Photovoltaik-Module – welche sind die richtigen?
Photovoltaik-Module sind das Herzstück jeder stromerzeugenden Solaranlage – denn sie fangen die Energie der Sonne ein. Ihre Ausgestaltung beeinflusst die Anschaffungskosten, die Leistungsfähigkeit der Anlage und die mögliche Stromersparnis. Doch welche Module eignen sich für welchen Zweck? In diesem Ratgeber erfährst du, wie Photovoltaik-Module genau funktionieren, welche Unterschiede es zwischen verschiedenen Modulen gibt und welche sich am besten für deine Solaranlage eignen.Wie funktionieren Photovoltaik-Module?
Jedes Photovoltaik-Modul besteht aus vielen einzelnen Solarzellen, die für die Stromerzeugung zuständig sind. Die Zellen werden von einem Gehäuse umschlossen, das sie vor Witterung schützt. Die PV-Module bestehen in der Regel aus einer Kunststoffverbundfolie üblicherweise aus Ethylen-Vinylacetat (EVA), einer Schicht Kunststoff oder Gießharz, den Solarzellen, einer weiteren lichtdurchlässigen Kunststoff- oder Gießharzschicht sowie einer gehärteten, lichtdurchlässigen Glasscheibe.
Mitunter finden auch sogenannte Glas-Glas-Module Verwendung, bei denen Vorder- und Rückseite gleichermaßen aus Glas bestehen. Aufgrund ihrer Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit eignen sich Glas-Glas-Module zum Beispiel für Solar-Carports, Solar-Wintergärten, Solarzäune oder Solarfassaden besonders gut – genauso wie für Regionen mit starkem Schneefall Also immer dort, wo besonders hohe Belastungen gegeben oder Festigkeiten gefordert sind.
Die Solarzellen im Inneren der Module bestehen aus einem Halbleiter-Material – in der Regel Silizium. Silizium wird aus herkömmlichem Sand gewonnen und ist daher ein weitverbreitetes und günstiges Material.
Durch die Anreicherung des Siliziums mit destabilisierenden Elementen wie Phosphor und Bor entstehen innerhalb der Zelle eine negativ (n-dotiert) und eine positiv geladene (p-dotierte) Elektrode. Die Elektronen, die den Siliziumkern umkreisen, lassen sich einfach lösen. Sobald Photonen (Licht) auf die Solarzelle treffen, geschieht genau das: Die Energie der Sonne sorgt dafür, dass sich die Elektronen vom Siliziumkern lösen und sich aufgrund ihrer negativen Ladung zur positiv geladenen Seite der Solarzelle bewegen.
Der Fluss der Elektronen durch die Zellen des Solarmoduls ist nichts anderes als Gleichstrom. Der Wechselrichter der Solaranlage wandelt diesen dann in Wechselstrom um, den wir im Haushalt über die Steckdosen beziehen können.
Innerhalb der Photovoltaik-Module sind die einzelnen Solarzellen miteinander verschaltet. Dies geschieht entweder in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung:
- Reihenschaltung ist die üblichere Variante und wird vor allem in kleineren PV-Anlagen verwendet. Hier fließen die Elektronen nacheinander durch alle Zellen. Ein Nachteil: Die Verschattung einer einzelnen Zelle reduziert gleichermaßen die Leistung aller anderen Zellen des Moduls. Der Solarstrom der verschatteten Zelle gibt also automatisch den Strom aller anderen in der Reihe geschalteten Zellen vor. Da aber verschattete Zellen über Bypass-Dioden abgeschaltet und grundsätzlich höhere Spannungen in Reihenschaltung erreicht werden können, sind Reihenschaltungen in vielen Fällen die Technik der Wahl.
- Bei der Parallelschaltung arbeiten die Zellen unabhängiger voneinander. Hier bleibt die Spannung gleich, die Ströme addieren sich allerdings. Fällt Schatten auf einen Teil des Moduls, erbringen die Zellen außerhalb des Schattens weiterhin ihre volle Leistung. Die größeren Ströme bedingen einen aufwendigeren Aufbau und höhere Verluste. Deshalb kommt die Parallelschaltung bei den Modulen deutlich seltener zum Einsatz als die Reihenschaltung. Genutzt wird sie allerdings mit der Reihenschaltung zusammen, um die einzelnen Module untereinander sinnvoll zu verbinden. So werden die einzelnen Module häufig in Reihenschaltung zu einem String zusammengefasst und diese dann in Parallelschaltung.
