Photovoltaik Funktionsweise 2026: Vom Sonnenlicht zur Steckdose

Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage?

Eine Photovoltaikanlage arbeitet in 6 Stationen: Solarzelle, Modul, Wechselrichter, Hausnetz, Speicher und Zähler. Photovoltaik (PV) bezeichnet die direkte Umwandlung von Licht in elektrische Energie. Die folgende Tabelle zeigt, was an jeder Station passiert.

Kurz eingeordnet: Die Solarzelle erzeugt nur eine kleine Spannung. Erst die Reihenschaltung vieler Zellen und Module ergibt eine Spannung, mit der ein Wechselrichter arbeiten kann. Der Eigenverbrauch von 20 bis 40 % gilt laut Fraunhofer ISE für Haushalte, je nach Anlagengröße. Die 7,70 Cent gelten für Teileinspeisung bis 10 kWp bei Inbetriebnahme vom 01.08. bis 31.12.2026.

Wie wird in der Solarzelle aus Licht Strom?

In der Solarzelle löst Licht Elektronen aus dem Silizium, und ein inneres elektrisches Feld trennt die Ladungen. Licht besteht aus Energiepaketen, den Photonen. Treffen sie auf die Zelle, entstehen freie positive und negative Ladungsträger. Diesen Vorgang nennt man photovoltaischen Effekt. Edmond Becquerel entdeckte ihn bereits 1839.

Eine Siliziumzelle hat 2 unterschiedlich dotierte Schichten. Dotieren heißt, gezielt Fremdatome wie Phosphor oder Bor einzubauen. An der Grenze, dem p-n-Übergang, baut sich ein elektrisches Feld auf. Es schiebt Elektronen in die eine Richtung, die positiven Ladungen in die andere. Schließen Sie einen Verbraucher an, fließt Gleichstrom. Wie Zellschichten und Zelltypen aufgebaut sind, erklärt der Beitrag Solarzelle: Aufbau, Funktion und Technologien.

Was macht der Wechselrichter?

Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom der Module in netzkonformen Wechselstrom mit 230 Volt um. Haushaltsgeräte und das öffentliche Netz arbeiten mit Wechselstrom. Mehrere Module bilden einen String, also eine Reihenschaltung. Ein 450-Watt-Modul liefert nach Datenblatt rund 45 Volt, ein String damit mehrere 100 Volt. Der Wechselrichter sucht dabei laufend den Punkt maximaler Leistung, den MPP (Maximum Power Point). Neue Geräte erreichen laut Fraunhofer ISE einen Wirkungsgrad um 98 %. Bauarten und Auswahl vergleicht der Beitrag Wechselrichter für Photovoltaik.

Wohin fließt der Solarstrom im Haus?

Solarstrom fließt zuerst zu den Geräten, die im Haus gerade laufen, erst der Rest geht in Speicher oder Netz. Das ergibt sich physikalisch: Der Solarstrom deckt zuerst den Bedarf im Hausnetz, nur der Überschuss fließt über den Hausanschluss hinaus. Ein Energiemanagement kann die Reihenfolge zusätzlich steuern, etwa zuerst Wärmepumpe, dann Batterie, dann Wallbox. Reicht der Solarstrom nicht, bezieht das Haus die Differenz aus dem Netz.

Was misst der Zähler, und wann kommt ein Smart Meter?

Der Zähler erfasst getrennt, wie viel Strom Sie aus dem Netz beziehen und wie viel Sie einspeisen. Dafür tauscht der Messstellenbetreiber den alten Zähler gegen einen Zweirichtungszähler. Meist ist das eine moderne Messeinrichtung, also ein digitaler Zähler ohne Kommunikationsanbindung. Ab mehr als 7 kW Anlagenleistung ist ein intelligentes Messsystem (iMSys) Pflicht. Das ist ein digitaler Zähler mit Datenverbindung. Die Bundesnetzagentur nennt dafür bis 15 kW eine Preisobergrenze von 50 Euro pro Jahr. Für die Steuerungseinrichtung kommen bis zu 50 Euro pro Jahr hinzu.

Was passiert bei Stromausfall?

Bei Stromausfall schaltet eine normale netzgekoppelte PV-Anlage automatisch ab, auch bei Sonnenschein. Die Abschaltung schützt Techniker, die am Netz arbeiten. Strom im Haus gibt es dann nur mit Not- oder Ersatzstromtechnik. Laut Verbraucherzentrale bieten Speicher diese Funktion oft nur gegen Aufpreis. Nachts erzeugt die Anlage ebenfalls keinen Strom. Speichersysteme verbrauchen im Bereitschaftsbetrieb laut HTW Berlin 4 bis 64 Watt.

