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Photovoltaik

Photovoltaik ist eine Technologie, die Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt. Das Wort “Photovoltaik” setzt sich aus den griechischen Wörtern “phos” für Licht und “volta” für Elektrizität zusammen. Photovoltaikzellen, auch Solarzellen genannt, sind die Grundbausteine von Photovoltaikanlagen. Sie bestehen in der Regel aus Silizium und wandeln das auftreffende Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um.

Funktionsweise einer Photovoltaikanlage

Photovoltaikzellen enthalten Halbleitermaterialien wie Silizium, das dazu dient, Photonen aus dem einfallenden Sonnenlicht zu absorbieren. Wenn das Sonnenlicht auf die Photovoltaikzelle trifft, werden die Photonen im Material absorbiert und lösen Elektronen aus ihrem Platz im Atomgitter des Siliziums. Dies erzeugt ein elektrisches Feld innerhalb der Zelle. Die freigesetzten Elektronen bewegen sich durch das elektrische Feld in eine bestimmte Richtung, was einen elektrischen Strom erzeugt. Dieser Strom kann dann gesammelt und über Leitungen abgeführt werden. Der erzeugte Gleichstrom (DC) wird normalerweise über einen Wechselrichter in Wechselstrom (AC) umgewandelt, der in unseren Haushalten und in der Industrie üblicherweise verwendet wird. Der Wechselrichter sorgt auch für die Anpassung der Spannung und Frequenz des Stroms, um ihn mit dem elektrischen Netz kompatibel zu machen. Der erzeugte Strom kann dann verwendet werden, um elektrische Geräte zu betreiben oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist und verkauft werden.

Arten von Photovoltaikanlagen

Es gibt verschiedene Arten von Photovoltaikanlagen, darunter netzgekoppelte Systeme, netzunabhängige (Insel-)Systeme und hybride Systeme, die Photovoltaik mit anderen Energieerzeugungstechnologien wie Windkraft oder Batteriespeicherung kombinieren.

Photovoltaik bietet eine saubere und erneuerbare Energiequelle, die dazu beiträgt, den CO2-Ausstoß zu reduzieren und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern. Es wird häufig auf Dächern von Gebäuden, in Solarparks und in entlegenen Gebieten eingesetzt, wo der Zugang zum öffentlichen Stromnetz begrenzt ist.

Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik

Der Hauptunterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik liegt in der Art der erzeugten Energie. Solarthermie erzeugt Wärmeenergie für Warmwasserbereitung und Raumheizung, während Photovoltaik elektrische Energie erzeugt.

Die Technologien haben unterschiedliche Anwendungen: Solarthermie wird hauptsächlich für die Bereitstellung von Wärmeenergie in Form von heißem Wasser oder Raumheizung verwendet, während Photovoltaik für die Erzeugung von elektrischer Energie verwendet wird.

Solarthermische Systeme benötigen in der Regel größere Flächen für Kollektoren im Vergleich zu Photovoltaikanlagen, die eine höhere Leistungsdichte haben.

Die Wirkungsgrade von solarthermischen Systemen und Photovoltaikanlagen können je nach Standort, Ausrichtung und anderen Faktoren variieren.

Insgesamt ergänzen sich Solarthermie und Photovoltaik oft, da sie beide Sonnenenergie nutzen, um Energie zu erzeugen, jedoch für unterschiedliche Zwecke.

Vorteile durch Heizen mit Photovoltaik

  • spart Energiekosten durch geringeren Bedarf aus dem konventionellen und immer teurer werdenden Stromnetz.
  • verbessert die Klimabilanz durch selbst erzeugten Solarstrom.
  • sorgt für eine optimale Nutzung und Speicherung von Solarenergie.
  • spart fossile Brennstoffe wie Gas und Öl.
  • reduziert durch höheren Eigenverbrauch das unwirtschaftliche Einspeisen des Überschusses ins Stromnetz.
  • verzichtet auf zusätzliche Rohrleitungen, Pumpen, usw.
  • ist geräuschlos.
  • ist platzsparend – kein Heiz- und Brennstofflagerraum notwendig.
  • ist auch für Sanierungen einfach verwendbar (z.B. keine Stemmarbeiten beim Estrich notwendig).
  • ist selbstverständlich auch in wassergeführten Heizungssystemen möglich.
  • schont Ihre bestehende Heizung und verlängert ihre Lebensdauer.

Ist das Erzeugen von Heizungswärme mit Photovoltaikstrom wirtschaftlich?

Wir sind seit langem enormen Preissteigerungen von Gas und Öl ausgesetzt. Gleichzeitig sinken die Kosten für Solarstrom und Photovoltaik. Die Anlagen werden immer effizienter. So gesehen ist die Erzeugung von Raumwärme mit Photovoltaik langfristig wirtschaftlicher als der Betrieb einer Gas- oder Ölheizung. Grundsätzlich zählt jede Kilowattstunde, die mit Solarstrom statt mit Netzstrom betrieben wird. Dadurch werden Umwelt und Klima geschont und die Heizkosten gesenkt.

Folgende Fragen sollten Sie sich stellen:

Wie hoch ist aktuell Ihre Vergütung fürs Einspeisen von Solarstrom?

  • Wie teuer wäre die Raumwärme, wenn Sie diese auf andere Weise produzieren müssten?
  • In welchem Fall gewinnen Sie mehr: Wenn Sie den Strom einspeisen oder selbst nutzen?