Besonders leistungsstark sind darüber hinaus die innovativen Halbzellenmodule. Hier werden die Solarzellen zwar ebenfalls in Reihe geschaltet, jedoch zusätzlich in zwei Hälften geschnitten. Die Vorteile der Halbierung sind vielseitig: Es kommt zu weniger Leistungsverlust und einer stärkeren Lichtreflexion zwischen den halbierten Solarzellen – das erhöht den Wirkungsgrad der Module. Die Module bestehen nun aus doppelt so vielen Solarzellen, die zumeist in einer oberen und einer unteren Hälfte getrennt in Reihe geschaltet werden – parallel über die Teilmodule. Dank der Parallelschaltung bleiben die Teilmodule bei Verschattung ihres Pendants unbeeinflusst. Auf diese Weise steigt der Wirkungsgrad der sogenannten Half-Cut- oder Halbzellenmodule, während der negative Einfluss von Verschattung abnimmt. Der Materialaufwand von Halbzellenmodulen ist dabei im Normalfall nicht größer als bei klassischen Vollmodulen.
Aus welchem Material bestehen Solarmodule?
Solarmodule nutzen die Halbleiter-Technologie, um Strom zu erzeugen. Doch in Bezug auf die Ausgestaltung des Materials gibt es Unterschiede: So können Käufer im Wesentlichen zwischen monokristallinen, polykristallinen und Dünnschicht-Modulen wählen.
- Das Silizium in monokristallinen Photovoltaik-Modulen ist so aufbereitet, dass es aus nur einem Kristall besteht. Die Module sind dunkelblau bis schwarz und optisch glatt. Ihr Wirkungsgrad ist mit über 20 Prozent am höchsten. Zwar liegen die Herstellungskosten bei monokristallinen Modulen etwas höher als bei anderen Modellen, allerdings macht der höhere Wirkungsrad dies in der Regel wett. Polykristalline Solarmodule bestehen aus mehreren Siliziumkristallen. Sie haben eine glänzende Oberfläche und sind blau gefärbt. Der Wirkungsgrad dieser Module beträgt heute 13 bis 17 Prozent. Aufgrund ihrer relativ niedrigen Kosten werden polykristalline Module trotz ihres geringeren Wirkungsgrades heute etwa gleich häufig verbaut wie monokristalline Module.
- Die heute eher in geringerer Stückzahl verbauten Dünnschicht-Module bestehen aus einem Glas, das mit einer dünnen Schicht amorphen Siliziums bedampft oder besprüht ist. Amorph bedeutet ungeordnet – das Silizium liegt hier also nicht in kristalliner Form vor. Diese Module sind etwa 100-mal dünner als die kristallinen Ausführungen, äußerst leicht und funktionieren auch bei diffuser Strahlung und ungünstiger Ausrichtung. Ihr Wirkungsgrad ist mit um die 10 Prozent vergleichsweise gering. Dünnschicht-Module eignen sich daher vor allem für die großflächige Nutzung in Landwirtschaft und Industrie, oder – aufgrund ihres geringen Gewichts – auch auf Gebäuden mit schwächer ausgelegter Statik und für spezielle Anwendungsfälle.
Leistungsfähigkeit von Solarmodulen
Der Wirkungsgrad von Solarzellen gibt an, wie viel Strom im Verhältnis zur einfallenden Sonnenstrahlung erzeugt wird:
Wirkungsgrad = erzeugter Strom / Sonnenstrahlung
Neben dem Wirkungsgrad lässt sich die Leistung eines Photovoltaik-Moduls auch in der Maßeinheit Kilowattpeak (kWp) messen. Kilowattpeak gibt die unter standardisierten Bedingungen gemessene Leistung des Moduls an. Diese Angabe findest du im jeweiligen Moduldatenblatt. Im Schnitt entspricht 1 Kilowattpeak in Deutschland etwa 1.000 Kilowattstunden Strom pro Jahr – im Norden etwas weniger, im Süden etwas mehr.
1 kWp ≈ 1.000 kWh pro Jahr
Neben der unter Standardbedingungen gemessenen Leistung (Standard-Test-Condition, STC-Wert) ist im Datenblatt meist noch der NOCT-Wert (NOCT = Normal Operating Cell Temperature) vermerkt. Dieser soll die Leistung der Module bei durchschnittlichen Außentemperaturen widerspiegeln und einen realistischen Eindruck der Leistung abbilden.