Wie sieht der Energiefluss an einem Tag aus? Das 42watt-Rechenbeispiel

An einem sonnigen Sommertag erzeugt eine 10-kWp-Anlage im 42watt-Rechenbeispiel 51 kWh, der Haushalt nutzt davon direkt 6,8 kWh. Annahmen: Süddach, Haushalt mit 4.000 kWh Jahresverbrauch und 10 kWh Tagesverbrauch im Sommer. Der Tagesertrag ergibt sich aus rund 180 kWh/m² Monatsstrahlung im Sommer (co2online, Daten DWD) und einer Performance Ratio von 0,85. Die Performance Ratio (PR) beschreibt, welcher Anteil des theoretischen Ertrags nach allen Verlusten übrig bleibt. Das Lastprofil mit Morgen- und Abendspitze ist eine eigene Annahme, gemittelt pro Stunde.

Kurz eingeordnet: Rund 67 % des Tagesertrags fallen zwischen 10 und 16 Uhr an. In dieser Zeit braucht der Haushalt nur 2,5 kWh. Von 51 kWh nutzt das Haus 6,8 kWh selbst, 44,2 kWh gehen ins Netz. Nachts und spätabends kauft der Haushalt 3,2 kWh zu. Reale Lastspitzen wie Wasserkocher oder Backofen senken den Direktverbrauch etwas. Ein sonniger Sommertag ist ein günstiger Einzelfall, im Jahresmittel liegt die Autarkie deutlich niedriger.

Was ändert ein Batteriespeicher am Tagesgang?

Ein Speicher verschiebt Solarüberschüsse vom Tag in Abend und Nacht, die Winterlücke schließt er aber nicht. Im Rechenbeispiel lädt ein 10-kWh-Speicher mit 90 % Wirkungsgrad (Annahme) die Überschüsse. Der Vergleich zeigt einen Sommertag und einen Januartag mit 12 kWh Verbrauch.

Kurz eingeordnet: Im Sommer deckt der Speicher die Nacht komplett, trotzdem gehen 40,6 kWh ins Netz. Im Januar speichert er jeden Überschuss, es bleiben aber 5,5 kWh Netzbezug. Übers Jahr erreichen Haushalte laut Verbraucherzentrale ohne Speicher 25 bis 30 % Autarkie, mit Speicher bis zu 70 %. Autarkie heißt: Anteil des Verbrauchs, den die eigene Anlage deckt. Warum 100 % nicht erreichbar sind, zeigt der Beitrag Autarkie mit Photovoltaik.

Was ist eine selbst genutzte Kilowattstunde wert?

Eine selbst genutzte Kilowattstunde spart 2026 rund 37,0 Cent, eine eingespeiste bringt 7,70 Cent. Die 37,0 Cent sind der durchschnittliche Haushaltsstrompreis 2026 laut BDEW. Am Sommertag ohne Speicher ergibt das 2,52 Euro Ersparnis und 3,40 Euro Vergütung. Mit Speicher steigt der Tageswert von 5,93 auf 6,83 Euro. Bei Volleinspeisung zahlt der Netzbetreiber 12,22 Cent, dann nutzen Sie selbst aber nichts.

Ohne iMSys und Steuerung dürfen seit dem 25.02.2025 in Betrieb genommene Anlagen laut Solarspitzengesetz nur 60 % ihrer Leistung einspeisen. Bei negativen Börsenpreisen erhalten sie keine Vergütung. Der Regierungsentwurf zur EEG-Novelle 2027 sieht für neue Anlagen unter 25 kW bis Ende 2028 nur noch 5,2 Cent pro kWh für 3 Jahre vor, danach keine feste Vergütung mehr. Der Bundestag hat ihn am 24.09.2026 in 1. Lesung beraten, beschlossen ist er nicht (Stand 05.10.2026). Auf Module, Wechselrichter und Speicher für Anlagen bis 30 kWp fallen seit dem 01.01.2023 0 % Umsatzsteuer an (§ 12 Abs. 3 UStG). Strategien für mehr Eigenverbrauch zeigt der Beitrag Eigenverbrauch vs. Einspeisung.

Wie viel Strom erzeugt 1 kWp in Deutschland?

1 kWp erzeugt in Deutschland je nach Standort und Dach rund 900 bis 1.100 kWh pro Jahr. Kilowatt-Peak (kWp) ist die Nennleistung unter Standardtestbedingungen: 1.000 W/m² Einstrahlung und 25 °C Modultemperatur. Deshalb gilt eine einfache Formel: Jahresertrag ≈ Einstrahlung auf die Modulfläche × kWp × Performance Ratio. Die folgende Tabelle zeigt belegte Werte.

Kurz eingeordnet: Laut Fraunhofer ISE erreicht eine 20 bis 25° nach Süden geneigte Fläche im Mittel rund 1.270 kWh/m² pro Jahr. Bei einer Performance Ratio von 80 bis 90 % ergibt das 1.016 bis 1.143 kWh pro kWp. Reale Dächer liegen oft darunter, weil Ausrichtung und Schatten nicht ideal sind. Ost- oder Westdächer bringen laut co2online 15 bis 20 % weniger. Wie Sie kWp in kWh umrechnen, erklärt der Beitrag kWp und kWh bei Photovoltaikanlagen.

