energieunabhängigkeit
Durch die Nutzung erneuerbarer Energien können nicht nur Haushalte und Unternehmen, sondern auch Städte, Regionen und ganze Länder ihre Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und externen Energiequellen verringern.
Mit eigenen Photovoltaikanlagen oder Windkraftanlagen lässt sich ein Teil des benötigten Stroms selbst erzeugen.
Einen zentralen Stellenwert nehmen dabei Batterien und Stromspeicher ein: Wer zusätzlich auf intelligente Speichertechnologien setzt, kann auch in sonnen- oder windarmen Zeiten eine stabile Energieversorgung gewährleisten.
Das beginnt im Kleinen mit Solarladegeräten und Solar-Powerbanks, kann aber auch größer gedacht werden mit einem Fuhrpark an Elektroautos, die zur Zwischenspeicherung genutzt werden.
Wettbewerbsvorteil
Wenn Sie als Unternehmen auf erneuerbare Energien setzen, können Sie Ihre Betriebskosten senken und sich langfristig unabhängiger von steigenden Energiepreisen machen. Nachhaltig wirtschaftende Unternehmen haben außerdem oft bessere Chancen auf Fördermittel und steuerliche Vorteile. Darüber hinaus können Firmen durch die Eigenproduktion von Strom Geld erwirtschaften, etwa durch den Verkauf überschüssiger Energie.
Klimaschutz
Erneuerbare Energien tragen maßgeblich zur Reduzierung von CO₂-Emissionen bei und helfen, der Erderwärmung entgegenzusteuern. Im Vergleich zu fossilen Brennstoffen wie Kohle, Öl oder Gas verursachen Wind-, Solar- und Biomasseanlagen deutlich weniger oder gar keine Treibhausgase während der Energieerzeugung. Langfristig leisten erneuerbare Energien einen wichtigen Beitrag zur Erreichung internationaler Klimaziele und zur Schaffung einer nachhaltigen, lebenswerten Umwelt für zukünftige Generationen.
Ressourcenschonung
Durch den verstärkten Ausbau erneuerbarer Energien werden natürliche Ressourcen geschont, zumal Wind und Sonne unbegrenzte Energiequellen darstellen, während das Vorkommen von Uran, Erdöl oder Erdgas endlich ist. Kohle- und Atomkraftwerke erfordern außerdem große Mengen an Wasser zur Kühlung der Anlagen und hinterlassen problematische Abfälle. Auch bei nachhaltiger Bewirtschaftung von Biomasse bleibt der natürliche Kohlenstoffkreislauf erhalten.
Umweltfreundlichkeit
Erneuerbare Energien schützen Ökosysteme, da sie im Vergleich zu fossilen Energieträgern deutlich weniger Schadstoffe freisetzen und weniger Eingriffe in die Natur erfordern.
Sie verursachen auch keine Luft- und Wasserverschmutzung, da bei der Energieerzeugung keine Schwefeloxide, Stickoxide oder Feinstaub entstehen.
Der Ausbau erneuerbarer Energien kann auch gezielt umweltfreundlich gestaltet werden, beispielsweise durch die Kombination von Solarparks mit biodiversitätsfördernden Maßnahmen oder die umweltverträgliche Planung von Windkraftanlagen.
So tragen sie langfristig zur Erhaltung der Artenvielfalt und zur Schonung natürlicher Lebensräume bei.
Zukunftsfähigkeit
Der Energiebedarf wird in Zukunft weiter steigen. Als Teil der Energiewende sind Solar- und Windkraftanlagen wichtiger Bestandteil für wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit. Durch kontinuierliche Forschung und Entwicklung werden erneuerbare Energien immer effizienter und günstiger, so dass sie zukünftig eine noch größere Rolle in der weltweiten Energieversorgung spielen werden.
Imageverbesserung
Setzen Unternehmen auf erneuerbare Energien, zeigen sie, dass ihnen gelebte Nachhaltigkeit wichtig ist. Das kann dabei helfen, das Image zu stärken und von Kunden, Investoren und Geschäftspartnern positiv wahrgenommen zu werden.
Windkraft- und PV-Anlagen werden immer effizienter. In den letzten Jahren gab es bedeutende technologische Fortschritte, die zu unterschiedlichen Arten von Solarmodulen geführt haben. Wir geben einen Überblick:
Monokristalline Solarmodule
Monokristalline Solarzellen bestehen aus einem einzigen Siliziumkristall. Ihre Herstellung ist aufwendig, erfordert Energie und ist dadurch vergleichsweise teuer. Dafür punkten die Module mit einem hohen Wirkungsgrad und einer langen Lebensdauer. Sie sind robust, einfach zu montieren und erzielen eine gute Ausbeute auch bei begrenzter Fläche. Monokristalline Module sind heutzutage mit Abstand am häufigsten auf dem PV-Markt anzutreffen.
