Photovoltaikmodule im Überblick

Ein Photovoltaikmodul, auch PV-Modul oder Solarmodul genannt, ist das Herzstück einer Photovoltaikanlage. In jedem PV-Modul sammeln Solarzellen Sonnenenergie und wandeln diese in Strom um. Bei der Erzeugung dieser regenerativen Energie können verschiedene Photovoltaikmodule verwendet werden.

Die Themen auf dieser Seite:

Wie setzt sich ein Photovoltaikmodul zusammen?

In einem Solarmodul sind Solarzellen aneinandergereiht. Eine Solarzelle selbst besteht aus unterschiedlichen Halbleitern. Also aus Stoffen, die durch die Zufuhr von Licht oder Wärme leitfähig werden. 95% der Solarmodule, die weltweit produziert werden, enthalten Silizium-Solarzellen. Silizium ist ein Element, das in ausreichenden Mengen in der Erdkruste vorhanden ist. Die Weiterverarbeitung von Silizium gilt als sehr umweltverträglich. Eine Solarzelle hat eine Größe von 10 x 10 cm oder 15 x 15 cm.

Die miteinander verbundenen Solarzellen innerhalb eines Solarmoduls sind in einer transparenten Kunststoffschicht (Silikongummi oder Ethylenvinylacetat) eingebettet. Jede Solarzelle innerhalb des PV-Moduls ist mittels Lötbändchen elektrisch miteinander verschaltet. Auf der Oberseite wird das Innenleben eines Photovoltaikmoduls mit einer Sicherheits-Glasscheibe geschützt. Die Rückseite des Moduls ist mit einer witterungsfesten Kunststofffolie versiegelt. Lediglich eine Anschlussdose verbindet das Innenleben des Moduls mit dem Solar-Wechselrichter. Eingerahmt wird jedes Solarmodul von einem Aluminiumrahmen. Die Lebenserwartung der Photovoltaikmodule liegt zwischen 20 und 30 Jahren – die von den Herstellern gegebene Garantiezeit beläuft sich in der Regel auf 10 Jahre.

Wie funktioniert eine Solarzelle?

In den folgenden drei Videos wird auf eine wunderbar einfache Art und Weise erklärt, wie eine Solarzelle aufgebaut ist und wie sie funktioniert:

Quelle: Sendung mit der Maus

Die verschiedenen Arten der Photovoltaikmodule

Wie bereits erwähnt, bestehen weltweit circa 95% aller Solarmodule aus Silizium-Solarzellen. Solarmodule mit Solarzellen aus Galliumarsenid (GaAs), Cadmiumtellurid (CdTe) oder Indium-Diselenid (CuInSe2) sind dementsprechend selten und können außer Acht gelassen werden. Module aus Silizium-Solarzellen unterteilen sich in zwei Kategorien, die sich vom Aufbau, Wirkungsgrad und Preis unterscheiden.

Dickschichtmodule

Monokristalline Solarzellen
Monokristalline Solarzellen
(Bild: Firma Netzwerk Solar, Überherrn)

Monokristalline Solarzellen werden aus einkristallinem Silizium gefertigt. Markant für monokristalline Solarzellen ist das einheitliche Kristallgitter, die dadurch gegebene dunkle Farbgebung sowie die einheitliche Struktur. Der Wirkungsgrad der monokristallinen Solarzellen liegt bei 14% – 18%. Damit liegen sie mit ihrem Wirkungsgrad aktuell an der Spitze aller Solarmodule! Die Herstellung der dunklen und recht schweren Solarzellen ist extrem aufwendig. Daraus resultieren die vergleichsweise teuren Preise. Zudem schneidet die Umweltbilanz der monokristallinen Solarzellen im Vergleich zu den anderen Solarzellen schlecht ab. Die sowohl zeit-, wie auch energieaufwendige Herstellung bewirkt, dass sich diese Solarzellen nur sehr langsam umwelttechnisch amortisieren. Dennoch werden aufgrund des hohen Wirkungsgrads derzeit etwas weniger als die Hälfte aller Photovoltaikanlagen mit monokristallinen Solarzellen betrieben. Die Lebensdauer dieser Zellen liegt bei durchschnittlich 30 Jahren; ein Photovoltaikmodul wiegt je nach Größe zwischen 8 und 16 Kilogramm.

Polykristalline Solarzellen
Polykristalline Solarzellen
(Bild: Firma Netzwerk Solar, Überherrn)

Polykristalline Solarzellen unterscheiden sich von monokristallinen Solarzellen durch die ungleichmäßige Struktur. Diese Solarzellen bestehen aus mehreren Einzelkristallen. Charakteristisch ist das blau glitzernde Erscheinungsbild. Der Wirkungsgrad der polykristallinen Solarzellen liegt bei 13% – 16%. Solarzellen dieser Machart sind im Vergleich zu den monokristallinen Solarzellen etwas preisgünstiger, da der Herstellungsprozess weniger aufwendig ist. Dies wirkt sich zudem entsprechend positiv auf die Umweltbilanz dieser Solarzellen aus. Mit einem Marktanteil von etwas über 50% sind diese Photovoltaik-Dickschichtmodule die am häufigst verwendeten in Deutschland. Durchschnittlich kann mit einer Lebensdauer von bis zu 40 Jahren bei den Solarmodulen mit Polykristallinen Solarzellen gerechnet werden. Das Gewicht eines kompletten Moduls liegt ebenfalls je nach Größe bei 8 bis 16 Kilogramm.

Dünnschichtmodule

Dünnschichtzellen
Dünnschichtzellen
(Bild: Firma Netzwerk Solar, Überherrn)

Dünnschichtmodule sind die preisgünstigsten Solarmodule. Für die Herstellung wird eine dünne Schicht Silizium auf eine Glasscheibe aufgetragen – meist aufgedampft oder aufgesprüht. Dünnschichtmodule sind extrem leicht und sehr flexibel einsetzbar. Allerdings weisen Solarmodule mit Dünnschichtzellen einen recht geringen Wirkungsgrad von 5% – 7% auf. Obwohl diese Form der Photovoltaikmodule hauptsächlich für Elektrogeräte wie beispielsweise Taschenrechner Verwendung findet, steigt der Anteil der Dünnschichtmodule für PV-Anlagen kontinuierlich. Besonders bei sehr großen Dach- oder Freiflächen können diese Solarmodule lohnenswert sein, da Dünnschichtmodule auch bei diffusen Lichtverhältnissen Strom erzeugen. Die Verringerung des Wirkungsgrads bei steigenden Temperaturen fällt im Vergleich zu monokristallinen oder polykristallinen Solarmodulen weniger signifikant aus. Ein weiterer Pluspunkt ist das vergleichsweise geringe Eigengewicht der Solarzellen, was sich dementsprechend auf das komplette Photovoltaikmodul auswirkt. Da Dünnschichtmodule rahmenlos und somit unstabiler sind, ist die Montage deutlich schwieriger. Die Lebensdauer von Dünnschichtmodulen liegt bei circa 25 Jahren.

Welche Photovoltaikmodule werden am häufigsten installiert?

In der folgenden Grafik wird deutlich, dass größtenteils polykristalline Dickschichtmodule (54%) in Deutschland verbaut werden. Dünnschichtmodule (3%) haben nur einen sehr geringen Anteil an der insgesamt verbauten Menge. (Stand 1. Quartal 2013)

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