Solarmodule

Was ist ein Solarmodul oder Solarpanel?

Solarmodule sind Bauelemente für Photovoltaikanlagen. Ein Solarmodul, Solarpanel oder auch Photovoltaik-Modul ist aus einzelnen Solarzellen zusammengesetzt, die als elektrische Einheit, parallel oder in Serie geschaltet, elektrischen Strom aus Sonnenenergie erzeugen. Die Leistung von Photovoltaik-Modulen hängt vom Wirkungsgrad der verbauten Solarzellen ab. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel Prozent der Sonnenstrahlung in Strom umgewandelt werden. Von der Höhe des Wirkungsgrads hängt die Kapazität des Moduls ab. Bei einem hohen Wirkungsgrad pro Modul - also effizienter Ausnutzung der Sonnenenergie - wird weniger Fläche benötigt, um eine bestimmte Menge Strom durch Photovoltaik zu erzeugen. Aus dem Wirkungsgrad und der angestrebten Strom-Produktion ergibt sich also die Größe der Anlage.

Solarzelle - Spannung, Stromstärke und Leistung

Eine Silizium-Solarzelle mit dem Maß von etwa 15 x 15 Zentimetern hat eine kontinuierliche Spannung von 0,6 Volt und erzeugt durchschnittlich 5,5 Ampere Strom. Bei voller Sonneneinstrahlung hat sie eine Leistung von 3,4 Watt.

Wie groß ist ein Solarmodul?

Für ein Photovoltaik-Modul werden häufig 60 quadratische, kristalline Silizium-Solarzellen von 156 mm x 156 mm verbaut - auch 6-Zoll-Zellen genannt. Da die 60 Solarzellen in sechs Spalten und zehn Reihen angeordnet werden, ergibt sich automatisch eine übliche Größe für PV-Module. Aus der Konstruktion des PV-Moduls mit Abständen zwischen den Solarzellen und zum Rahmen entsteht so in unserem Beispiel ein 6-Zoll-Zellen-Modul von 1640 x 1000 Millimetern. Die Große des Solarmoduls hängt also im Endeffekt von der Anzahl und Art der verbauten Solarzellen ab. Weitere übliche Größen für Solarzellen in Photovoltaik-Modulen sind:

4 Spalten x 9 Reihen = 36 Zellen = 1500 x 690 mm

6 Spalten x 8 Reihen = 48 Zellen = 1320 x 1000 mm

6 Spalten x 9 Reihen = 54 Zellen = 1480 x 1000 mm

6 Spalten x 12 Reihen = 72 Zellen = 2000 x 1000 mm

Aufbau eines Solarmoduls

Kristalline Solarmodule bestehen aus in durchsichtigen Kunststoff eingebetteten mono- oder polykristallinen Solarzellen, die miteinander elektrisch verschaltet sind. Diese Zellen werden aus dem Halbleiter Silizium hergestellt. Die Verbindung der Solarzellen besteht aus Lötbändchen. Bei Solarmodulen aus Dünnschicht-Solarzellen wird das Halbleitermaterial als dünne Schicht auf ein Trägermaterial aufgebracht.
Als Abdeckung und Schutz gegen Verschmutzung und mechanische Einflüsse wie Hagel dient auf der sonnenzugewandten Oberseite des Solarpanels eine Glasscheibe, in der Regel aus Einscheiben-Sicherheitsglas. Die Unterseite des Solarpanels ist mit einer witterungsbeständigen Kunststoffverbundfolie geschützt. Die miteinander verbundenen Solarzellen sind in einen Aluminium-Profilrahmen eingepasst, der sie stabilisiert, die Glasscheibe schützt und eine Montage erleichtert. Zur Ableitung des erzeugten Stroms dient eine Anschlussdose mit Halbleiterdioden, ein Anschlussterminal sowie Anschlusskabel und Steckverbindungen. Ein Laderegler reguliert die Energieabgabe und schützt vor Überladung.

Welche Solarmodule gibt es?

Zurzeit gibt es drei verschiedene Verfahren zur Herstellung von Photovoltaik-Modulen für Solaranlagen, bei denen Solarmodule aus poly- und monokristallinen Solarzellen sowie Solarmodule aus Dünnschicht-Solarzellen entstehen. Sie unterscheiden sich in Wirkungsgraden und Herstellungskosten.

