Herzstück einer Photovoltaik-Anlage: die PV-Module

Als Photovoltaikmodul oder PV-Modul wird der Verbund mehrerer Solarzellen – die kleinste Einheit einer Photovoltaikanlage – bezeichnet. Innerhalb der Zellen wird die Energie der Sonne in elektrischen Strom umgewandelt; anschließend kann dieser nach Belieben im Haushalt genutzt werden. Der sogenannte photoelektrische Effekt spielt bei diesem Vorgang eine entscheidende Rolle. Im Zuge dieses physikalischen Phänomens treten Elektronen mit dem Licht in Wechselwirkung.

Das wichtigste Element einer Solarzelle ist der Halbleiter, der bei 90 Prozent der hergestellten Anlagen aus Silizium besteht. Eine Solarzelle enthält zwei Schichten aus Silizium, an deren Grenzflächen sich ein elektrisches Feld bildet. Zwischen Metallkontakten, die sich an den Siliziumschichten befinden, fließt bei Lichteinstrahlung elektrischer Strom. Durch den Einsatz eines Wechselrichters kann der durch die Photovoltaikmodule erzeugte Gleichstrom dann in Wechselstrom umgewandelt werden. Diese Umwandlung ist nötig, um den Solarstrom ins öffentliche Netz einspeisen bzw. für den Eigenverbrauch nutzbar machen zu können.

Die PV-Module können entweder durch eine Reihen- oder durch eine Parallelschaltung miteinander verbunden werden. Der Vorteil bei einer Reihenschaltung besteht darin, dass sie sich relativ einfach auf dem Dach installieren lässt. Für die Montage wird lediglich ein einziges Solarkabel benötigt, das die erzeugte Energie aller Photovoltaikmodule an den Wechselrichter weiterleitet. Der Nachteil dabei: Die Gesamtleistung der PV-Module innerhalb einer Reihenschaltung wird durch das schwächste Glied bestimmt. Das hat zur Folge, dass das gesamte Stromauskommen der Anlage sinkt, wenn beispielsweise ein Modul verschattet ist.

Bei der Parallelschaltung kommt es hingegen selbst bei Teilverschattung zu keinem merklichen Leistungsabfall. Allerdings ist für die Verkabelung ein deutlich höherer Aufwand vonnöten, da die Photovoltaikmodule mit langen Kabeln an den zentralen Wechselrichter herangeführt werden müssen.

Im Bereich der Photovoltaik gibt es verschiedene Module, die sich nicht nur im Hinblick auf den Verwendungszweck, sondern auch in puncto Leistung, Herstellung und im Wirkungsgrad voneinander unterscheiden. In den folgenden Abschnitten können Sie sich einen Überblick über die meistverbreiteten PV-Module verschaffen.

Monokristalline Solarzellen haben eine dunkelblaue bis schwarze Farbe und eine ebene und glatte Oberfläche. In der Regel besitzen sie eine quadratische Form mit abgerundeten Ecken, haben eine zu erwartende Lebensdauer von mindestens 20 Jahren und wiegen je nach Größe zwischen 8 und 16 Kilogramm. PV-Module mit dieser Solarzellenart lassen sich nur unter hohem Aufwand herstellen, weshalb die Anschaffungskosten relativ hoch sind. Das hat wiederum zur Folge, dass die energetische Amortisation mehr Zeit in Anspruch nimmt. Dennoch wird ein knappes Drittel aller Anlagen mithilfe von monokristallinen Solarzellen betrieben – Tendenz steigend.

Polykristalline Solarzellen sind wegen ihrer meist blau glitzernden und uneinheitlichen Optik leicht zu erkennen. Bedingt ist dies durch die unterschiedliche Ausrichtung der Siliziumkristalle innerhalb der Zelle. Auch die Farbtöne Grau, Grün oder Gold kommen bei diesem Solarzellentyp infrage, allerdings führen diese Farben zu einer niedrigeren Energieausbeute. Polykristalline Solarzellen sind im Normalfall quadratisch und besitzen ebenfalls eine Lebensdauer von mindestens 20 Jahren, wiegen aber weniger als ein Photovoltaikmodul mit monokristallinen Solarzellen.

