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Kurz und Bündig: Alles zum Solarmodul

Lisa Becker
14.02.2020 16:30:00

Aufbau und Bestandteile eines Solarmoduls

Ein Solarmodul besteht aus mehreren Solarzellen. Die Solarzelle haftet auf einem Trägermaterial und ist auf der Vorderseite sowie auf der Rückseite durch eine Schicht vor Feuchtigkeit geschützt. Hier kommen zum Beispiel wetterfeste Kunststofffolien zum Einsatz. Die obere Schicht muss eine gute Lichtdurchlässigkeit aufweisen. Die Vorderseite der Solarzelle (die Fläche, die zur Sonne zeigt) ist durch eine Glasscheibe vor Witterungsverhältnissen geschützt. Ein Solarmodul ist in einen stabilen Rahmen (aus Aluminium oder Edelstahl) gefasst und an der Glasscheibe abgedichtet. Dieser Rahmen dient dem sicheren Halt und erleichtert den Transport und die Montage des Solarmoduls.

 

Definition von Solarmodul

Ein Solarmodul ist ein Bauelement bestehend aus vielen Solarzellen, das für die Erzeugung von elektrischer Energie mit Photovoltaik genutzt wird.

 

Energieertrag eines Solarmoduls

Der Energieertrag eines Solarmoduls ist abhängig von den Wetterbedingungen. Ein optimal ausgerichtetes Solarmodul ohne Verschattung mit einer Nennleistung von 100 W würde an einem Tag mit sieben sonnigen Stunden 0,7 kWh erreichen (100 W x 7 h = 700 Wh = 0,7 kWh). Für den Energieertrag spielen Dachausrichtung (gen Süden) und Dachneigung eine große Rolle. Es dürfen keine Verschattungen durch Schornsteine, Bäume, Schmutz, Schnee o.ä. vorliegen.

 

Funktionsweise eines Solarmoduls

In einem Solarmodul bzw. in den Solarzellen, aus denen ein Solarmodul besteht, wird die Energie der Sonne in elektrischen Strom umgewandelt. Die Solarzelle besteht aus dem Halbleitermaterial Silizium. Eine Eigenschaft von Halbleitern ist die hohe Leitfähigkeit bei Energiezufuhr. Die elektromagnetischen Strahlen der Sonne wiederum bestehen aus Photonen. Treffen die Photonen auf die Siliziumatome in der Solarzelle, übertragen diese ihre Energie auf lose Elektronen und stoßen sie so von den Atomen ab. Es kommt also zu einer Bewegung in der Zelle, durch die in der angeschlossenen Leitung ein Stromfluss entsteht.

 

Solarenergie macht mobil

Deutschland hat hohe Ziele, was die Elektromobilität angeht: So sollen auf unseren Straßen bis 2020 eine Millionen Elektroautos unterwegs sein. Elektroautos können über eine Wallbox auch mit dem Strom geladen werden, die eine Photovoltaikanlage produziert, also umweltfreundlich wieder fahrbereit gemacht werden. Solarenergie macht mobil!

 

Kosten von Solarmodulen

Solarmodule sind in den letzten Jahren immer preiswerter geworden. Ursache für die stark fallenden Preise ist unter anderem der hohe Wettbewerb auf dem Markt. Je mehr Solarmodule produziert werden, umso preiswerter wird die Produktion für jedes einzelne Modul. Anfang 2019 lagen die durchschnittlichen Preise je nach Qualität des gewählten Moduls zwischen 45 Cent und 90 Cent.

 

Modelle von Solarmodulen

Bei Solarmodulen unterscheidet man zwischen polykristallinen Modulen, monokristallinen Modulen sowie Dünnschichtmodulen.

  • Für polykristalline Solarmodule wird der Rohstoff Silizium geschmolzen, in Blöcke gegossen und Scheiben zersägt. Beim Abkühlen entstehen viele verschiedenartige Siliziumkristalle. Die unterschiedliche Anordnung der Kristalle sorgt dafür, dass an deren Grenzen Defekte auftreten, die den Wirkungsgrad des Solarmoduls reduzieren. Der Anteil an Silizium in einem polykristallinen Solarmodul ist generell kleiner, weshalb der Wirkungsgrad geringer ausfällt als bei monokristallinen Modulen. Polykristalline Solarmodule sind dafür in der Herstellung einfacher und günstiger.
  • Monokristalline Solarmodule entstehen ebenfalls, indem Silizium geschmolzen wird, aus dem dann einkristalline Stäbe (Einkristalle) gezogen werden. Die Einkristalle werden zu sogenannten Wafern (kreisrunde oder quadratische Scheiben von einem Millimeter Dicke) zersägt. Bei monokristallinen Modulen fallen die Kristallgrenzen und somit mögliche Defekte weg, sodass sie deutlich höhere Wirkungsgrade aufweisen. Monokristalline Solarmodule sind jedoch in der Herstellung teurer.
  • Um Dünnschichtmodule zu produzieren, wird ein Trägermaterial mit einer dünnen Schicht aus amorphem oder kristallinem Silizium bedampft. Dabei nutzt man viel weniger Silizium als bei mono- und polykristallinen Solarmodulen, weshalb die Fertigung von Dünnschichtmodule günstiger ausfällt. Aus diesem Grund wächst der Marktanteil von Dünnschichtmodulen stetig. Der Vorteil von Dünnschichtmodulen ist, dass sie auch bei schwachem Licht gute und konstante Solarstromerträge erzielen.

Qualität von Solarmodulen

Wirkungsgrad und Lebensdauer von Solarmodulen haben sich in den letzten Jahren stetig verbessert. Hersteller von Photovoltaikanlagen geben heutzutage bis zu 25 Jahre Garantie auf die Module.

 

Verschaltung von Solarmodulen

Solarmodule lassen sich als Serienschaltung (oder auch Reihenschaltung) sowie als Parallelschaltung miteinander verschalten. Bei einer Serienschaltung handelt es sich um einen einzigen Stromkreis, in dem die elektrischen Verbraucher hintereinander geschaltet und an den Wechselrichter angeschlossen sind. In dieser Reihe bestimmt das schwächste Modul die Gesamtleistung der Reihe. Wenn es zu einer Verschattung eines Solarmoduls kommt, hat das Auswirkungen auf die ganze Reihe und die Leistung der Reihe fällt aufgrund dieses verschatteten Moduls ab. Im Gegensatz zur Serienschaltung entstehen bei einer Parallelschaltung mehrere Stromkreise: Hier sind mehrere Modul-Gruppen formiert, die gleichzeitig parallel geschaltet und an den Wechselrichter angeschlossen sind. Die verschiedenen Modulgruppen beeinflussen sich nicht gegenseitig, sodass Verschattungen am Ende nicht groß ins Gewicht fallen.

 

Wirkungsgrad eines Solarmoduls

Je nach Modell eines Solarmoduls weist dieses unterschiedliche Wirkungsgrade auf. Der Wirkungsgrad von polykristallinen Solarmodulen wird durch neue Entwicklungen und technischen Fortschritt immer besser – aktuell liegt er zwischen 12 und 16 Prozent. Monokristalline Solarmodule verfügen über einen Wirkungsgrad von bis zu 20 Prozent. Der Wirkungsgrad von Dünnschichtmodulen ist deutlich niedriger als bei monokristallinen und polykristallinen Modulen und bewegt sich zwischen sechs und zehn Prozent.

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