Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage? Von der Solarzelle bis zum Zähler

Ein sonniger Mittag im Frühling: Die Waschmaschine läuft, der Kühlschrank brummt, im Homeoffice hängt der Laptop am Netz. Gleichzeitig zeigt die App auf dem Handy, dass das Haus gerade keinen Strom aus dem Netz zieht, sondern sogar welchen abgibt. Was auf dem Dach dafür passiert, ist erstaunlich unspektakulär: keine beweglichen Teile, kein Brennstoff, kein Geräusch. Und doch steckt eine ganze Kette von Technik dahinter, von der einzelnen Solarzelle bis zum Zähler im Keller.

Dieser Ratgeber erklärt Schritt für Schritt, wie eine Photovoltaikanlage funktioniert: was in der Solarzelle passiert, wie aus Zellen ein Modul und aus Modulen eine Anlage wird, welche Aufgabe der Wechselrichter hat, wohin der Strom fließt und wie viel eine Anlage in Deutschland realistisch erzeugt. Die Zahlen stammen aus den „Aktuellen Fakten zur Photovoltaik in Deutschland“ des Fraunhofer ISE (Fassung vom 20.08.2026), den physikalischen Grundlagen aus Lehrunterlagen der Universität Duisburg-Essen und den Herstellerdatenblättern der Module, die wir führen.

Du planst eine komplette Anlage? Beim Kauf eines unserer PV-Komplettpakete ist die Planung inklusive – mit Kabelwegen und Stringplanung (so läuft die Planung ab). Fragen vorab? Dann kostenlos beraten lassen.

Was ist Photovoltaik?

Photovoltaik, kurz PV, bezeichnet die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom. Der Name setzt sich aus dem griechischen Wort für Licht und der Einheit Volt zusammen. Anders als ein Kraftwerk braucht eine PV-Anlage keine Turbine und keinen Generator: Der Strom entsteht im Material selbst, sobald Licht darauf fällt.

Nicht zu verwechseln ist Photovoltaik mit Solarthermie. Solarthermische Kollektoren erwärmen mit Sonnenlicht Wasser, etwa fürs Duschen oder die Heizung. Photovoltaik erzeugt dagegen Strom, den du für alle elektrischen Geräte nutzen kannst, auch für eine Wärmepumpe oder ein E-Auto. Den Vergleich beider Techniken findest du im Ratgeber Solarthermie oder Photovoltaik.

Wie gut das funktioniert, zeigt der Wirkungsgrad: Kommerzielle Module mit Siliziumzellen aus neuer Produktion erreichten laut Fraunhofer ISE im Jahr 2025 im Mittel knapp 23 Prozent. Ein Quadratmeter Modulfläche bringt damit eine Nennleistung von rund 230 Watt. Das klingt wenig, aber die Sonne liefert die Energie kostenlos, und der Wirkungsgrad steigt seit Jahren um etwa einen halben Prozentpunkt pro Jahr.

Wie funktioniert eine Solarzelle?

Das Herz jeder Anlage ist die Solarzelle, eine dünne Scheibe aus einem Halbleiter. Fast alle Module am Markt nutzen Silizium; nach Fraunhofer ISE haben Module auf Basis von Siliziumscheiben über 90 Prozent Marktanteil. Halbleiter haben eine besondere Eigenschaft: Ihre Elektronen sitzen fest, solange keine Energie zugeführt wird, lassen sich aber mit vergleichsweise wenig Energie lösen. Bei Silizium beträgt diese sogenannte Bandlücke bei Raumtemperatur rund 1,1 Elektronenvolt.

Damit aus gelösten Elektronen ein nutzbarer Strom wird, braucht die Zelle zwei unterschiedlich behandelte Schichten:

1. Dotierung: Das Silizium wird gezielt mit Fremdatomen versetzt. In einer Schicht entsteht ein Überschuss an beweglichen Elektronen (n-Schicht), in der anderen ein Mangel, also Fehlstellen, die man Löcher nennt (p-Schicht).
2. Grenzschicht: Wo beide Schichten aufeinandertreffen, gleichen sich Ladungen teilweise aus. Zurück bleibt eine Zone mit einem eingebauten elektrischen Feld, der sogenannte p-n-Übergang.
3. Licht trifft auf die Zelle: Ein Lichtteilchen (Photon) mit genug Energie hebt ein Elektron aus seiner Bindung. Es entsteht ein Paar aus freiem Elektron und Loch.
4. Trennung: Das elektrische Feld der Grenzschicht zieht die Elektronen auf die eine Seite und die Löcher auf die andere. So baut sich zwischen Vorder- und Rückseite eine Spannung auf.
5. Stromfluss: Feine Metallkontakte sammeln die Ladungen ein. Ist ein Verbraucher angeschlossen, fließt Strom.