Größe von Photovoltaik-Modulen
Die Abmessungen von Photovoltaik-Modulen sind nicht standardisiert und variieren je nach Hersteller. Häufig werden Module mit 60 Solarzellen verwendet (zum Beispiel 1 m x 1,6 m), die in sechs Spalten und zehn Reihen angeordnet sind. Die einzelnen Zellen sind meist jeweils 6 Zoll (156 mal 156 Millimeter) groß. Aber auch Zellen mit nur 5 Zoll und Module mit 36 bis 72 Zellen in 9, 10 oder 12 Reihen kommen zum Einsatz. Bei Halbzellenmodulen sind dementsprechend 120 Zellen üblich, wobei sich die beanspruchte Fläche üblicherweise nicht von anderen Modultypen unterscheidet.
Länge und Breite der Module können daher weniger als einen Meter bis hin zu über zwei Metern betragen. Dünnschicht-Module haben aufgrund ihrer besonderen Beschaffenheit oft ebenfalls abweichende Größen. Das ist vorteilhaft, da auf jedem Dach unterschiedlich viel Platz zur Verfügung steht und Fenster, Schornsteine sowie Gauben oftmals individuelle Abmessungen erfordern.
Auswahl der richtigen Solarmodule
Um herauszufinden, welche Solarmodule für deine Photovoltaikanlage infrage kommen, solltest du dir über folgende Punkte Gedanken machen:
- Strombedarf
- Witterungsbedingungen: Schneefall, Sonneneinstrahlung
- Beschaffenheit des Dachs: Größe, Stabilität, Ausrichtung, Nutzbare Fläche, Schräg- oder Flachdach
Zum Glück sind PV-Anlagen heute wesentlich effizienter als früher. Insofern lassen sich heute auch für immer komplexere Anwendungsfälle in der Regel geeignete Lösungen finden. Am besten lässt du dich professionell beraten, um die richtigen Module für deinen Standort zu ermitteln – zum Beispiel von den Solar-Experten bei EWE.
Strombedarf
Der individuelle Strombedarf, den du mit der Photovoltaikanlage decken möchtest, sowie der vorhandene Platz auf Dach, Carport etc. beeinflussen die Auswahl der Module maßgeblich: Benötigst du viel Strom, solltest du auf leistungsstärkere Module zurückgreifen (zum Beispiel monokristalline Solarzellen oder Module mit hoher Leistung) oder entsprechend viele und große Module installieren. Letzteres setzt voraus, dass du auf deinem Dach ausreichend Platz zur Verfügung hast und die Dachfläche nicht durch Fenster, Gauben und Schornsteine eingeschränkt wird.
In einer Beratung mit unserem Expertenteam findest du die ideale PV-Anlage. Hier ermittelst du schnell, welche Solaranlage deinen Bedarf deckt, wie viel Stromkosten du einsparst und welchen Anteil deines Stromverbrauchs du mit der Anlage unabhängig produzieren kannst. Die PV-Anlagen von EWE sind üblicherweise aus leistungsfähigen monokristallinen Solarzellen gefertigt.
Die Dimensionierung deiner Solaranlage wird auch davon bestimmt, ob du einen Batteriespeicher anschaffen möchtest. Denn mit einem integrierten Stromspeicher kannst du auch abends und nachts auf den Strom aus deiner Solaranlage zurückgreifen. Aber auch nachträglich ist die Kombination mit einem Stromspeicher problemlos möglich, etwa wenn sich die gleichzeitige Installation aus finanziellen Gründen nicht umsetzen lässt. Die Priorität sollte darauf liegen, mit der Nutzung der Sonnenenergie zu beginnen, anstatt auf ideale Voraussetzungen zu warten.
Beschaffenheit des Dachs und Witterungsbedingungen
Die Ausrichtung und Neigung deines Dachs spielt eine wichtige Rolle bei der Planung deiner idealen PV-Anlage. Ganz klar: Je ungünstiger die Bedingungen, desto weniger Strom erzeugen die Module. Allerdings werden die verfügbaren Module immer leistungsfähiger, weshalb sich PV-Anlagen mittlerweile auch auf weniger optimalen Dächern lohnen.
Ein nach Süden, Südosten oder Südwesten ausgerichtetes Dach profitiert am meisten von der Sonne, aber auch West- und Ost-Dächer eignen sich für effiziente Solar-Module, da sie den Strom passgenau erzeugen, wenn er im Haushalt benötigt wird – und zwar am frühen Vormittag und späten Nachmittag. Selbst Norddächer mit einer Neigung bis zu etwa 20 Grad werden heute immer öfter eingebunden.
