Photovoltaik findet vielfältige Anwendungsbereiche, darunter in zahlreichen Alltagsgeräten wie Taschenrechnern, Uhren, Solarleuchten oder Parkscheinautomaten. Diese Geräte benötigen nur eine geringe Menge an Strom, die mithilfe weniger Solarzellen erzeugt werden kann. Bereits seit den Anfängen der technischen Nutzung der Photovoltaik, als die Zellen noch nicht so leistungsfähig waren wie heute, kommen solche Anwendungen zum Einsatz. Inzwischen sind auch viele Kühlboxen, Boote, Wohnmobile und elektrische Gartengeräte mit Solarzellen ausgestattet. Dennoch liegt das Hauptanwendungsgebiet der Photovoltaik heutzutage in leistungsstarken netzgekoppelten Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) auf Privathäusern, Gewerbegebäuden und öffentlichen Einrichtungen. Hinzu kommen große Solarparks, die Strom für zahlreiche Haushalte und die Industrie erzeugen. Im privaten Bereich werden vor allem PV-Anlagen auf Hausdächern installiert. Diese bestehen üblicherweise aus zehn oder mehr Solarmodulen, aber es ist auch möglich, einzelne Module auf Balkonen oder Terrassen zu nutzen. Die gesteigerte Effizienz der Solarzellen macht die Photovoltaik auch im kleinen Maßstab immer attraktiver. Kleinstanlagen, wie beispielsweise Balkonkraftwerke, können zwar den gesamten Strombedarf nicht decken, tragen jedoch dazu bei, die Stromkosten zu senken und die CO2-Emissionen zu reduzieren. Eine Alternative zur Photovoltaik ist die Solarthermie, bei der Sonnenenergie in Wärme umgewandelt wird, die zum Heizen oder für die Warmwasserbereitung genutzt werden kann. Allerdings konkurriert die Solarthermie in Bezug auf die Dachfläche mit der Photovoltaik, und es stellt sich die Frage, ob Solarkollektoren oder PV-Module installiert werden sollten. Für die Photovoltaik spricht ihre Vielseitigkeit, da der erzeugte Strom auch für Heizzwecke (z. B. mit einer Wärmepumpe), zur Warmwasserbereitung (z. B. über einen Heizstab) und nicht zuletzt für die Elektromobilität genutzt werden kann (Sektorenkopplung).

Die Solarthermie nutzt Sonneneinstrahlung und wandelt sie durch Kollektoren in verwertbare Wärme um. Diese Wärme wird typischerweise über Wärmetauscher für Heizungs- und Warmwasseranwendungen genutzt. Im Gegensatz dazu erfolgt bei der Photovoltaik die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom durch Solarzellen, die zu Solarmodulen verbaut werden.

Photovoltaik bezeichnet die direkte Umwandlung der Sonnenlichtenergie in Strom durch Solarmodule, die aus einzelnen Solarzellen bestehen. Der Begriff setzt sich aus "Photon" (griechisch für Licht) und "Volta" (nach Alessandro Volta, dem italienischen Erfinder, nach dem die Einheit der elektrischen Spannung, "Volt", benannt ist) zusammen.

Eine Solarzelle besteht in der Regel aus einer dünnen Scheibe, typischerweise etwa 15 x 15 Zentimeter groß, die hauptsächlich aus Silizium oder einem anderen Material gefertigt ist. An der Vorder- und Rückseite sind Kontaktbänder angebracht, um den Strom, der durch das Sonnenlicht in der Zelle erzeugt wird, abzuleiten. Das Silizium für die Solarzellen wird aus Quarzsand gewonnen. Andere Arten von kristallinen und Dünnschichtsolarzellen sind weit weniger verbreitet und haben zusammen einen Marktanteil von weniger als 10 Prozent.

Die Installationsdauer einer Photovoltaikanlage variiert je nach Leistung und den baulichen Gegebenheiten. Für Anlagen mit einer Leistung bis zu 10 kWp dauert die Installation in der Regel zwischen einem und drei Werktagen.

Photovoltaikanlagen lassen sich problemlos auf Flachdächern installieren. Dabei werden die Module mithilfe eines Montagesystems in einem geneigten Winkel angebracht, um eine optimale Ausrichtung nach Süden und eine günstige Neigung zu gewährleisten. Durch diese Schrägstellung der Module wird nicht nur die Reinigung erleichtert, sondern auch eine ausreichende Belüftung gewährleistet. Es ist wichtig, einen ausreichenden Abstand zwischen den Modulen zu halten, um Verschattung und damit Ertragsverluste zu vermeiden. Für die gleiche Leistung benötigt eine Flachdachinstallation etwa doppelt so viel Fläche wie eine Installation auf einem geneigten Dach.

Bei einer netzgekoppelten Solarstromanlage wird ein Teil oder die gesamte erzeugte Solarenergie in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Im Gegensatz dazu wird bei einer Inselanlage der erzeugte Strom nicht ins öffentliche Netz eingespeist, sondern ausschließlich für den eigenen Verbrauch genutzt. Inselanlagen sind nicht mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden.

