Module einer Photovoltaikanlage Skip to main content

Photovoltaikanlage

PV-Module

Monokristalline Zellen?
Polykristalline Zellen?
Dünnschichtzellen?

Grundlagenwissen zu Modulen für PV-Anlagen

Was ist ein Photovoltaikmodul?

Einzelne PV-Module zur Stromerzeugung und späteren Speicherung im Hauskraftwerk

Eine Photovoltaik-Zelle wandelt Sonnenlicht in Strom um, der dann im Haushalt verbraucht, ins öffentliche Netz eingespeist oder über eine Solarbatterie für den späteren Gebrauch gespeichert werden kann.

Fälschlicherweise werden Solarzellen auch oft mit Sonnenkollektoren gleichgesetzt. Während Solarzellen wie oben beschrieben Strom erzeugen, wird in Sonnenkollektoren Wärme, z.B. zur Heizungsunterstützung, gewonnen.

Das wichtigste Element in einer Solarzelle ist der Halbleiter, der bei 90% der hergestellten Anlagen aus Silizium besteht. Dieses Material findet sich in großen Mengen an der Erdoberfläche und ist z.B. als Sand oder Mineral zu finden. 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.

Aufbau und Varianten von Solarzellen

Es gibt verschiedene Typen von Photovoltaik-Zellen, die sich nicht nur im Verwendungszweck, sondern auch in der Leistung, Herstellung und im Wirkungsgrad unterscheiden. Die gängigsten Arten von Solarzellen wollen wir hier kurz näher erläutern.

 

Solarzellen aus monokristallinem Silizium

Monokristalline Solarzellen sind dunkelblau bis schwarz und haben eine ebene und glatte Oberfläche. Einzelne Solarzellen werden miteinander zu Solarmodulen verschaltet. Eine monokristalline Solarzelle ist meist quadratisch mit abgerundeten Ecken, hat eine Lebensdauer von ca. 30 Jahren und wiegt je nach Größe zwischen 8 und 16 Kilogramm.

Durch die aufwendige Herstellung dieser Solarzellenart sind die Anschaffunskosten relativ hoch und die energetische Amortisation dauert länger. Dennoch werden derzeit ca. ein Drittel aller Anlagen mit monokristallinen Solarzellen betrieben.

 

Solarzellen aus polykristallinem Silizium

Polykristalline Solarzellen können leicht an dem meist blau glitzernden und uneinheitlichen Aussehen erkannt werden. Bedingt ist dies durch die unterschiedliche Ausrichtung der Siliziumkristalle in der Zelle. Dieser Solarzellentyp kann zudem auch in den Farbtönen grau, grün oder goldfarben installiert werden, was jedoch zu einer niedrigeren Energieausbeute führt. Polykristalline Solarzellen sind im Normalfall quadratisch und besitzen ebenfalls eine geschätzte Lebensdauer von etwa 30 Jahren, wiegen hingegen weniger als die monokristallinen Solarzellen.

Da die Herstellung der polykristallinen Solarzellen durch die quadratische Form weniger aufwendig ist und nur geringe Abfälle entstehen, sind diese Solarzellen preiswerter. Über die Hälfte aller verbauten Anlagen bestehen aus den multikristallinen Zellen. Hauptsächlich große Anlagen nutzen diese Art der Solarzelle, da die geringere Effizienz einer einzelnen Platte durch die Größe der Anlage ausgeglichen wird.

 

Dünnschichtzellen

Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Zellen wird bei den Dünnschichtmodulen der Halbleiter nur aufgedampft bzw. aufgesprüht. Diese Schicht ist nur ca. einen Mikrometer dick, was sich auf die Tiefe und das Gewicht der gesamten Zelle auswirkt. Diese Solarzellen sind kleiner als die oben beschriebenen Varianten und weisen eine dunkelgrüne, braune oder schwarze Färbung auf. Mit einer geschätzten Lebensdauer von etwa 20 Jahren liegen die Dünnschichtzellen unter den kristallinen Zellen, haben jedoch eine Energierücklaufzeit von nur zwei bis drei Jahren, da die Produktion nur wenig Rohstoffe benötigt und daher verhältnismäßig günstig ist. Der Marktanteil der Dünnschichtzellen liegt bei ca. 10&. Die Anwendungsbereiche von Dünnschichtzellen sind aufgrund der geringen Tiefe sehr flexibel. Dünnschichtzellen werden z.B. auch auf Taschenrechnern oder anderen Kleingeräten eingesetzt.

 

Wirkungsgrad von Solarzellen

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle bezeichnet den Anteil der Sonneneinstrahlung, der über die jeweilige Zelle aufgenommen werden kann. Eine Faustformel zur Berechnung des Wirkungsgrades ist:

Wirkungsgrad = erzeugter Solarstrom / Sonnenlicht

Während monokristalline Zellen einen Wirkungsgrad von 14 bis 20% haben, liegt der Wirkungsgrad bei polykristallinen Zellen bei 12 bis 16%. Im Gegensatz zu den Dünnschichtzellen, deren Wirkungsgrad bei lediglich 6 bis 10% liegt, sind die kristallinen Zellen in der Lage mehr der Sonneneinstrahlung „einzufangen“. Im Hinblick auf geringen Lichteinfall und die Leistung unter unterschiedlichen Wärmebedingungen fällt auf, dass die Dünnschichtzellen weniger Einbußen haben als die kristallinen Zellen.

 

Schaltung der Solarzellen

Solarzellen können in Reihe, Serie oder parallel geschaltet werden. Mit einer Serienschaltung wird eine höhere Spannung erzielt, ein Vorteil gerade bei kleineren PV-Anlagen. Eine Reihen- oder Parallelschaltung bietet den Vorteil, dass ein höherer Strom anliegt und gerade bei verschatteten Dachflächen noch ausreichend Energie produziert werden kann.

Auf einen Blick

Parameter

Monokristallin

Polykristallin

Dünnschicht

Wirkungsgrad

14-20%

12-16%

6-10%

Schwachlichtverhalten

Einbußen bei diffusem Licht

Einbußen bei diffusem Licht

Nur geringe Einbußen

Wärmeverhalten

Einbußen bei hohen Temperaturen

Einbußen bei hohen Temperaturen

Nur geringe Einbußen

Kosten

Teurer als Polykristallin und Dünnschicht

Günstiger als Monokristallin

Günstiger als Monokristallin und Polykristallin

Langzeittest

Sehr hohe Leistung, stabil, hohe Lebensdauer

Hohe Leistung, stabil, hohe Lebensdauer

Mittlere Leistung, etwas geringere Lebensdauer

Gewicht pro m²

Höher

Höher

Niedriger

Störanfälligkeit

Sehr gering

Sehr gering

Gering

Fragen?

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