Eine einzelne Siliziumzelle liefert nur eine Spannung von deutlich unter einem Volt. Der Strom, den sie abgibt, ist dagegen ungefähr proportional zur Lichtmenge: doppelt so viel Licht, etwa doppelt so viel Strom. Deshalb arbeitet eine Anlage auch bei bewölktem Himmel, nur eben mit weniger Leistung.

Warum Hitze die Leistung senkt

Für die Solarzelle zählt das Licht, nicht die Wärme. Im Gegenteil: Je heißer die Zelle wird, desto weniger Leistung gibt sie ab. Das Datenblatt des Viessmann-Moduls Vitovolt 300-DG M520HF nennt einen Temperaturkoeffizienten der Leistung von −0,29 Prozent pro Grad. Ist die Zelle an einem heißen Sommertag 20 Grad wärmer als unter Normbedingungen, liefert sie rechnerisch rund 5,8 Prozent weniger. Deshalb sind klare, kühle Frühlingstage oft besonders ertragreich.

Von der Zelle zum Modul und zum String

Weil eine einzelne Zelle zu wenig Spannung liefert, werden viele davon in Reihe geschaltet. Physikalisch gilt: Eine Reihenschaltung erhöht die Spannung, eine Parallelschaltung den Strom. Ein modernes Modul enthält deshalb über hundert Zellen. Das Viessmann Vitovolt 300-DG M520HF zum Beispiel besteht laut Datenblatt aus 108 halbierten Zellen (Half-Cut) in TOPCon-Technik, eingebettet zwischen zwei Scheiben Sicherheitsglas. Es misst 1.977 × 1.134 Millimeter, wiegt 27 Kilogramm, leistet 520 Watt und hat einen Modulwirkungsgrad von 23,2 Prozent.

Auf dem Dach werden wiederum mehrere Module zu einem Strang verbunden, dem String. Auch hier addieren sich bei der Reihenschaltung die Spannungen, sodass am Wechselrichter mehrere hundert Volt Gleichspannung anliegen können. Das hat einen praktischen Vorteil, weil höhere Spannung bei gleicher Leistung geringere Ströme und damit dünnere Kabel erlaubt. Es hat aber auch eine Kehrseite: Module erzeugen Spannung, sobald Licht auf sie fällt, und lassen sich nicht einfach ausschalten. Arbeiten an der Gleichstromseite gehören deshalb in fachkundige Hände. Wie Module verschaltet werden, erklärt der Ratgeber Solarmodule in Reihe oder parallel schalten.

Die Reihenschaltung erklärt auch, warum Schatten so stark wirkt. Nach Fraunhofer ISE können verschattete oder stark verschmutzte Teilflächen wegen der Serienverbindung der Zellen deutlich größere Ertragseinbußen verursachen, als ihrem Flächenanteil entspricht. Was dagegen hilft, steht im Ratgeber Photovoltaik bei Verschattung.

Aufbau einer Photovoltaikanlage: die Komponenten

Eine typische Anlage auf dem Einfamilienhaus besteht aus wenigen Bausteinen. Die folgende Übersicht zeigt, was jedes Teil tut.

Komponente	Aufgabe
Solarmodule	wandeln Licht in Gleichstrom um
Unterkonstruktion	verbindet die Module sicher mit dem Dach
Solarkabel und Steckverbinder	führen den Gleichstrom vom Dach zum Wechselrichter
Wechselrichter	wandelt Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom, sucht den besten Arbeitspunkt der Module und überwacht das Netz
Stromspeicher (optional)	speichert Überschüsse für den Abend und die Nacht
Zählerschrank und Zähler	verbinden die Anlage mit dem Hausnetz und erfassen Bezug und Einspeisung getrennt
Monitoring	zeigt Erzeugung, Verbrauch und Speicherstand, meist per App

Zu Kabeln und Steckern gibt es eigene Ratgeber: Solarkabel-Querschnitt und MC4-Stecker. Wie du die Anlage im Blick behältst, zeigt der Ratgeber PV-Monitoring.