Polykristalline Solarmodule
Polykristalline Solarmodule verwenden Zellen, die aus zu Blöcken zusammengesetzten Siliziumkristallen bestehen. Dadurch sind sie kostengünstiger herzustellen. Ihre vergleichsweise niedrige Effizienz wird durch ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis ausgeglichen. Interessant sind polykristalline Module für Anwendungen, bei denen es nicht so sehr auf den Wirkungsgrad pro Fläche ankommt. Früher waren sie der vorherrschende Modultyp. In den vergangenen Jahren ist ihr Marktanteil aber deutlich geschrumpft.
Dünnschicht-Solarmodule
Dünnschicht-Solarpanels verwenden Materialien wie amorphes Silizium, das auf ein Substrat wie Glas aufgedampft wird. Sie zeichnen sich, wie der Name bereits andeutet, durch eine besonders leichte Bauweise aus. Verglichen mit kristallinen Solarzellen aus Siliziumwafern sind Dünnschichtzellen etwa 100 Mal dünner. Allgemein sind sie weit weniger effizient in der Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität. Dafür eignen sie sich gut für Anwendungen in tragbaren Geräten und für den Einsatz auf flachen Dächern mit Nordseite, da sie auch bei diffusen Lichtverhältnissen immer noch gute Erträge erzielen.
Heterojunction-Solarmodule (HJT)
Heteroübergangssolarzellen sind Hybride, die monokristalline Solarzellen mit Dünnschicht-Solarzellen kombinieren. HJT (Heterojunction Technology) hat den Vorteil, ein breiteres Strahlungsspektrum nutzen zu können und auch bei höheren Temperaturen bessere Erträge zu erzielen. Heterojunction-Solarmodule erreichen damit einen Wirkungsgrad von über 20 Prozent.
PERC-Solarmodule
Die PERC-Technologie (Passivated Emitter and Rear Cell) hat sich auf dem Markt mittlerweile etabliert. Monokristalline Solarmodule dieser Bauweise haben eine zusätzliche, rückseitig angebrachte Schicht, die einen Teil des Lichts in die Solarzelle zurückwirft und die Elektronenausbeute erhöht.
Onshore-Windkraftanlagen
Neben großen Windenergieanlagen, die häufig in Windparks zusammengefasst werden und direkt in das Stromnetz einspeisen, gibt es Windgeneratoren, sprich kleinere Windkraftanlagen an Land, die zur Selbstversorgung genutzt werden können. Außerdem lassen sich horizontale und vertikale Windkraftanlagen differenzieren.
Horizontale Windkraftanlagen
Horizontale Windkraftanlagen (HAWT für Horizontal Axis Wind Turbines) sind am meisten verbreitet, in einer Vielzahl von Größen erhältlich und in ihrer Technologie am weitesten ausgereift. Sie können lange bei hohen Windgeschwindigkeiten arbeiten und somit optimale Stromerträge erzielen.
Vertikale Windkraftanlagen
Vertikale Windkraftanlagen (VAWT für Vertical Axis Wind Turbines) haben den Vorteil, sich nicht in Windrichtung ausrichten zu müssen, und brauchen deshalb weder entsprechende Sensorik noch Motoren, um den Rotor zu drehen oder die Blätter zu verstellen. Sie haben jedoch geringere Wirkungsgrade und niedrigere Stromerträge.
Offshore-Windkraftanlagen
Offshore-Windenergieanlage werden in Küstennäher auf dem offenen Meer errichtet. Hier gibt es weniger räumliche Beschränkungen und dank konstant wehendem Wind können kontinuierlich große Mengen an Strom generiert werden. Bau und Wartung von Offshore-Anlagen sind dafür meist aufwendiger.
Windkraftanlagen benötigen konstante und starke Winde, während Photovoltaikanlagen für die Stromerzegung auf Sonneneinstrahlung angewiesen sind. Darüber hinaus spielt die Anlagentechnik eine große Rolle, denn die Effizienz von Rotorblättern, Solarmodulen oder Turbinen bestimmt, wie viel Energie tatsächlich erzeugt wird.
Der Standort ist ebenso entscheidend – für Windkraftanlagen sind insbesondere Küstenregionen, Hochlagen und offene Landschaften vorteilhaft, da dort die Windgeschwindigkeiten höher und konstanter sind. Die Topografie kann allerdings auch Herausforderungen mit sich bringen, da Gebirge und unebenes Gelände schwerer erreichbar und die Errichtung der Anlagen mit entspredchend höherem Aufwand und Mehrkosten verbunden sind.
Auch in der Photovoltaik kommt es auf den richtigen Standort und eine geeignete Positionierung an. Neigung und Ausrichtung von Solarmodulen haben einen direkten Einfluss auf die Stromausbeute.