Über das ganze Jahr verteilt ist ein Neigungswinkel zwischen 30 und 45 Grad ideal. Aufgrund der sich verändernden Position der Sonne können jedoch auch andere Neigungen je nach Jahreszeit einen guten Ertrag erzielen. Musst du aufgrund der Ausrichtung und Neigung deines Dachs Abstriche bei der Stromproduktion in Kauf nehmen, kannst du zum Ausgleich der Verluste leistungsstärkere Module in Erwägung ziehen. Mit dem Fortschritt der Solarzellenentwicklung steigt der Wirkungsgrad der Solarzellen immer weiter an, sodass der Dachneigung und -ausrichtung heute ein immer kleinerer Stellenwert zukommt.
Handelt es sich bei deinem Dach um ein Flachdach, benötigst du Module, die sich mit einer Standvorrichtung auf dem Dach positionieren und optimal ausrichten lassen. Verfügst du über ein Gebäude mit großer Fläche und gegebenenfalls eingeschränkter Tragfähigkeit, können Dünnschicht-Module ebenfalls eine Lösung sein.
Aufgrund ihres geringen Gewichts lassen sich Dünnschicht-Module auf weniger tragfähigen Dächern anbringen. In ausreichender Zahl sorgen auch sie für einen hohen Ertrag. Dünnschichtmodule spielen im Privatkundenbereich aber eine eher untergeordnete Rolle. Schaue bitte immer auch auf die vom Hersteller angegebene Belastbarkeit der Module, denn unterschiedliche Materialen und je nach Aufbau halten die Module auch unterschiedlich viel aus.
Abwägung der Kosten
Beachte nicht zuletzt, dass sich die Entscheidung für oder gegen eine bestimmte Größe, Leistung oder Funktionsweise der Photovoltaik-Module auch auf die Kosten deiner Solaranlage auswirkt. Denn selbstverständlich sollten die Anschaffungskosten der Solarmodule nicht deinen finanziellen Rahmen übersteigen.
Als zukunftsweisende und klimafreundliche Technologie stellen Bund und Länder für die Photovoltaik verschiedene Förderprogramme bereit. In unserem Ratgeber findest du wertvolle Informationen zu Förderprogrammen und Förderkrediten.
Fazit: Welche Photovoltaik-Module sind die besten?
Welche PV-Module die besten sind, lässt sich nicht pauschal sagen. Um bei der Abwägung zwischen Leistung, Material, Größe und Preis nicht den Überblick zu verlieren, lass dich vor dem Kauf deiner Solarmodule am besten umfassend beraten.
Indem unsere Solarexperten deine Bedürfnisse und die auf deinem Dach gegebenen Voraussetzungen genau analysieren, können wir dir passende Photovoltaik-Module empfehlen. Wir erstellen für dir ein individuelles Angebot – nimm gerne Kontakt zu uns auf.
Photovoltaik-Module haben je nach Hersteller und Modell unterschiedliche Größen. Verbreitet sind eine Zellengröße von sechs Zoll und eine Anordnung von 60 Zellen, als sechs Spalten in zehn Reihen. Aber auch Module mit einer Anzahl von 36 bis 72 Zellen sind erhältlich. Sogenannte Half-Cut-Module (oder Halbzellenmodule) weisen bei ähnlicher Größe doppelt so viele Solarzellen auf. Die Länge und Breite von Solarmodulen reicht von weniger als einem Meter bis hin zu mehr als zwei Metern. Diese Flexibilität macht es möglich, die Photovoltaik-Module individuell auf den vorhandenen Platz anzupassen und die Fläche rund um Schornstein, Fenster und Gauben optimal zu nutzen.
Monokristalline Solarzellen haben mit über 20 Prozent den höchsten Wirkungsgrad. Polykristalline Zellen und Dünnschicht-Module können heute im Vergleich lediglich 13 bis 17 beziehungsweise um die 10 Prozent der einfallenden Sonnenenergie in Strom umwandeln. Der konkrete Ertrag der Photovoltaikanlage und ihrer Solarzellen hängt darüber hinaus von der Neigung und Ausrichtung des Dachs, der Schaltung der Zellen, den Witterungsbedingungen und der Größe der Anlage ab. Auf einer ausreichend großen Fläche kann auch eine Anlage mit Dünnschicht-Modulen einen hohen Ertrag erzielen. Dünnschichtmodule spielen im Privatkundenbereich aber eine eher untergeordnete Rolle. Im Datenblatt der einzelnen Module kannst du zudem die Kilowattpeak-Zahl nachlesen. In Deutschland entspricht ein Kilowattpeak im Schnitt etwa 1.000 Kilowattstunden Strom pro Jahr und gibt dir einen ungefähren Eindruck davon, wie viel Energie du von deinen Photovoltaik-Modulen erwarten kannst.