Welche Verluste hat eine PV-Anlage?

Zwischen theoretischem Ertrag und Steckdose verliert eine neue PV-Anlage typischerweise 10 bis 20 % der Energie. Ins Gewicht fallen vor allem pauschale Systemverluste, Wärme und schräg einfallendes Licht. Das EU-Rechentool PVGIS rechnet in seinen FAQ mit einem Beispiel, das die Verluste multipliziert.

Kurz eingeordnet: Multipliziert ergeben die 3 PVGIS-Werte rund 23 % Gesamtverlust. Das entspricht einer Performance Ratio von etwa 77 %. Neue Anlagen erreichen laut Fraunhofer ISE 80 bis 90 % im Jahresmittel, also weniger Verlust als im Beispiel.

Wie stark kostet Wärme Leistung?

Pro Grad über 25 °C verlieren viele aktuelle Module laut Herstellerdatenblatt 0,26 bis 0,29 % Leistung. Diesen Wert nennt man Temperaturkoeffizient. An einem heißen Sommertag erreicht ein Modul zum Beispiel 55 °C (Annahme). Bei −0,29 % pro Grad sind das 8,7 % weniger Leistung in diesen Stunden.

Wie wirkt sich Verschattung aus?

Schon kleine Schatten können einen ganzen Teilstring eines Moduls lahmlegen. Verschattete Zellen liefern keinen Strom mehr und wirken wie ein Widerstand. Es können Hotspots entstehen, also lokale Überhitzungen. Module haben deshalb meist 3 Bypassdioden, die verschattete Abschnitte überbrücken. Ein Beispiel des Photovoltaikbüros Diehl (2011) zeigt das Missverhältnis: 0,8 % verschattete Fläche kosteten 4,4 % Leistung. Prüfen Sie Schornsteine, Gauben und Bäume deshalb vor der Planung.

Was passiert im Winter und bei Bewölkung?

Im Winter und bei Wolken erzeugt die Anlage weiter Strom, aber deutlich weniger. Rund die Hälfte der Sonnenstrahlung in Deutschland kommt als diffuses, an Wolken und Luft gestreutes Licht an. Diese Diffusstrahlung nutzen die Module ebenfalls. Im Januar fallen laut co2online nur rund 25 kWh/m² auf ein 35° nach Süden geneigtes Modul, von Mai bis Juli über 180 kWh/m². Das ist ein Faktor von mehr als 7.

Im Rechenbeispiel liefert die 10-kWp-Anlage an einem Januartag deshalb nur 6,9 kWh. Die Verbraucherzentrale hält fest, dass PV-Anlagen von November bis Februar nur wenig Strom liefern. Kälte selbst schadet nicht, sie hilft sogar. Bei 5 °C Modultemperatur arbeitet ein Modul rechnerisch 5,8 % effizienter als bei 25 °C. Schnee rutscht von geneigten Modulen meist von selbst ab. Steigen Sie zum Räumen nicht selbst aufs Dach. Wie Module bei wenig Licht arbeiten, zeigt der Beitrag Schwachlichtverhalten von Solarmodulen.

Häufige Fragen zur Photovoltaik-Funktionsweise

Wie viel Strom erzeugt eine 10-kWp-Anlage am Tag?

Eine 10-kWp-Anlage erzeugt an einem sonnigen Sommertag rund 50 kWh, an einem Januartag rund 7 kWh. Das zeigt das 42watt-Rechenbeispiel mit Monatswerten von co2online und einer Performance Ratio von 0,85. Übers Jahr kommen bei 950 kWh pro kWp rund 9.500 kWh zusammen.

Produziert eine PV-Anlage bei Hitze mehr Strom?

Nein, Hitze senkt die Leistung, nur die Lichtmenge erhöht sie. Pro Grad über 25 °C verlieren Module rund 0,3 % Leistung. Bei gleicher Einstrahlung liefert ein kühles Modul deshalb mehr Strom als ein heißes.

Was passiert mit Solarstrom, wenn der Speicher voll ist?

Ist der Speicher voll, fließt der Überschuss automatisch ins öffentliche Netz. Dafür erhalten Sie bei Inbetriebnahme vom 01.08. bis 31.12.2026 bis 10 kWp 7,70 Cent pro kWh. Ohne intelligentes Messsystem und Steuerung ist die Einspeiseleistung neuer Anlagen auf 60 % begrenzt, mehr Leistung regelt der Wechselrichter ab.

Kann ich Solarstrom ohne Wechselrichter nutzen?

Im normalen Hausnetz nein, denn Haushaltsgeräte brauchen Wechselstrom mit 230 Volt. Nur Inselanlagen mit Gleichstromgeräten, etwa im Gartenhaus, kommen ohne Wechselrichter aus.