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Welche Module gibt es für die Photovoltaik?
Die kleinste Einheit einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) ist die Solarzelle, in denen die Lichtenergie der Sonne in elektrischen Strom umgewandelt wird. Die Zellen sind miteinander verbunden und bilden so ein Photovoltaikmodul.
Wie Solarzellen bzw. Solarmodule genau aufgebaut sind, welche Typen es bei jenen Zellen gibt und was Photovoltaikmodule kosten, erfährst du in diesem Artikel.
Wie ist ein Photovoltaikmodul aufgebaut?
Je nach Größe des Moduls sind unterschiedlich viele Solarzellen zusammengeschaltet. Die komplette Photovoltaikanlage selbst besteht aus mehreren Photovoltaikmodulen, die zu sogenannten Strings verschaltet sind. Mehrere Strings bilden gemeinsam den kompletten Solargenerator.
Die Solarzelle selbst haftet auf einem sogenannten Trägermaterial. Sie ist sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite durch eine Schicht vor Feuchtigkeit geschützt – hier kommen oft wetterfeste Kunststofffolien zum Einsatz. Dabei muss die obere Schicht eine gute Lichtdurchlässigkeit aufweisen. Die Vorderseite der Solarzelle – also die Fläche, die zur Sonne zeigt – ist weiterhin durch eine Glasscheibe vor Umwelteinflüssen geschützt. Dieses spezielle Solarglas absorbiert nur wenig Licht und verfügt zudem über eine Antireflexschicht, um auch Reflexionen des einfallenden Lichts auf ein Minimum zu reduzieren.
Ein Photovoltaikmodul ist in der Regel in einen stabilen Rahmen (aus Aluminium oder Edelstahl) gefasst und an der Glasscheibe abgedichtet. Dieser Rahmen dient zum einen dem zusätzlichen Halt und zum anderen erleichtert er den Transport sowie die Montage des Moduls.
Welche Arten von Solarzellen bzw. Photovoltaikmodulen gibt es?
Abhängig davon, welches Material bei den Solarmodulen zum Einsatz kommt, unterscheidet man zwischen polykristallinen, monokristallinen oder Dünnschichtmodulen. Kristalline Photovoltaikmodule bestehen ausschließlich aus dem Halbleitermaterial Silizium. Hingegen setzen sich Dünnschichtmodule aus verschiedenen Materialien zusammen.
Polykristalline Photovoltaikmodule
Polykristalline Photovoltaikmodule entstehen, indem der Rohstoff Silizium geschmolzen, in Blöcke gegossen und im Anschluss in Scheiben zersägt wird. Während das Material abkühlt, entstehen viele unterschiedlich große Siliziumkristalle. Diese verschiedenartige Anordnung der Kristalle sorgt dafür, dass an deren Grenzen Defekte (oder auch Verunreinigungen) auftreten, die zu einem niedrigeren Wirkungsgrad führen. Generell ist der Anteil an Silizium in einem polykristallinen Photovoltaikmodul kleiner, weshalb der Wirkungsgrad geringer ausfällt als bei monokristallinen Modulen. Durch neue Entwicklungen und technischen Fortschritt wird deren Wirkungsgrad jedoch immer besser – aktuell liegt er zwischen 12 und 16 Prozent.
Der Vorteil von polykristallinen Modulen ist, dass sie in der Herstellung einfacher und günstiger sind. So fällt auch der Preis pro kWp (Kilowatt Peak) besonders niedrig aus. Vor allem, wenn du über genug Dachfläche für die Photovoltaik verfügst, sollte deine Wahl auf polykristalline Photovoltaikmodule fallen.
Monokristalline Photovoltaikmodule
Für die Herstellung von monokristallinen Modulen wird ebenfalls Silizium geschmolzen, aus dem dann einkristalline Stäbe gezogen werden. Diese Stäbe nennt man auch Einkristalle. Die Einkristalle werden zu sogenannten Wafern zersägt – also kreisrunde oder auch quadratische Scheiben, die etwa 1 mm dick sind.
Bei monokristallinen Modulen fallen die Kristallgrenzen (und somit mögliche Defekte) weg, sodass sie deutlich höhere Wirkungsgrade aufweisen, die bis zu 20 Prozent betragen.
Demgegenüber steht der Nachteil, dass monokristalline Module in der Herstellung teurer sind, was sich in deren Endpreis niederschlägt. Sollte die Dachfläche nicht besonders groß sein, sind monokristalline Module aufgrund des hohen Wirkungsgrades jedoch die bessere Wahl. Der optische Vorteil von monokristallinen Modulen ist außerdem, dass sie dunkelblau bis schwarz eingefärbt sind und deshalb glatt und eben wirken.
Exkurs: Quasi-monokristalline Photovoltaikmodule
Es gibt sogenannte quasi-monokristalline Photovoltaikmodule. Dabei verwendet man auch polykristallines Silizium. Dieses wird allerdings so ausgerichtet, dass die Kristallgitter der Siliziumkristalle die gleiche Orientierung haben. So besitzen quasi-monokristalline Photovoltaikmodule fast identische Eigenschaften wie monokristalline Solarmodule; die Produktion fällt jedoch günstiger aus.
Dünnschichtmodule
Um Dünnschichtmodule herzustellen, bedampft man ein Trägermaterial mit einer dünnen Schicht aus amorphem oder kristallinem Silizium (alternativ auch zum Beispiel mit Cadmium-Tellurid/CdTe, Gallium-Arsenid/GaAs oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid/CIGS). Im Vergleich zu mono- und polykristallinen Photovoltaikmodulen wird dabei viel weniger Silizium verwendet, weshalb die Fertigung von Dünnschichtmodulen günstiger und deren Endpreis niedriger ist. Aus diesem Grund erhöht sich der Marktanteil von Dünnschichtmodulen fortlaufend.
Der Vorteil von Dünnschichtmodulen ist, dass deren Erträge an Solarstrom sogar bei schwachem Licht noch gut und konstant sind und Verschattungen bei ihnen weniger ins Gewicht fallen.
Der Wirkungsgrad von Dünnschicht-Photovoltaikmodulen ist jedoch deutlich niedriger als bei monokristallinen und polykristallinen Modulen. Er liegt in einem Bereich zwischen 6 bis 10 Prozent.
Qualität und Kosten von Photovoltaikmodulen
Der Wirkungsgrad und die Lebensdauer von Photovoltaikmodulen haben sich über die Jahre kontinuierlich verbessert – entsprechend stieg also die Qualität der Module Schritt für Schritt. So geben Hersteller von PV-Anlagen heutzutage bis zu 25 Jahre Garantie auf Module. Zudem ist der Preis von Photovoltaikmodulen in den vergangenen Jahren zunehmend gesunken, was unter anderem dem hohen Wettbewerb bei den Solarmodulen zuzuschreiben ist.
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