Was macht der Wechselrichter?

Der Wechselrichter ist die Schaltzentrale der Anlage und hat drei Aufgaben.

Umwandeln: Solarzellen erzeugen Gleichstrom. Im Haus und im öffentlichen Netz fließt aber Wechselstrom mit 50 Hertz. Der Wechselrichter wandelt den einen in den anderen um, laut Fraunhofer ISE mit einem Wirkungsgrad von rund 98 Prozent bei neuen Geräten. Die meisten kleinen Anlagen nutzen einen zentralen Wechselrichter, seltener sitzt an jedem Modul ein eigener kleiner Wechselrichter. Was besser passt, vergleicht der Ratgeber Mikrowechselrichter vs. Stringwechselrichter.

Den besten Arbeitspunkt finden: Eine Solarzelle gibt ihre höchste Leistung nur bei einer bestimmten Kombination aus Spannung und Strom ab, und dieser Punkt wandert mit Licht und Temperatur. Der Wechselrichter sucht ihn laufend. Diese Funktion heißt MPP-Tracking, mehr dazu im Ratgeber MPP-Tracker einfach erklärt.

Das Netz überwachen: Bei Hausanlagen ist im Wechselrichter in der Regel auch der Netz- und Anlagenschutz eingebaut. Er überwacht Spannung und Frequenz und trennt die Anlage vom Netz, wenn diese aus dem zulässigen Bereich laufen.

Ein Hybrid-Wechselrichter kann zusätzlich einen Batteriespeicher direkt auf der Gleichstromseite laden und entladen. Den Unterschied zu anderen Bauarten erklären die Ratgeber Hybrid-Wechselrichter und AC- oder DC-Speicher.

Wohin fließt der Solarstrom?

Der Strom vom Dach nimmt im Haus immer den Weg zu den Verbrauchern, die gerade Leistung brauchen. Erst was übrig bleibt, wird gespeichert oder ins Netz eingespeist. Die Reihenfolge ist also:

1. Direktverbrauch: Geräte, die gerade laufen, werden zuerst versorgt. Jede so genutzte Kilowattstunde musst du nicht aus dem Netz kaufen.
2. Speicher: Ist ein Batteriespeicher vorhanden, lädt er mit dem Überschuss. Abends und nachts gibt er den Strom wieder ab. Beim Ein- und Ausspeichern gehen laut Fraunhofer ISE bei Lithium-Ionen-Batterien 5 bis 10 Prozent der eingespeicherten Strommenge verloren, dazu kommen Verluste im Batteriemanagement.
3. Einspeisung: Was dann noch übrig ist, fließt ins öffentliche Netz. Für Anlagen bis 10 kWp mit Teileinspeisung, die zwischen dem 1. August 2026 und dem 31. Januar 2027 in Betrieb gehen, beträgt die Einspeisevergütung 7,70 Cent pro Kilowattstunde, garantiert für 20 Jahre.

Reicht der Solarstrom nicht, etwa nachts bei leerem Speicher, bezieht das Haus wie gewohnt Strom aus dem Netz. Ein Zweirichtungszähler erfasst Bezug und Einspeisung getrennt. Weil selbst verbrauchter Strom deutlich mehr wert ist als eingespeister, lohnt es sich, den Eigenverbrauch zu erhöhen; wie das geht, zeigt der Ratgeber Eigenverbrauch erhöhen. Die aktuellen Vergütungssätze stehen im Ratgeber Einspeisevergütung 2026. Für Anlagen, die ab 2027 in Betrieb gehen, plant der Gesetzgeber Änderungen; Stand Oktober 2026 ist das noch ein Entwurf, Details im Ratgeber EEG 2027.

Ein Tag mit der Anlage

Am frühen Morgen liefert die Anlage noch wenig, der Speicher deckt den Kaffee und das Frühstück. Mit steigender Sonne übernimmt das Dach die Grundlast des Hauses, und der Speicher beginnt sich zu füllen. Gegen Mittag erzeugt die Anlage meist mehr, als das Haus braucht: Jetzt ist die beste Zeit für Waschmaschine, Spülmaschine oder das Laden des E-Autos. Ist der Speicher voll, fließt der Rest ins Netz. Am Abend sinkt die Erzeugung, der Speicher übernimmt, bis er leer ist. In der Nacht kommt der Strom wieder aus dem Netz.