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Aufdach- und Indachmontage. Bei der Aufdachmontage werden die PV-Module oberhalb der bestehenden Dacheindeckung auf Montagegestellen befestigt. Bei Flachdächern werden die Module mithilfe eines Montagesystems in einem geneigten Winkel installiert. Bei der Indachmontage werden die Photovoltaik-Module direkt in die Dachstruktur integriert. Dabei ersetzen Solardachziegel die herkömmlichen Dachziegel und werden auf der Unterseite durch Steckverbindungen zu größeren Einheiten verbunden. Obwohl die Indachmontage aus ästhetischer Sicht attraktiver ist, ist sie aufgrund der speziellen Solarmodule und des aufwendigeren Installationsprozesses teurer.

Wp steht für Watt Peak oder auf Deutsch Wattspitze. Diese Einheit ist in der Photovoltaik gebräuchlich und gibt die maximale Leistung an, die ein Solarmodul unter optimalen Bedingungen erreichen kann, einschließlich voller Sonnenbestrahlung und bestimmter Nebenbedingungen. Da dieser Wert unter genormten Standardbedingungen gemessen wird, ist seine praktische Aussagekraft begrenzt.

Die Menge an erzeugtem Solarstrom hängt vom Standort, der Neigung, der Ausrichtung und den verwendeten Solarmodulen ab. In Deutschland erzeugt eine Photovoltaikanlage im Durchschnitt etwa 1.000 Kilowattstunden Strom pro installiertem Kilowatt Peak (kWp), wobei der Stromertrag in Süddeutschland oft etwas höher ausfällt als in Norddeutschland.

Photovoltaik-Module nutzen nicht nur das direkte Sonnenlicht bei klarem Himmel, sondern auch die diffuse Strahlung, die durch Wolken oder Nebel hindurchtritt. Je heller es ist, desto mehr Leistung erbringen die Module – unabhängig davon, ob die Sonne direkt sichtbar ist oder nicht. In Deutschland macht der diffuse Anteil etwa die Hälfte der Gesamteinstrahlung aus.

Die Zuverlässigkeit der Photovoltaiktechnologie wurde über viele Jahre und in zahlreichen Anwendungen unter Beweis gestellt. Bereits seit den 1960er Jahren wird Photovoltaik in der Raumfahrt eingesetzt und hat sich dort bewährt. Seit den 1990er Jahren wurden in Deutschland viele tausend kleine und große Anlagen installiert. Aktuell geht man von einer Lebensdauer von etwa 30 Jahren aus, wobei die Leistung der Module jährlich um 0,3 bis 0,5 Prozent abnimmt. Sollte die Anlage einmal nicht mehr funktionsfähig sein oder wirtschaftlich betrieben werden können, können das Deckglas, der Metallrahmen und teilweise auch die Solarzellen recycelt werden.

Eine Photovoltaikanlage setzt sich aus verschiedenen Komponenten zusammen, die individuell aufeinander abgestimmt und an die baulichen Gegebenheiten des Hauses angepasst werden: Solarmodule, die Sonnenenergie in Gleichstrom umwandeln. Wechselrichter, die den erzeugten Gleichstrom in netzkompatiblen Wechselstrom umwandeln. Einspeisezähler, der den in das Stromnetz eingespeisten Strom misst. Verkabelung und Montagegestell, auf dem die Solarmodule installiert sind. Stromspeicher (optional), der den erzeugten Solarstrom zwischenspeichert.

Vor der Beauftragung des Installateurs ist es wichtig, die Frage des Netzanschlusses zu klären, da der Netzbetreiber insbesondere bei größeren Anlagen zusätzliche Anforderungen stellen kann. Bei privaten Anlagen auf Ein- oder Mehrfamilienhäusern sind in der Regel keine besonderen Genehmigungen erforderlich. Allerdings sollten gegebenenfalls Aspekte des Denkmalschutzes berücksichtigt werden. Eine Baugenehmigung ist nur selten erforderlich. Es ist ratsam, frühzeitig bei der Gemeinde oder im Ortsamt nachzufragen.

Für eine vierköpfige Familie beträgt der jährliche Stromverbrauch in der Regel zwischen 3.500 und 4.500 kWh, sofern keine elektrische Heizung oder Warmwasserbereitung verwendet wird. Zur Erzeugung dieser Strommenge werden etwa 30 bis 40 Quadratmeter Modulfläche benötigt, abhängig vom Zelltyp. Dies entspricht ungefähr einer Anlagenleistung von 5 kWp. Falls die Dachfläche eine größere Leistung zulässt, kann diese nach Kundenwunsch genutzt werden. Allerdings rentieren sich in der Regel überdimensionierte Anlagen nicht.

Ja, allerdings wurden die bundesweiten Förderprogramme in letzter Zeit mehrmals grundlegend und kurzfristig überarbeitet. Daher ist es ratsam, den aktuellen Stand der Dinge bei den zuständigen Stellen, wie der Förderbank KfW und dem Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA), zu erfragen. Zusätzlich bieten einige Gemeinden regionale Förderungen an. Auch hier empfiehlt sich eine aktuelle Anfrage im Bürgerbüro oder im Ortsamt.

Ja, eine Ausrichtung nach Osten und Westen kann sogar sinnvoller sein, da der erzeugte Strom oft dann verbraucht wird, wenn die Bewohner zuhause sind. Morgens steht die Sonne im Osten und abends im Westen, was eine Ost-West-Ausrichtung besonders attraktiv für Berufstätige macht.