Herzstück einer Photovoltaik-Anlage: die PV-Module

Als „PV-Modul“ wird der Verbund mehrerer Solarzellen – die kleinste Einheit einer Photovoltaik-Anlage – bezeichnet. Innerhalb dieser Zellen wird die Energie der Sonne in elektrische umgewandelt (photoelektrischer Effekt). 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 sogenannten Wechseltrichters kann der durch die PV-Module 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 durch eine Reihen- oder Parallelschaltung miteinander verbunden werden. Die Reihenschaltung zeichnet sich durch eine relativ einfache Installation auf dem Dach aus. So wird beispielsweise lediglich ein einziges Solarkabel benötigt, das die erzeugte Energie aller Photovoltaik-Module an den Wechseltrichter weiterleitet. Nachteil: Die Gesamtleistung der PV-Module innerhalb einer Reihenschaltung wird durch das schwächste Glied bestimmt. Bedeutet in der Praxis: Ist ein Modul verschattet, sinkt das gesamte Stromauskommen der Anlage. Bei der Parallelschaltung kommt es hingegen selbst bei Teilverschattung zu keinem merklichen Leistungsabfall – dafür gestaltet sich aber die Verkabelung als deutlich aufwendiger, da die Photovoltaik-Module mit langen Kabeln an den zentralen Wechselrichter herangeführt werden müssen.

Der Markt bietet verschiedene Typen von Photovoltaik-Zellen, die sich nicht nur im Verwendungszweck, sondern auch in der Leistung, Herstellung und im Wirkungsgrad voneinander unterscheiden. Nachfolgend können Sie sich einen Überblick über die gängigsten PV-Module verschaffen.

Monokristalline Solarzellen sind dunkelblau bis schwarz und haben eine ebene und glatte Oberfläche. Sie sind meist quadratisch mit abgerundeten Ecken, haben eine zu erwartende Lebensdauer von ca. 30 Jahren und wiegen je nach Größe zwischen 8 und 16 Kilogramm. Aufgrund der aufwendigen Herstellung von PV-Modulen mit dieser Solarzellenart sind die Anschaffungskosten relativ hoch, sodass die energetische Amortisation mehr Zeit in Anspruch nimmt. Nichtsdestotrotz werden derzeit ca. ein Drittel aller Anlagen durch PV-Module mit monokristallinen Solarzellen betrieben.

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 30 Jahren, wiegen aber weniger als PV-Module mit monokristallinen Solarzellen.

Die Produktion von polykristallinen Solarmodulen ist – dank der quadratischen Form – weniger aufwendig, weshalb diese Solarzellen in der Regel preiswerter sind als die monokristalline Variante. Über die Hälfte aller verbauten Anlagen bestehen aus den multikristallinen Zellen. Hauptsächlich große Anlagen nutzen diese Art der Solarzelle, da eine geringe Effizienz einer einzelnen Platte durch die Größe der Anlage ausgeglichen wird.

Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Zellen wird bei den Dünnschichtmodulen der Halbleiter nur aufgedampft bzw. aufgesprüht. Diese Schicht ist nur ca. 1 Mikrometer dick, was sich auf die Tiefe und das Gewicht der gesamten Solarzelle auswirkt. Diese Zellen sind kleiner als die oben beschriebenen Varianten und weisen eine dunkelgrüne, braune oder schwarze Färbung auf. Mit einer geschätzten Lebensdauer von 20 Jahren liegen die Dünnschichtzellen unter den kristallinen, besitzen jedoch eine Energierücklaufzeit von nur zwei bis drei Jahren, da die Produktion verhältnismäßig günstig ist. Der Marktanteil der Dünnschichtzellen liegt bei ca. 10 Prozent. PV-Module mit Dünnschichtzellen können aufgrund der geringen Tiefe flexibel zum Einsatz kommen. So werden sie z. B. auf Taschenrechnern oder anderen Kleingeräten verwendet.

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 Prozent aufweisen, liegt der Wirkungsgrad bei polykristallinen Zellen bei 12 bis 16 Prozent. Im Gegensatz zu den Dünnschichtzellen, deren Wirkungsgrad bei lediglich 6 bis 10 Prozent 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.