Die Produktion der Solarmodule ist aufgrund der quadratischen Form weniger aufwendig, weshalb polykristalline Zellen in der Regel günstiger sind als monokristalline. Mehr als zwei Drittel aller verbauten Anlagen bestehen aus multikristallinen Zellen, allerdings gehen Fachleute davon aus, dass der Anteil mittelfristig zurückgehen wird. Vor allem bei größeren Anlagen wird auf diese Art von Solarzelle zurückgegriffen, da eine geringe Effizienz einer einzelnen Platte durch die Größe der Anlage ausgeglichen wird.

Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Zellen wird bei PV-Modulen mit Dünnschichtzellen der Halbleiter lediglich aufgedampft bzw. aufgesprüht. Diese Schicht ist nur rund 1 Mikrometer dick, was sich auf die Tiefe und das Gewicht der gesamten Solarzelle auswirkt. Diese Dünnschichtzellen sind kleiner als die oben genannten Ausführungen und treten in den Farbtönen Dunkelgrün, Braun oder Schwarz auf. Mit einer geschätzten Lebensdauer von 15 bis 20 Jahren liegen die Dünnschichtzellen tendenziell eher unter den kristallinen. Allerdings besitzen sie aufgrund ihres verhältnismäßig niedrigen Preises eine Energierücklaufzeit von nur zwei bis drei Jahren. Der Marktanteil liegt aktuell bei 5 bis 10 Prozent, könnte in den kommenden Jahren aber noch steigen. Der Grund: Photovoltaikanlagen mit Dünnschichtzellen haben Experten zufolge ein enormes Innovationspotenzial. Übrigens: PV-Module mit Dünnschichtzellen können aufgrund der geringen Tiefe flexibel zum Einsatz kommen. So werden sie z. B. auf Taschenrechnern oder anderen Kleingeräten verwendet.

Unter dem Wirkungsgrad einer Solarzelle versteht man den Anteil der Sonneneinstrahlung, der über die jeweilige Zelle aufgenommen werden kann. Zur Berechnung des Wirkungsgrades kann folgende Formel angewandt werden:

Wirkungsgrad= erzeugter Solarstrom / Sonnenlicht

Monokristalline Zellen besitzen einen Wirkungsgrad von 20 bis 22 Prozent, wohingegen der Wert bei polykristallinen Zellen 10 bis 18 Prozent beträgt. Im Gegensatz zu den Dünnschichtzellen, deren Wirkungsgrad bei 10 bis 13 Prozent liegt, können die kristallinen Zellen in der Regel mehr von der Sonneneinstrahlung „einzufangen“. Wenn ein vergleichsweise geringer Lichteinfall herrscht, haben die Dünnschichtzellen jedoch weniger Einbußen haben als die kristallinen Zellen. Dasselbe gilt, wenn die Leistung bei verschiedenen Wärmebedingungen verglichen wird.

PV-Panels sind eine der am schnellsten wachsenden Formen der erneuerbaren Energie. Sie wandeln Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um, ohne dabei schädliche Emissionen zu produzieren. Ein einzelnes Photovoltaik-Panel kann eine Leistung von etwa 250 Watt erzeugen. PV-Panels sind wartungsfrei und haben eine lange Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren. Sie sind robust und können in einer Vielzahl von Umgebungen betrieben werden. Außerdem sind sie auch unempfindlich gegenüber Stromausfällen und können als Notstromquelle verwendet werden.

Wenn Sie sich für den Einsatz von PV-Panels entscheiden, haben Sie die Möglichkeit, Strom für den Eigenbedarf zu erzeugen und überschüssige Energie abzugeben. Außerdem können Sie Batteriespeicher verwenden, um den erzeugten Strom zu speichern und bei Bedarf abzurufen. Photovoltaik-Panels sind eine saubere und erneuerbare Energiequelle, die kosteneffizient, zuverlässig und umweltfreundlich ist. Sie sind eine großartige Wahl für jeden, der seinen ökologischen Fußabdruck verringern und gleichzeitig Energiekosten sparen möchte.