Solarmodule aus polykristallinen Solarzellen

Polykristalline Solarzellen werden aus dem Halbleitermaterial Silizium hergestellt. Das Silizium wird geschmolzen, mit Boratomen versetzt und in Blöcke gegossen, die anschließend zu sogenannten Ingots aushärten. Die Ingots werden in Scheiben (Wafern) geschnitten und mit einer Antireflexionsschicht versiegelt. Die Herstellungstechnik für polykristalline Solarzellen ist lang erprobt und preiswert. Der Wirkungsgrad ist geringer als bei monokristallinen Solarzellen, der Flächenbedarf liegt bei 6 bis 7 m²/kWp.

Solarmodule aus monokristallinen Solarzellen

Monokristalline Solarzellen werden ebenfalls aus Silizium hergestellt. Durch ein anderes Produktionsverfahren bilden sich die Ingots aus einem Einkristall. Durch die einheitliche Kristallorientierung liegt der Wirkungsgrad monokristalliner Solarzellen höher und der Flächenbedarf liegt nur bei 5 bis 6 m2/kWp, dafür ist die Herstellung deutlich teurer und mit mehr Energieaufwand verbunden.

Solarmodule aus Dünnschicht-Solarzellen

Das Herstellungsverfahren für Dünnschicht-Solarzellen weicht stark von dem für mono- oder polykristallinen Solarzellen ab. Der Halbleiter wird als dünne Schicht auf ein Trägermaterial aufgebracht. Das Verfahren ist unkompliziert, benötigt nur wenig Halbleiter-Material und es können neben Silizium weitere Halbleiter dafür verwendet werden. Infrage kommen auch: Galliumarsenid, Kupferindiumselenid, Cadmiumtellurid sowie verschiedene Farbstoffe. Der Wirkungsgrad von Dünnschicht-Solarzellen liegt zurzeit aber noch unter dem von kristallinen Solarzellen.

Leistung eines Solarmoduls

Die elektrische Leistung (Nennleistung) von Solarzellen oder Solarmodulen unter genormten Bedingungen wird mit der Maßeinheit Watt-Peak oder Wp, gebräuchlicher Kilowatt-Peak oder kWp gemessen. 1.000 Watt Nennleistung entsprechen 1 kWp. Die tatsächliche Leistung vor Ort fällt meistens etwas niedriger aus, da die Sonneneinstrahlung dort von den genormten Idealbedingungen abweichen kann.
Ein Quadratmeter Solarmodul produziert entsprechend der durchschnittlichen Sonneneinstrahlung in Deutschland eine Leistung von 100 Kilowattstunden (kWh) elektrischem Strom pro Jahr oder 0,27 kWh pro Tag.

Wie viele Solarmodule brauche ich für ein Einfamilienhaus?

Der durchschnittliche Vier-Personen-Haushalt in Deutschland hat einen Jahresverbrauch von etwa 4.000 kWh Strom. Da 1 kWp Anlagenleistung etwa 1.000 kWh Jahres-Ertragsleistungen (bei einem Platzbedarf von sieben Quadratmetern Dachfläche) entspricht, reicht für den Durchschnittshaushalt also eine Photovoltaikanlage von 4 kWp. Das entspricht 16 polykristallinen Photovoltaik-Modulen mit einer Größe von 1640 x 1000 mm, einer Leistung von 260 Watt und einem Flächenbedarf von 1,64 Quadratmetern pro Modul.

Solarmodule Preise

Die Preise für Solarmodule sind in letzter Zeit stark gesunken. Verantwortlich dafür sind:

• die gestiegene Konkurrenz auf dem Solaranlagen-Markt
• der Druck auf die Produzenten, durch Maßnahmen wie das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) Solaranlagen billiger anzubieten
• der Effekt, dass Produkte, die in großer Anzahl produziert werden, billiger werden (economy of scale)

2006 lagen die Kosten für eine Solaranlage pro 1 kWp noch bei etwa 5.000 Euro, heute ist der Preis auf 1.450 Euro pro kWp gesunken. Dabei kosten kristalline Solarmodule zwischen 1.100 und 1.500 Euro /kWp, Dünnschichtmodule liegen bei 750 bis 1.250 Euro /kWp.