Das Solarmodul – das Herz der Photovoltaikanlage

Eine moderne Photovoltaikanlage besteht aus einer Reihe von Batterien, Invertern, Controllern und weiteren Bestandteilen, wobei jede Komponente ihre eigene wichtige Funktion erfüllt. Doch im Zentrum jeder Photovoltaikanlage stehen die Solarzellen in einem Solarmodul. Diese Elemente sind ursächlich für die Speicherung und Umwandlung der Sonnenenergie in elektrische Energie.

Ein Solarmodul ist ein fotoelektrischer Generator, dessen Funktionsweise auf physikalischen Halbleitern basiert. Durch Lichteinstrahlung werden Elektronen freigesetzt und schließen den elektrischen Kreis. Um die benötigte Spannung zu erzeugen, werden die Solarmodule parallel
oder in Reihen geschaltet.

Geschichtliche Entwicklung der Photovoltaikmodule

Die eigentliche Geschichte der Photovoltaik begann 1839 mit der Entdeckung des Photoeffekts durch Alexander Edmond Bequerel. Seit diesem Zeitpunkt wusste die Menschheit, dass durch Licht Stromerzeugung möglich wäre. Doch erst als Albert Einstein 1905 durch die Entdeckung des Lichtquanteneffekts den Photoeffekt auch physikalisch beschreiben konnte, waren wir in der Lage, die Sonnenenergie tatsächlich für verschiedene Prozesse zu verwenden. Dies resultierte aber erst 1954 in der Konstruktion der ersten Solarmodule, welche einen Wirkungsgrad von gerade einmal 4 % hatten. Später gelang es Wissenschaftlern, den Wirkungsgrad auf industrielle 15 % zu erhöhen. Moderne Solarmodule haben einen Wirkungsgrad von bis zu 40 %.

Die ersten Solarmodule wurden für die Energieversorgung der künstlichen Erdsatelliten verwendet. Später kamen die PV-Module vor allem in Randgebieten, kleinen Dörfern und Städten zum Einsatz. Jahrzehntelang versorgten sie Funk- und Sendemasten mit Energie. Dank fortschreitender technologischer Entwicklung wurden immer mehr Modelle auch für private Zwecke entwickelt. So sind heute auch Haus- und Grundstücksbesitzer in der Lage, auf Solarmodule als Energiequelle zurückzugreifen.

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Unterschiedliche PV-Module im Einsatz

Die unterschiedlichen Solarmodule auf dem Markt unterscheiden sich in ihren Eigenschaften, insbesondere in folgenden:

  • Größe
  • Trägermaterial
  • Wirkungsgrad
  • Nennleistung und max. Leistung
  • Wärmeverhalten
  • Langlebigkeit

Solarmodule mit Solarzellen aus dem Trägermaterial Silizium werden am häufigsten eingesetzt. Je nach Herstellungsart wird hier zwischen polykristallinen und monokristallinen Modulen unterschieden.


Aufbau eines kristallinen Solarmoduls

Bildquelle: Fraunhofer
Bildquelle: Fraunhofer

Polykristalline Solarmodule

Polykristalline Solarzellen werden durch Zersägen von Siliziumblöcken nach dem Schmelzen hergestellt. Sie werden anschließend nicht mehr weiterverarbeitet und sind deshalb kostengünstiger in der Herstellung. Der Wirkungsgrad von aus polychristallinen Solarzellen aufgebauten PV-Modulen liegt zwischen 12 und 16 %. Durch ihr optimales Preis-Leistungs-Verhältnis eignen sich polykristalline Solarmodule besonders für großflächige Anlagen.

Monokristalline Solarmodule

Der Wirkungsgrad monokristalliner PV-Module ist höher als bei polykristallinen und liegt zwischen 14 und 18 %. Dies ist vor allem auf eine umfassendere Weiterverarbeitung der einzelnen Solarzellen zurückzuführen, was aber auch große Preisunterschiede mit sich bringt. Der Solarstrom aus monokristallinen Solarmodulen ist deutlich teurer, weshalb diese Technologie nur bei aufwendigeren Projekten eingesetzt wird.

Bildquelle: Astronergy
Bildquelle: Astronergy
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Dünnschichtmodule

Dünnschichtmodule oder amorphe Solarmodule sind besonders günstig, weil ihre Solarzellen mit sehr geringem Aufwand aus Silizium oder Verbindungshalbleitern hergestellt werden. Allerdings liegt der Wirkungsgrad dieser Photovoltaikmodule nur bei 10 bis 12 %, was zum Teil dadurch kompensiert wird, dass die Module leicht und flexibel im Einsatz sind. In den letzten Jahren gab es jedoch deutliche Verbesserungen hinsichtlich der Leistung von Dünnschichtmodulen. So wird dank optimierter Herstellungsarten und verbesserter Materialqualität inzwischen ein Wirkungsgrad von bis zu 25 % erreicht.

Hybride Solarmodule

Die Zukunft des Solarstroms liegt in den sogenannten hybriden Solarmodulen, welche aus einer Kombination von organischen Polymeren und anorganischen Stoffen hergestellt werden. Sie eignen sich dank ihrer Biegsamkeit, des geringen Gewichts und niedriger Herstellungskosten optimal für universelle Einsätze. Ihre Herstellung ist nicht so aufwendig wie bei monokristallinen Modulen, was sie deutlich preiswerter macht. Der Wirkungsgrad dieser innovativen Module beträgt dabei beachtliche 40 %.

Die Vor-und Nachteile von Solarstrom

Als Nachteil der heutigen Solarmodule sind vor allem (noch) relativ geringe Wirkungsgrade im Vergleich zu anderen Stromquellen aufzuführen sowie ein vergleichsweise ungünstiges Preis-Leistungs-Verhältnis. Dazu kommen noch hohe Wartungskosten für alle Bauteile und eine geringere Effizienz bei schlechten Witterungsbedingungen. Hierbei sollte man jedoch vor allem bedenken, dass die Investition in den Solarstrom langfristiger Natur ist.

Die Vorteile des Solarstroms liegen vor allem in der Langlebigkeit und Unerschöpflichkeit der Stromquelle. Die Stromerzeugung selbst ist sehr kostengünstig. Solche Technologien sind außerdem besonders umweltfreundlich und geräuschlos, weshalb ihr Einsatz durch Förderprogramme der Europäischen Union unterstützt wird. Wer in gute Solarmodule für seine Anlage investieren möchte, findet eine große Auswahl an Modulen bei SecondSol.