Solarmodule - Funktionsweise und Arten
PV-Module zählen zu den wichtigsten Bestandteilen einer Photovoltaikanlage. Mithilfe einzelner Solarzellen wandeln sie Sonnenenergie in elektrischen Strom um. Erfahren Sie mehr über den Aufbau, die Funktionsweise und verschiedene Modelltypen.
Wie ist ein PV-Module aufgebaut?
Das PV-Modul, auch Photovoltaikmodul oder Solarpaneel genannt, ist der wichtigste Bestandteil einer Photovoltaikanlage. Sie bestehen aus einer Schichtfolge von einer Glasfront, einer Einbettungsfolie aus Ethylen-Vinylacetat, Solarzellen, einer weiteren EVA-Folie und einer Rückseitenfolie montiert in einem Rahmen, der die Komponenten schützt und Stabilität bietet. Um eine hohe Stromausbeute zu gewährleisten, werden je nach Modell 32 bis 60 Zellen miteinander verlötet und so zu einem PV-Modul zusammengefasst. Sie wandeln das auftreffende Sonnenlicht direkt in Strom um.
Wie funktionieren PV-Module?
Damit die Energie der Sonne im Solarmodul in Strom umgewandelt werden kann, muss ein physikalischer Ladungstausch stattfinden. Vereinfacht erklärt bedeutet das: Treffen die Sonnenstrahlen auf die im Solarmodul befindlichen Solarzellen, wird Energie freigesetzt. Die angeschlossene Solarzelle wandelt die Energie in Strom um und leitet sie weiter.
Welche PV-Modul-Typen gibt es?
Dünnschichtmodule
Dünnschichtmodule sind umweltfreundlich und einfach herzustellen, da der Halbleiter direkt auf den Träger aufgedampft wird. Sie sind weniger anfällig für Verschattungen und Temperaturschwankungen, können farblich angepasst werden und sind besonders flexibel bei Kunststoffträgern. Durch einen geringeren Wirkungsgrad von 10 bis 13 Prozent sind sie kostengünstig.
Polykristalline Module
Die meisten PV-Module nutzen Silizium zur Stromerzeugung. Bei polykristallinen PV-Modulen werden mehrere kleine Siliziumkristalle in einer Solarzelle genutzt. Ihr Wirkungsgrad ist mit etwa 15 bis 20 Prozent höher als der von günstigen Dünnschichtmodulen, aber geringer als der von monokristallinen Modulen.
Monokristalline Module
Monokristalline PV-Module sind die teuerste Variante. Sie besitzen mit bis zu 22 Prozent auch den höchsten Wirkungsgrad. Die Oberfläche ist dunkelblau bis schwarz und es ist keine Kristallstruktur zu erkennen. Da die Module aus einem sogenannten Einkristall aus Silizium gefertigt werden, sind sie besonders hochwertig.
Sonderform PV-Dachziegel
PV-Dachziegel sind innovative Dachmaterialien, welche die Funktionen herkömmlicher Dachziegel mit der Energieerzeugung durch integrierte Photovoltaikzellen verbinden. Sie ermöglichen es, Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umzuwandeln, ohne dass zusätzliche PV-Module auf dem Dach installiert werden müssen. PV-Dachziegel sind eine effiziente und optisch ansprechende Alternative zu traditionellen Solarpanelen.
Montage von PV-Modulen
Aufdachmontage von Solarpanelen
Bei dieser Montageart werden die Module durch ein Schienensystem auf dem Dach befestigt. Sie können entweder flach am Dach anliegen oder aufgeständert werden, um den Neigungswinkel anzupassen.
Indach-Montage von Solarpanelen
Bei der Indach-Variante werden die PV-Module bündig und rahmenlos in das Dach eingelassen. Sie ersetzen dadurch einen Teil der Dacheindeckung. Die nachträgliche Installation einer Indach-PV-Anlage ist sehr aufwendig, weswegen diese Variante eher im Neubau gewählt wird.
Was kosten PV-Module?
Für die PV-Module fallen Kosten von etwa 40 bis 50 Prozent der Gesamtkosten an. In der Regel erhalten Sie Ihre Sonnenstromanlage aber als Gesamtpaket von einem PV-Installateur.
Dünnschichtmodule haben einen niedrigeren Wirkungsgrad pro Flächeneinheit und sind daher meist günstiger. Polykristalline Module weisen einen höheren Wirkungsgrad auf und sind dementsprechend teurer. Monokristalline Paneele gelten als beste Photovoltaikmodule mit der höchsten Leistung pro Flächeneinheit - sie sind daher in der Regel die teuersten.
Der Preis pro Watt hängt allerdings stark von Faktoren wie Produktionskosten, Marktbedingungen und spezifischen Anforderungen des Einsatzortes ab.
* Preise sind Durchschnittswerte und dienen zur Orientierung.
Monokristalline PV-Module mit einer Leistung von ca. 400 Watt kosten aktuell zwischen 150 bis 220 Euro pro kWp. Ausgehend von einer Anlage mit 10 Kilowatt Peak würden somit Modulkosten von etwa 6.000 bis 8.800 Euro anfallen. Hinzu kommen Kosten für die Montage, den Inverter und weitere Komponenten, woraus sich Gesamtkosten von ca. 10.000 bis 15.000 Euro ergeben würden.