Lösungsmöglichkeiten für Photovoltaikwärme

  1. Die Photovoltaikmodule am Dach werden ausschließlich für Warmwasser genutzt.
  2. Die Photovoltaikmodule am Dach werden netzgekoppelt mit Wechselrichter aufgebaut.
  3. Photovoltaikerträge können für Strom und Warmwasser genutzt werden. Das Heizsystem ist getrennt vom Warmwasser.
  4. Die Photovoltaikmodule am Dach werden netzgekoppelt mit Wechselrichter aufgebaut.
  5. Photovoltaikerträge können für Strom, Warmwasser und Raumwärme genutzt werden. Im Neubau empfohlen.

Vorteile der Photovoltaikwärme für das Einfamilienhaus

Wenn Einfamilienhäuser Photovoltaikwärmesysteme verbauen, ergeben sich gegenüber Systemen mit zentraler Wärmeerzeugung – wie Fernwärme, Wärmepumpen oder einer Gas-Zentralheizung – folgende Vorteile:

  • Der Installationsaufwand wird durch “Kabel statt Rohre” minimiert.
  • Die Installationen sind wartungsarm.
  • Es ist kein zentraler, großer „Heizraum“ notwendig. Es ist lediglich eine kleiner Wandbereich für die Steuerungen erforderlich.
  • Es kommt zu keinen thermischen Verlusten durch Verteilungs- und Zirkulationsleitungen.
  • Die Solarenergie wird direkt dort in Wärme umgewandelt, wo sie benötigt wird.
  • Entlastung der Stromnetze durch hohen Eigenverbrauch

Vorteile bei Warmwasser mit Photovoltaik

Photovoltaikanlagen sind weniger kompliziert und wartungsärmer als Solarthermieanlagen. Anders als solarthermische Anlagen hat die Photovoltaik keinen Wärmeflüssigkeitskreislauf. Stromkabel transportieren hier die Energie vom Solarmodul zum Warmwasserspeicher. Dazu benötigen PV-Anlagenbesitzer weder Rohre noch Pumpen. Sie müssen sich also auch keine Gedanken um Frostschutzmittel und Wartungskosten machen.

Vorteile kurz im Überblick:

  • ist einfacher und billiger als thermische Solarsysteme
  • es kommt zu keinen thermischen Verlusten durch Verteilungs- und Zirkulationsleitungen.
  • Ihr Eigenverbrauch steigt deutlich.
  • Die Solarenergie wird erst dort in Wärme umgewandelt, wo diese benötigt wird.
  • Der Installationsaufwand wird durch “Kabel statt Rohre” minimiert.
  • Die Installationen sind einfach und dadurch sehr wartungsarm.
  • Es bedarf keiner thermischen Desinfektion von Leitungen im Sommer wie im Winter.
  • Es sind keine Behördengänge erforderlich, wenn Sie sich für eine Insellösung z.B.ELWA entscheiden, die keinen Strom ins Netz einspeist.
  • Sie schonen Ihre Heizung und verlängern so ihre Lebensdauer, weil Sie diese im Sommer komplett ausschalten können.
  • Sie agieren klimaschonend und unabhängig, weil Sie sich selbst mit sauberer Sonnenenergie versorgen.
  • Höhere Unabhängigkeit von steigenden Energiekosten.

PV-Strom für Warmwasser technisch umsetzen

Mittels Heizstäben wird überschüssiger Solarstrom aus der Photovoltaikanlage für die Erwärmung von Warmwasserspeichern genutzt. Ein Heizstab ist ein elektrisch betriebenes Heizelement, das in einem Warmwasser- oder Pufferspeicher eingebaut ist und dort das Wasser elektrisch aufheizt. So simpel wie es klingt, ist es auch. Zudem sind die Energieverluste eines Warmwasserspeichers gering.

Es geht sogar noch besser: Es gibt Steuerungselemente, die den erzeugten Strom einer PV-Anlage intelligent steuern, indem sie die Wärmeabgabe der Heizstäbe ganz präzise dosieren, wenn überschüssiger Photovoltaikstrom verfügbar ist.

Häufig gestellte Fragen und Antworten zu Photovoltaik:

Wieviel kWp benötigt ein Einfamilienhaus?

Um den Stromverbrauch einer 4- bis 5-köpfigen Familie zwischen 4.000 und 6.000 kWh pro Jahr zu decken, ist eine PV-Leistung zwischen 5-7 kWp erforderlich. Für diesen Leistungsbereich benötigen Sie eine Dachfläche von 30 bis 60 Quadratmeter .

Werden PV-Anlagen in 2024 gefördert?

Für den ins Netz eingespeisten Solarstrom bekommen Solaranlagenbetreiber eine Einspeisevergütung. Ab Februar 2024 beträgt die Einspeisevergütung für Anlagen bis 10 kW Leistung 8,11 Cent pro kWh.

Sind PV-Anlagen in 2024 steuerfrei?

Auf private Solaranlagen mit einer Leistung von bis zu 30 kWp, deren Abnahme ab dem 1. Januar 2023 erfolgte sind, entfällt die Mehrwertsteuer. Voraussetzung ist, dass man bei der Anmeldung beim Finanzamt die Kleinunternehmerregelung wählt.

Kann man eine Photovoltaikanlage privat steuerlich absetzen?

Durch die Sonderabschreibung für eine PV Anlage ist es möglich, 20% des Anschaffungspreises der Photovoltaik Anlage in den ersten 5 Jahren abzusetzen. Dabei können Sie diese 20% beliebig auf die 5 Jahre aufteilen, wenn Sie Ihre PV Anlage steuerlich absetzen.

Sind Balkonkraftwerke 2024 steuerfrei?

Seit dem 1.Januar 2023 sind Balkonkraftwerke von der Umsatzsteuer befreit. Es gilt ein Mehrwertsteuersatz von null statt der üblichen 19 Prozent.