Wie viel Strom erzeugt eine Photovoltaikanlage?

Die Leistung einer Anlage wird in Kilowatt-Peak (kWp) angegeben. Das ist die Gleichstromleistung des Modulfelds unter genormten Testbedingungen: 1.000 Watt Einstrahlung pro Quadratmeter, senkrechter Lichteinfall und 25 Grad Modultemperatur. Diese Bedingungen herrschen in der Praxis selten. Laut Fraunhofer ISE bleibt die tatsächliche Erzeugungsleistung die meiste Zeit unter 70 Prozent der Nennleistung.

Entscheidend ist deshalb der Jahresertrag pro kWp. Fraunhofer ISE nennt für Dachanlagen in Deutschland im Mittel rund 920 kWh pro kWp und Jahr. Für eine neue, flach nach Süden ausgerichtete Anlage unter günstigen Bedingungen und ohne Abregelung sind es rund 1.080 kWh pro kWp. Eine 10-kWp-Anlage auf einem durchschnittlichen Dach erzeugt also grob 9.200 kWh im Jahr.

Wovon der Ertrag abhängt:

• Standort: Die mittlere Globalstrahlung in Deutschland lag in den Jahren 2001 bis 2020 bei 1.102 kWh pro Quadratmeter und Jahr und schwankt je nach Region um etwa ±10 Prozent.
• Ausrichtung und Neigung: Süden bringt den höchsten Ertrag, Ost-West verteilt ihn gleichmäßiger über den Tag. Mehr im Ratgeber Photovoltaik Ausrichtung und Neigung.
• Verluste im Betrieb: Wärme, Verschattung, Verschmutzung, Kabel und Wechselrichter kosten Ertrag. Fraunhofer ISE fasst diese Verluste in der Performance Ratio zusammen; neu installierte Anlagen erreichen 80 bis 90 Prozent.

Bezogen auf die eingestrahlte Sonnenenergie arbeiten neue Anlagen damit im Betrieb mit einem Wirkungsgrad von rund 18 bis 19 Prozent. Wie du den Ertrag für dein Dach abschätzt, zeigt der Ratgeber Photovoltaik-Ertrag.

Funktioniert Photovoltaik auch bei Wolken und im Winter?

Ja, aber mit weniger Leistung. Weil der Strom der Zelle mit der Lichtmenge steigt und fällt, liefert die Anlage bei bedecktem Himmel nur einen Bruchteil ihrer Sommerleistung. Ganz aus ist sie nur in der Nacht oder unter einer geschlossenen Schneedecke. Im Winter kommen kurze Tage und ein flacher Sonnenstand dazu. Kalte Temperaturen sind für die Zellen dagegen eher günstig. Was du im Winter erwarten kannst und wie du mit Schnee umgehst, erklärt der Ratgeber Photovoltaik im Winter.

Wie lange hält eine Photovoltaikanlage?

Solarmodule altern sehr langsam. Eine Studie des Fraunhofer ISE an 44 qualitätsgeprüften Dachanlagen in Deutschland ergab eine durchschnittliche Abnahme der Nennleistung von etwa 0,15 Prozent pro Jahr. Hersteller garantieren üblicherweise, dass Module über 25 bis 30 Jahre höchstens 10 bis 15 Prozent Leistung verlieren. Für das Vitovolt 300-DG M520HF gibt Viessmann laut Datenblatt eine Produktgarantie von 25 Jahren und eine lineare Leistungsgarantie von mindestens 87,4 Prozent nach 30 Jahren.

Auch energetisch rechnet sich eine Anlage schnell: Nach Berechnungen des Fraunhofer ISE hat eine Anlage mit marktüblichen monokristallinen Modulen in Deutschland die für ihre Herstellung eingesetzte Energie nach weniger als 1,3 Jahren wieder erzeugt. Wie lange die übrigen Komponenten halten, beantworten die Ratgeber Photovoltaik-Lebensdauer und Wechselrichter-Lebensdauer.

Was brauchst du für eine eigene Anlage?

Der Weg zur eigenen Anlage führt über vier Fragen: Wie groß soll sie sein, welche Komponenten passen zusammen, wer montiert und schließt an, und wie wird sie angemeldet? Die Größe hängt vom Dach und vom Verbrauch ab, der Ratgeber PV-Anlage Größe berechnen hilft beim Abschätzen. Den Ablauf von der Idee bis zum Betrieb beschreibt der Ratgeber PV-Anlage planen, die Anmeldung der Ratgeber PV-Anlage anmelden.