Woran erkennt man gute PV-Module?
Wirkungsgrad
Er gibt an, wie viel von der Sonnenenergie tatsächlich in Strom umgewandelt wird. Ein guter Wirkungsgrad liegt bei 19,5 bis 20,5 Prozent. Die besten PV-Module erreichen einen Wirkungsgrad von 21 bis 22,9 Prozent.
Verlust der Leistung über die Zeit
PV-Module verlieren über die Zeit an Leistung. Diese vorhersehbaren Leistungsverluste werden bereits in der Planungsphase von PV-Modulen berücksichtigt, wobei bei kristallinen Modulen von einem jährlichen Leistungsverlust von 0,5 Prozent ausgegangen wird, was über 10 Jahre einem Verlust von 5 Prozent entspricht.
Dünnschichtmodule haben im ersten Jahr nach der Inbetriebnahme einen hohen Verlust von bis zu 25 Prozent, bleiben danach in ihrer Leistung jedoch weitgehend konstant.
Zertifizierung der Solarpaneele
Das Prüfzertifikate IEC 61215 für kristalline Module und IEC 61646 für Dünnschichtmodule sind Qualitätszeichen. Dabei wird getestet, wie sich Photovoltaikmodule unter der künstlichen Belastung von Einflüssen verhalten, die eine Auswirkung auf die Degradation von PV-Modulen haben.
Wichtig: Für die meisten nationalen und internationalen Fördermaßnahmen ist die IEC-Zertifizierung ein zwingendes Kriterium zur Bewilligung.
Antireflexionsschicht
Eine Antireflexionsschicht (AR-Schicht) kann dazu beitragen, die Reflexion der Sonne auf dem PV-Modul zu reduzieren und dadurch den Energieverlust zu minimieren. So treffen möglichst viele Lichtteilchen auf das Solarpanel auf und werden nicht zurückgeworfen.
Die Antireflexschicht besteht dabei aus einem hauchdünnen, entspiegelten Film, der den Verlust an einfallender Solarstrahlung von über 30 auf rund 10 Prozent reduziert. Damit trägt die AR-Beschichtung zu einem verbesserten Wirkungsgrad der Solarzelle bei.
Garantiezeitraum
Solarhersteller bieten oft bis zu zehn Jahre Garantie für Material- und Verarbeitungsfehler und bis zu 40 Jahre für die Leistung ihrer PV-Module an. Da die Module ‒ bedingt durch die Herstellung ‒ Leistungstoleranzen aufweisen, ist es wichtig zu prüfen, welche Leistung für jeweils welchen Zeitraum garantiert wird.
Achten Sie auf das Kleingedruckte! Beim Geltendmachen von Ansprüchen können hier Hindernisse wie unklare Ausschlüsse bei „Nachlässigkeit", kurze Fristen für Mängelanmeldungen, unzumutbare Gerichtsstände oder die Übertragung von Garantieabwicklungskosten auf die Kunden zukommen.
Resistenz gegen Schatten und Schmutz
Dauerhafte oder zeitweise Verschattungen beeinflussen die Modulleistung erheblich. Bei kristallinen Modulen, die oft in Serie geschalten sind, kann beispielsweise die Verschattung einer einzelnen Zelle die Leistung des gesamten Modulstrangs beeinflussen. In solchen Fällen könnten Dünnschichtmodule oder optimierte Systeme mit Leistungsoptimierern oder Mikro-Invertern besser geeignet sein.
Mögliche Lösungen bei Verschattungen und Schmutz:
Resistente PV-Module mit Bypass-Dioden (nur bei vorübergehenden Verschattungen)
Leistungsoptimierer bzw. „PV-Optimierer“
Modul-Inverter oder Mikro-Inverter
Zukünftige Entwicklung: PV-Module mit flexiblen, redundanten Stromwegen
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Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen PV-Modul und Solarzelle?
Bei den PV-Modulen handelt es sich um die meist dunkelblauen bis schwarzen Platten, die auf dem Hausdach oder an der Fassade angebracht werden. Die Solarzellen sind das Kraftwerk einer PV-Anlage, denn hier geschieht die Umwandlung von Sonnenenergie in Strom. Sie bestehen aus Siliziumkristallen und Halbleitern. Mehrere aneinander gereihte Solarzellen bilden ein PV-Modul.
Was bedeutet die Abkürzung kWp bei Photovoltaikanlagen?
Die Abkürzung kWp steht für Kilowatt Peak und beschreibt die optimale Leistung von PV-Modulen während eines Tests im Labor. Da die Bedingungen in einem Labor anders sind als in der Realität, lässt sich aus dem kWp nicht direkt darauf schließen, wie viel Ertrag eine PV-Anlage auf dem Dach erreichen kann.
Was sind Glas-Glas PV-Module?
Glas-Glas-Module sind eine spezielle Art von PV-Modulen. Bei diesen Modulen besteht sowohl die Vorder- als auch die Rückseite aus Glas.