Extreme Wetterereignisse wie Stürme oder Vereisungen können Windkraftanlagen vorübergehend außer Betrieb setzen oder beschädigen. Offshore-Windparks profitieren von stärkeren und gleichmäßigeren Winden als Anlagen an Land, sind aber teurer im Bau. Hohe Temperaturen mindern den Wirkungsgrad von PV-Anlagen.
Neben geografischen und klimatischen Einflüssen spielen auch eine regelmäßige Wartung, stabile Netzanbindung und ausreichend Zwischenspeicherkapazitäten eine Rolle.
Standortwahl
Zunächst gilt es, den richtigen Standort für die Anlage zu ermitteln. Das gilt sowohl für Wind als auch für Solar. Es muss genügend Fläche vorhanden und eine ausreichende Tragfähigkeit des Untergrunds gegeben sein. Empfehlenswert sind Langzeitmessungen, um herauszufinden, welche Wind- bzw Sonneneinstrahlungsbedingungen vor Ort herrschen. Auch Wind- und Sonnenkarten können Aufschluss darüber geben, welcher Standort gut geeignet ist. Eine Ausrichtung von Solarmodulen gen Süden ist am sinnvollsten, um möglichst viel Sonne erfassen zu können. Dabei ist darauf zu achten, dass die Module nicht im Schatten liegen.
Kalkulation
Jede Anlage ist mit Anschaffungs- und laufenden Kosten verbunden. Laufende Kosten entstehen beispielsweise durch Wartungsmaßnahmen, Reparaturen im Fall von Verschleiß oder Defekten sowie durch Versicherungen. Die Gesamtkosten müssen Sie mit den zu erwartenden Erträgen gegenrechnen, um die Rentabilität zu bestimmen. Für eine realistische Kalkulation ist der Leistungsbedarf entscheidend. Die Ermittlung der benötigten Komponenten erfolgt auf Basis der Verbraucher, die von der Anlage versorgt werden sollen. Einen Solaranlagen-Rechner für diesen Zweck finden Sie in unserem Conrad-Ratgeber.
Genehmigungen
Ob und welche Genehmigungen eingeholt werden müssen, hängt von der Größe der Anlage ab und ist in der Landesbauordnung des Bundeslandes geregelt. Kleinere Konstruktionen auf Dächern sind in der Regel genehmigungsfrei. Auch Kleinwindanlagen unter einer bestimmten Höhe benötigen meist keine Baugenehmigung. Bei PV-Freiflächenanlagen und größeren Windräder sieht es anders aus. Sie sind zudem oft an Naturschutz- beziehungsweise Lärmschutzauflagen gebunden. Mitunter müssen Vorschriften in Sachen Denkmalschutz bedacht werden. Bei Unsicherheiten sollten Sie das zuständige Bauamt konsultieren.
Installation
Ist der richtige Standort bestimmt und sind die Genehmigungsverfahren abgeschlossen, kann die Bauplanung beginnen. Bei einer Windkraftanlage müssen erst das Fundament und der Turm errichtet werden, dann folgen Rotor und Generator. Bei einer Solaranlage werden die Module auf dem Dach oder der Freifläche befestigt und mit einem Wechselrichter verkabelt. Danach ist der Anschluss an das öffentliche Stromnetz oder ein Speichersystem möglich. Möchten Sie den Solarstrom zum Betrieb von Poolheizungen oder Springbrunnen nutzen, müssen Sie diese Anlagen ebenfalls verbinden.
Beim Kauf von Solar- oder Windkraftanlagen spielen mehrere Faktoren eine Rolle. Ein wichtiger Aspekt ist, dass die Anlagengröße zum Strombedarf passt. Dabei ist zu berücksichtigen, ob der erzeugte Strom eingespeist oder hauptsächlich selbst genutzt wird. Ist letzteres der Fall, müssen Sie wissen, welche Verbraucher mit Wind- oder Solarstrom versorgt werden sollen und welche Leistungsaufnahme sie haben.
Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Qualität der Technik. Hochwertige Kernkomponenten wie Solarmodule, Wechselrichter, Turbinen oder Rotoren bieten eine hohe Effizienz und halten im Regelfall auch lange. Es empfiehlt sich in dem Zusammenhang, auf geprüfte Markenprodukte mit umfassender Garantie zu setzen. Das gilt nicht nur für Kernbauteile, sondern auch Wind- und Solartechnik-Zubehör. Dieses muss auf die vorhandene Technik abgestimmt sein.
Auch die Wirtschaftlichkeit sollten Sie im Blick behalten: Neben den Investitionskosten spielen Einsparpotenziale, Einspeisevergütung und mögliche Fördermittel eine zentrale Rolle. Eine realistische Amortisationsrechnung ist essenziell, um sicherzustellen, dass die Solar- oder Windkraftanlage auf Dauer rentabel bleibt.