Am einfachsten ist ein aufeinander abgestimmtes Set. Unsere PV-Komplettpakete gibt es ohne Speicher ab 1.879 Euro (5,52 kWp mit Viessmann-Modulen und Sungrow-Hybrid-Wechselrichter) und mit Speicher ab 4.799 Euro (4,7 kWp mit RCT-Power-Speicher), jeweils mit 0 % Mehrwertsteuer, Stand 10/2026, Änderungen vorbehalten. Montagematerial ist in den Paketen nicht enthalten. Beim Kauf eines Komplettpakets ist die Planung inklusive. Einzelne Module findest du unter Solarmodule, das Viessmann Vitovolt 300-DG zum Beispiel ab 99 Euro.

Wer baut das ein? Wir sind ein Online-Fachhandel: Wir liefern die Hardware, montieren aber nicht selbst. Die Montage auf dem Dach kann ein versierter Heimwerker übernehmen. Netzanschluss und Inbetriebnahme gehören in jedem Fall in die Hand einer Elektrofachkraft. Wenn du dein Projekt lieber ganz abgeben möchtest, melde dich: Wir helfen dir gerne, einen passenden Montagebetrieb in deiner Region zu finden. Fragen zur Auswahl beantwortet unsere kostenlose Beratung.

Häufige Fragen

Wie funktioniert eine Photovoltaikanlage einfach erklärt?

Solarzellen auf dem Dach wandeln Licht in Gleichstrom um. Ein Wechselrichter macht daraus Wechselstrom für das Hausnetz. Was das Haus nicht sofort braucht, lädt einen Speicher oder fließt gegen Vergütung ins öffentliche Netz.

Wie funktioniert eine Solarzelle?

Sie besteht aus zwei unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten. Licht löst Elektronen aus ihrer Bindung, das elektrische Feld an der Grenzschicht trennt sie von den entstandenen Löchern, und über Metallkontakte fließt ein Strom.

Was ist der Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie?

Photovoltaik erzeugt Strom, Solarthermie erzeugt Wärme für Warmwasser oder Heizung. Beide nutzen Sonnenlicht, aber mit völlig unterschiedlicher Technik.

Wie viel Strom erzeugt 1 kWp im Jahr?

Laut Fraunhofer ISE erzielen Dachanlagen in Deutschland im Mittel rund 920 kWh pro kWp und Jahr. Unter günstigen Bedingungen mit Südausrichtung sind es rund 1.080 kWh.

Funktioniert eine PV-Anlage bei Stromausfall?

Eine normale netzgekoppelte Anlage schaltet sich bei einem Netzausfall ab. Für Strom bei Netzausfall braucht es eine Notstrom- oder Ersatzstromlösung, die dafür ausgelegt ist. Mehr dazu im Ratgeber Notstrom mit Photovoltaik.

Braucht eine PV-Anlage einen Speicher?

Nein, sie funktioniert auch ohne. Ein Speicher erhöht aber den Anteil des Solarstroms, den du selbst nutzt, weil er Überschüsse vom Mittag in den Abend verschiebt. Ob sich das rechnet, zeigt der Ratgeber Lohnt sich ein Stromspeicher.

Wie lange hält eine Photovoltaikanlage?

Die Module altern sehr langsam, im Mittel um etwa 0,15 Prozent Leistung pro Jahr laut einer Fraunhofer-Studie. Hersteller garantieren meist höchstens 10 bis 15 Prozent Leistungsverlust über 25 bis 30 Jahre. Für Wechselrichter und Speicher gelten eigene Lebensdauern und Garantien.

Stand Oktober 2026. Zahlen nach Fraunhofer ISE, „Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland“ (Fassung vom 20.08.2026); physikalische Grundlagen nach der Versuchsanleitung „Kennlinien einer Solarzelle“ der Universität Duisburg-Essen (20.02.2025); Moduldaten nach Viessmann-Datenblatt Vitovolt 300-DG M520HF (6030829, 07/2026); Einspeisevergütung für Inbetriebnahmen vom 01.08.2026 bis 31.01.2027. Preise Stand 10/2026 mit 0 % Mehrwertsteuer für Photovoltaik, Änderungen vorbehalten. Keine Rechts- oder Steuerberatung.