Ratgeber
Neben Windenergieanlagen bilden Photovoltaik-Systeme das Rückgrat der Energiewende. Auf immer mehr Gebäuden sind die charakteristischen Solarmodule zu finden. Lesen Sie in unserem Ratgeber, wie eine Solarzelle funktioniert und welche Arten es gibt.
Eine einzelne Solarzelle produziert nur wenig Strom. Um eine nennenswerte Leistung zu generieren, ist es daher erforderlich, eine Vielzahl von Zellen zu verwenden. Genau das ist bei einem Solarmodul der Fall:
Es besteht aus mehreren Solarzellen, die auf einen Rahmen montiert und entweder in Reihe oder parallel verschaltet werden. Eine witterungsbeständige Abdeckung aus Glas schützt die Zellen vor äusseren Einflüssen.
Der Vorteil dieser Lösung liegt auf der Hand: Die Installation eines PV-Moduls kann deutlich schneller erfolgen, als wenn alle Zellen mühsam einzeln angeschlossen werden müssten.
Ein Solarmodul ist weit mehr als nur eine Aneinanderreihung einzelner Solarzellen. Zum Schutz vor eindringender Feuchtigkeit befindet sich auf der Rückseite der Zellen eine Kunststofffolie, während die Oberseite mit einer hochtransparenten Folie aus Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA) versehen ist.
Einen Schutz gegen Stösse bietet eine Scheibe aus Sicherheitsglas. Für die nötige Stabilität des Moduls sorgt ein robuster Rahmen aus Aluminium, der zusätzlich mit einem Dichtband versehen ist.
Die Zellen eines Solar-Moduls bestehen in der Regel aus Silizium.
Genauer gesagt besteht eine Solar-Zelle aus jeweils einer negativ und einer positiv dotierten Siliziumschicht.
Dotiert bedeutet, dass eine gezielte Verunreinigung mit Fremdatomen wie Bor oder Phosphor vorliegt.
Den Übergang zwischen den beiden Schichten nennt man Grenzschicht oder p-n-Übergang.
Die unterschiedliche Dotierung der beiden Siliziumschichten hat zur Folge, dass sich die Protonen auf der einen Seite und die Photonen auf der anderen Seite ansammeln.
So entstehen in der Solarzelle ein Plus- und ein Minus-Pol.
Wenn das Solar-Modul dem Sonnenlicht ausgesetzt wird, werden Elektronen im Silizium freigesetzt und der Strom fließt.
1. Sonnenlicht | 2. Negative Elektrode | 3. Negativ dotiertes Silizium | 4. Grenzschicht | 5. Positiv dotiertes Silizium | 6. Positive Elektrode | 7. Verbraucher (Glühlampe)
Polykristalline Module
Polykristalline Module werden aus Silizium gegossen. Dieses Herstellungsverfahren ist preiswert und hat sich seit Langem bewährt. Allerdings haben polykristalline Module einen geringeren Wirkungsgrad gegenüber monokristallinen Modulen. Daraus resultiert ein erhöhter Flächenbedarf, um die gewünschte Leistung zu erreichen.
Monokristalline Photovoltaik-Module
Monokristalline Photovoltaik-Module werden ebenfalls aus Silizium gefertigt. Allerdings werden sie nicht gegossen, sondern aus hochreinen Stäben geschnitten. Sie haben einen höheren Wirkungsgrad und benötigen daher weniger Fläche für eine bestimmte Leistung. Auch dieses Herstellungsverfahren ist seit vielen Jahren bewährt, zudem können monokristalline Photovoltaik-Module in verschiedenen Farben hergestellt werden. Der einzige Nachteil solcher Solar-Module liegt in den höheren Kosten.