Hinweis: Welche PV-Anlage die richtige für Sie ist, finden Sie mithilfe unseres kostenlosen Solaranlagenplaners heraus. Der Planer berücksichtigt den Leistungs- und Energiebedarf sowie die Betriebszeiten der Verbraucher und hilft, Akkukapazität, Modulgröße und Laderegler zu bestimmen – wichtige Parameter und Komponenten, die Sie vor dem Kauf eines Solarstrom-Systems ermitteln sollten.
Effizienz-Tipp: Clever planen – alles aus einer Hand
Mit einem Solaranlagen-Komplettset sparen Sie sich das Zusammenstellen und vereinfachen Ihre Bestellung. Da alle Komponenten – vom Modul bis zum Halter – optimal aufeinander abgestimmt sind, entfällt die Sorge um technische Unstimmigkeiten. Das senkt nicht nur Ihre Planungskosten, sondern sorgt auch für eine reibungslose Installation.
Die Kombination von Wind und Solar bietet viele Vorteile, da sich beide Energiequellen in ihrer Verfügbarkeit gut ergänzen. Während die Sonneneinstrahlung tagsüber und vor allem in den Sommermonaten hoch ist, weht der Wind oft stärker in der Nacht, wenn es bewölkt ist und in den Wintermonaten. Für eine optimale Kombination ist wichtig, dass beide Systeme auf den realen Energiebedarf abgestimmt sind. Dazu gehört, saisonale Schwankungen, Tagesverläufe und Stromverbrauchsspitzen zu ermitteln und zu berücksichtigen. Die gemeinsame Nutzung eines Speichers ist sehr empfehlenswert, um überschüssigen Strom aus beiden Quellen zwischenzulagern und bei Bedarf darauf zugreifen zu können. Sinnvoll ist zudem eine intelligente Steuerung der Anlagen. Energiemanagementssysteme sind in dem Zusammenhang eine große Hilfe, Sie ermöglichen es, den Eigenverbrauch zu optimieren, Geräte gezielt zuzuschalten oder Überschüsse ins Netz einzuspeisen. Wenn Sie Wind und Solar clever kombinieren, können Sie eine kontinuierliche Stromerzeugung erreichen und von einer höheren Versorgungssicherheit profitieren.
Welche Genehmigungen benötige ich?
Neben Baugenehmigungen und Umweltauflagen kann es sein, dass Sie bestimmte Anforderungen im Hinblick auf den Denkmalschutz oder Lärmschutz berücksichtigen müssen. Auskunft dazu gibt Ihnen das zuständige Bauamt. Auch ein auf Wind- oder Solarkraftanlagen spezialisiertes Planungsbüro ist ein guter Ansprechpartner.
Wie finde ich einen geeigneten Installateur für meine Solaranlage?
Fachliche Kompetenzen sind unabdingbar, wenn es um die Installation von PV-Anlagen geht, und sollten mit Referenzen nachgewiesen werden können. Es schadet nicht, sich Empfehlungen einzuholen und individuelle Beratungsangebote in Anspruch zu nehmen. Die räumliche Nähe des Betriebs zum Standort kann ein zusätzliches Auswahlkriterium sein.
Welche Voraussetzungen muss mein Dach für eine Photovoltaikanlage erfüllen?
Die meisten Dachtypen eignen sich für Photovoltaik, auch Flachdächer. Allerdings muss die Statik des Dachs dafür ausgelegt sein, denn es trägt perspektivisch nicht nur das zusätzliche Gewicht der Solarmodule und des Montagesystems, sondern auch mögliche Schneelasten. Zudem muss ausreichend Platz vorhanden sein.
Wie lange dauert es, bis sich eine Windkraftanlage amortisiert?
Die Amortisationszeit einer Windkraftanlage hängt von mehreren Faktoren ab, darunter die Anschaffungskosten, die jährliche Stromerzeugung, die Einspeisevergütung bzw. der Eigenverbrauch sowie die laufenden Betriebskosten. Große kommerzielle Windparks rentieren sich meist in weniger als 10 Jahren, kleine Windgeneratoren zahlen sich mitunter erst nach 15 bis 20 Jahren aus.
Welche technologischen Fortschritte haben in den letzten Jahren die Effizienz von Solarzellen verbessert?
Es gibt gleich mehrere Innovationen, die die Effizienz von Solarzellen deutlich gesteigert haben. Ein höherer Wirkungsgrad wurde beispielsweise durch PERC-, TopCon- (Tunnel Oxide Passivated Contact) und HJT-Technologie erreicht. Zudem konnte der Energieertrag durch eine verbesserte Modularchitektur gesteigert werden, indem kleinere Zellen verbaut oder überlappend angeordnet werden. Moderne Solarmodule liefern auch bei Bewölkung oder schwachem Sonnenlicht eine bessere Leistung.