Photovoltaikmodule – Funktion und Aufbau

Das Herzstück einer Photovoltaikanlage ist das Solarmodul oder auch Photovoltaikmodul genannt.

Im 19. Jahrhundert entdeckte der französische Wissenschaftler Alexandre Edmond Becquerel, den Effekt, welchen wir heute Photovoltaik nennen. In seinem Labor fand er heraus, dass mit Sonnenlicht der Strom stärker fließt. Die ersten Solarzellen wurden im Jahr 1893 gebaut, die mit Hilfe des Sonnenlichts Elektrizität erzeugten.

 

Wie funktioniert ein Photovoltaikmodul?

Ein Photovoltaikmodul ist ein elektrisches Bauelement, das die Sonnenstrahlen auffängt und
das Licht der Sonne direkt in Gleichstrom umwandelt.

Physikalisch erklärt werden kann dies durch den sogenannten Photoeffekt.

Im Inneren der Zelle findet eine Wechselwirkung zwischen dem einstrahlenden Sonnenlicht und dem Halbleiter der Solarzelle statt. Hierbei werden elektrische Ladungsträger, sog. Elektronen, freigesetzt. Um diese Elektronen nutzen zu können, muss die Ober- und Unterseite jeder einzelnen Zelle mit unterschiedlichen Fremdatomen gezielt verunreinigt werden. Dank der gezielten Verunreinigung der Zelle sammeln sich die Elektronen (negative
Ladungsträger) auf der einen Seite und die Protonen (positive Ladungsträger) auf der anderen Seite. Auf diese Art und Weise entstehen ein Plus- und ein Minuspol, welche mit einer Batterie vergleichbar sind.

Aufbau eines Solarmoduls

Aufbau Modul

 

Das Solarmodul besteht aus mehreren in Serie oder parallel geschalteten Solarzellen. Die Solarzellen bestehen in den meisten Fällen aus kristallinem Silizium, einem Element, das in der Natur sehr häufig vorkommt.

Die Solarzellen haften auf einem Trägermaterial. Um die Solarzellen vor Feuchtigkeit und Korrosion zu schützen, wird die Rückseite in eine Kunststoff- oder Gießharzschicht eingebettet. Die Vorderseite ist die Fläche, die zur Sonne zeigt und wird durch eine Glasscheibe vor Witterungsverhältnissen geschützt. Um die benötigte Stabilität zu geben, werden die einzelnen Solarmodule in einen Aluminium- oder Edelstahlrahmen montiert.

Die einzelnen Solarmodule werden in verschiedenen Größen angeboten, heutzutage verfügen die Module über eine Leistung von bis zu 400 Watt. Alle Solarmodule werden nach gängigen Standards gefertigt und unterliegen einer ständigen Kontrolle. Somit ist höchste Qualität garantiert.

 

Arten von Solarmodulen

Man unterscheidet generell in drei unterschiedliche Zelltypen.

Monokristalline Solarzellen

Diese Solarzellen-Art wird aus einem hochreinen Halbleitermaterial gefertigt.

Aus dem Silizium, welches geschmolzen wird, werden dann einkristalline Stäbe (Einkristalle) gezogen und im Anschluss in 0,25 Millimeter dünne Scheiben gesägt. Im Vergleich zu polykristallinen Zellen hat dieses spezielle Herstellungsverfahren einen hohen Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad von ca. 20 Prozent der monokristallinen Solarzelle ist damit die effektivste Solarzelle bei direkter Sonneneinstrahlung.

Monokristalline Solarmodule sind in der Herstellung etwas teurer.

Monokristalline Solarzelle
Polykristalline Solarzelle

Polykristalline Solarzellen

Dieser Zelltyp wird genauso wie monokristalline Zellen aus Silizium hergestellt, wobei der Anteil an Silizium in einem polykristallinen Solarmodul generell etwas geringer ist.

Das Silizium wird zur Herstellung der Solarzellen geschmolzen und in große Blöcke gegossen. Nach dem Abkühlen wird das Silizium fest und wird in Scheiben zersägt. Dieses Herstellungsverfahren bedingt, dass die Kristalle sich unterschiedlich ausrichten. An den Grenzen der einzelnen Kristalle, den Korngrenzen, entstehen Verluste, die den Wirkungsgrad des Solarmoduls reduzieren. Aufgrund dieser Kristalldefekte beträgt der Wirkungsgrad einer polykristallinen Solarzelle lediglich 13 bis 15 Prozent.

In der Herstellung sind Polykristalline Solarmodule einfacher und günstiger.

Dünnschichtzellen

Dünnschichtzelle

Dünnschichtzellen werden auch als Amorphe Solarzellen bezeichnet.

Dünnschichtzellen werden ganz anders hergestellt, als mono- oder polykristalline Solarzellen. Um Dünnschichtmodule zu produzieren, wird das Silizium mit anderen Materialien vermischt und auf ein Trägermaterial mit einer dünnen Schicht aus amorphem oder kristallinem Silizium bedampft. Dünnschichtzellen kommen mit sehr wenig Rohstoff aus und sie lassen sich vergleichsweise einfach herstellen. Der Wirkungsgrad einer Dünnschichtzelle liegt jedoch lediglich bei nur 6 bis 8 Prozent.

Aufgrund der geringeren Materialkosten fallen auch die Kosten der Produktion im Wesentlichen geringer aus.

Leistung von Photovoltaikmodulen

Die elektrische Leistung von Solarmodulen wird allgemein in Watt (W) gemessen. Es gibt Solarmodule mit unterschiedlichen Leistungen, von 50 Watt bis 400 Watt.

Die Leistung eines Solarmoduls ist stark abhängig von den Wetterbedingungen. Entscheidend für eine höhere Leistung, ist die Sonneneinstrahlung und eine optimal ausgerichtete Solaranlage, denn Verschattungen durch Schornsteine, Bäume oder Schmutz mindern den Ertrag.

Aber auch die Dachneigung und die Modulausrichtung haben einen erheblichen Einfluss auf die Leistung der Module.

Auch solltest du ebenfalls auf den Wirkungsgrad eines Moduls achten. Dieser sollte möglichst hoch sein, denn auch so kannst du Stromkosten sparen.

Während der Nutzungsdauer kann die Leistung von Solarmodulen aus unterschiedlichen Gründen, wie Verschleiß und Alterung abnehmen. Eine regelmäßige Wartung und Reinigung helfen dabei, dem Verschleiß Widerstand zu leisten.

 

Wie viel kosten Photovoltaikmodule?

Wir möchten uns auf keinen Preis festlegen, denn mehrere Faktoren, beeinflussen die Preisbildung.

Ganz entscheidend ist der Solarmodultyp, denn Dünnschicht-, Polykristalline- und Monokristalline Module unterscheiden sich erheblich im Preis. Auch kommt es darauf an, wieviel deiner Dachfläche du mit Solarmodulen belegen lässt. Es gibt viele verschiedene Hersteller von Modulen und die Hersteller produzieren und vertreiben diese zu unterschiedlichen Preisen. Und ein weiterer Aspekt ist die Optik, denn Module mit schwarzer Rückseitenfolie sind in der Anschaffung etwas teurer.