Dünnschicht-Module
Dünnschicht-Module werden aus amorphem Silizium gefertigt. Es gibt allerdings auch Zellen, die aus anderen Halbleitermaterialien hergestellt werden. Sie bestehen aus einem Trägermaterial, auf das eine hauchdünne Schicht des Halbleitermaterials aufgedampft wird. So lassen sich besonders dünne Solarmodule erzeugen, die aufgrund der Flexibilität des Trägermaterials bis zu einem gewissen Grad biegsam sind. Dünnschicht-Module lassen sich preiswert produzieren, benötigen nur wenig Rohstoffe und weisen eine hohe Temperaturbeständigkeit auf. Allerdings haben sie nur einen geringen Wirkungsgrad, wodurch sie sich eher für grossflächige Solaranlagen eignen. Hinzu kommt, dass bei amorphen Solarzellen mit einer hohen Anfangsdegradation zu rechnen ist.
Zunächst muss die Fläche der Solaranlage festgelegt werden. Daraus lässt sich die Grösse, die die einzelnen Module aufweisen dürfen, errechnen. Je weniger Platz zur Verfügung steht, desto höher sollte der Wirkungsgrad der Solarmodule sein.
Zudem müssen Sie entscheiden, wie viel Strom die PV-Anlage produzieren soll. In diesem Zusammenhang gilt es beim Kauf auf die Leistung und die Nennspannung der einzelnen Module zu achten.
Wenn die Photovoltaikanlage auf dem Dach installiert werden soll, ist speziell bei älteren Gebäuden vorher die Statik zu berechnen, um eine ausreichende Tragfähigkeit sicherzustellen.
Unser Praxistipp: Auf ausreichenden Feuchtigkeitsschutz achten!
Die Solarzellen in einem Modul müssen vor Feuchtigkeit geschützt sein. Bei der Montage einer Photovoltaikanlage sollten daher niemals Löcher in den Rahmen des Moduls gebohrt werden. Andernfalls kann eindringende Feuchtigkeit zu einer irreparablen Beschädigung des gesamten Moduls führen.
Gut zu wissen: Solarrechner nutzen!
In unserem Ratgeber zum Solarrechner erklären wir genauer, wie die Berechnung für eine Solaranlage funktioniert. Dort finden Sie auch unseren Solaranlagenplaner, in den Sie Ihre eigenen Werte eingeben können und anschliessend werden die passenden Produkte für Ihren Bedarf ausgespielt.
Wie hoch ist der Wirkungsgrad bei den verschiedenen Solarzellenarten?
Die besten monokristallinen Solarzellen weisen mittlerweile einen Wirkungsgrad zwischen 14 bis 22 Prozent auf. Bei polykristallinen Zellen sind es dagegen 12 bis 16 Prozent, während amorphe Zellen auf etwa 10 Prozent kommen.
Was bedeutet Degradation bei einer Solaranlage?
Unter Degradation versteht man die Alterung und damit einhergehende Leistungsminderung von Solarzellen. Häufig wird eine Degradation von 0,5 Prozent pro Jahr einkalkuliert. Das würde bedeuten, dass eine Solaranlage nach 10 Jahren einen Leistungsverlust von 5 Prozent aufweist.
Wie hoch ist die Lebensdauer einer Solaranlage?
Das hängt davon ab, welcher Art die Solarzellen sind. Der Lebenszyklus einer Anlage mit amorphen Zellen liegt zwischen 20 und 25 Jahren. Dagegen erreichen kristalline Solarzellen eine Lebensdauer von bis zu 30 Jahren.
Was ist der Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik?
Beide Technologien machen sich die Kraft der Sonne zunutze, beruhen aber auf unterschiedlichen Verfahren. Mit einer Photovoltaik-Anlage wird das Sonnenlicht in Strom umgewandelt. Bei der Solarthermie wird dagegen die Wärme der Sonnenenergie genutzt, um eine Flüssigkeit zu erwärmen. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um beispielsweise warmes Wasser für ein Gebäude zu liefern oder um eine vorhandene Heizungsanlage zu unterstützen.