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Maximiere deine Energieeffizienz - mit Photovoltaikmodulen

Photovoltaikmodule wandeln Sonnenlicht in elektrische Energie um. Sie bestehen aus Solarzellen, die es in verschiedenen Ausführungen gibt, wie z.B. aus Silizium, Cadmiumtellurid oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid. Es gibt zwei Haupttypen von Modulen: kristalline und Dünnschichtmodule. Kristalline Module gibt es wiederum in zwei Untertypen: monokristalline und polykristalline. In diesem Artikel erfährst du alles, was du bei der Wahl der PV-Module beachten musst.
Autor
Inga Cords
Aktualisiert am
Lesezeit
9 min

Was ist ein Photovoltaikmodul?

Ein Photovoltaikmodul, auch PV-Modul genannt, ist ein wichtiger Bestandteil einer Solaranlage, die kostenlose Sonnenenergie zur Stromerzeugung nutzt. Ein Modul besteht aus miteinander verknüpften Solarzellen, die meist aus Silizium hergestellt werden und Sonnenlicht in nutzbaren Strom umwandeln. In den letzten Jahren hat sich die technische Entwicklung von Photovoltaikmodulen schnell fortgeschritten und auch die Preise haben sich stark verringert. 

Es gibt zwei Haupttypen von Modulen: kristalline Module und Dünnschichtmodule. Kristalline Module, die aus reinem Silizium hergestellt werden und etwas höhere Wirkungsgrade erreichen, sind die beliebtesten der beiden. Es gibt zwei Untertypen von kristallinen Modulen: mono- und polykristalline Module. Polykristalline Module sind etwas günstiger als monokristalline Module, die aus reinem Silizium hergestellt werden. Monokristalline Module erreichen jedoch etwas höhere Wirkungsgrade als polykristalline Module.

Wie funktioniert eine Solarzelle?

Eine Solarzelle ist ein elektronisches Bauelement, das aus Halbleitermaterial hergestellt wird und dazu dient, Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Die Funktionsweise einer Solarzelle basiert auf dem Photoeffekt, einem physikalischen Phänomen, bei dem Lichtenergie in Elektronenenergie umgewandelt wird.

Wenn Sonnenlicht auf eine Solarzelle trifft, werden die Photonen, die das Licht ausmachen, vom Halbleitermaterial absorbiert und geben ihre Energie an Elektronen im Halbleitermaterial ab. Diese Elektronen werden angeregt und bewegen sich von der oberen in die untere Schicht des Halbleiters. Dabei entsteht eine elektrische Spannung zwischen den beiden Schichten.

Um diese elektrische Energie nutzen zu können, muss sie von der Solarzelle auf eine externe Schaltung übertragen werden. Dabei besteht ein Solarmodul  aus drei Schichten: einer negativ-dotierten Schicht, einer Grenzschicht und einer p-dotierten Schicht. Die negativ-dotierte Schicht enthält einen Überschuss an negativ geladenen Teilchen (Elektronen), während die untere p-dotierte Schicht zu wenig Elektronen hat. 

In Solarzellen wird Silizium als Halbleiter verwendet, da es seine Leitfähigkeit bei hohen Temperaturen oder Lichtverstärkung deutlich verbessert. Wenn Sonnenlicht auf eine Solarzelle trifft, werden Elektronen in der oberen Siliziumschicht angeregt und bewegen sich von der oberen in die untere Schicht. Diese Bewegung von Elektronen ist gleichbedeutend mit einem Stromfluss.

Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, die auf unterschiedlichen Halbleitermaterialien basieren. Am häufigsten werden Solarzellen aus Silizium hergestellt, es gibt jedoch auch Solarzellen aus anderen Materialien wie Cadmium-Tellurid oder Kupfer-Indium-Diselenid. Die Wirkungsgrade von Solarzellen, d.h. der Anteil der absorbierten Lichtenergie, die tatsächlich in elektrische Energie umgewandelt wird, variieren je nach Material und Herstellungsverfahren.

Solarmodul

Welche PV-Modul Arten gibt es?

Glas-Folie-Module

Glas-Folie-Module sind eine Standardvariante von Solarmodulen, die aus einer Glasscheibe auf der Vorderseite und einer Folie auf der Rückseite bestehen. Die Glasscheibe schützt das Modul vor Schnee, Regen, Windlast und anderen Belastungen, während die Folie auf der Rückseite, meist eine Tedlarfolie, für den elektrischen Anschluss des Moduls verwendet wird.

Im Vergleich zu Glas-Glas-Modulen sind Glas-Folie-Module leichter und einfacher zu montieren. Diese sind aufgrund der Massenproduktion auch kostengünstiger. Glas-Folie-Module sind jedoch weniger robust und haben einen geringeren Wirkungsgrad als Glas-Glas-Module.

Glas-Glas-Module

Glas-Glas-Module sind Photovoltaikmodule, die auf beiden Seiten mit einer Glasschicht versehen sind. Dies verleiht den Modulen eine erhöhte Widerstandskraft und verlängert somit ihre Lebensdauer. Aus diesem Grund bieten Hersteller von Glas-Glas-Modulen häufig deutlich erhöhte Garantien, wie zum Beispiel Leistungsgarantien von 30 Jahren und Produktgarantien von 15-25 Jahren. 

Allerdings sind Glas-Glas-Module aufgrund ihres erhöhten Gewichts schwieriger zu montieren und eignen sich daher möglicherweise nicht für alle Anwendungen. Sie haben jedoch im Vergleich zu Glas-Folie-Modulen einen höheren Wirkungsgrad und sind robuster. 

Dünnschichtmodule

Dünnschichtmodule sind Solarmodule, die aus extrem dünnen Solarzellen aus amorphem Silizium, Cadmium-Tellurid oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) bestehen. Im Herstellungsprozess werden diese Materialien in Schichten von nur einem Mikrometer Dicke auf ein Trägermaterial aufgedampft oder aufgesprüht. Dünnschichtmodule sind leichter und flexibler als Glas-Glas- und Glas-Folie-Module, aber auch weniger leistungsfähig. 

Der Wirkungsgrad von Dünnschichtmodulen beträgt nur 4-10%, weshalb sie für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäusern weniger geeignet sind, da hier häufig nicht genügend Dachfläche verfügbar ist. Dünnschichtmodule eignen sich daher eher für großflächige Anlagen in Industrie- oder Gewerbegebäuden.

1KOMMA5° Solarmodul

Solarmodul - Made in Europe

Die Idee ist: Ein preisgünstiges Solarmodul mit einem verantwortungsvollen Einfluss sollte so umweltfreundlich und ethisch wie möglich beschafft werden.

1KOMMA5° bringt ein eigenes Solarmodul auf den Markt. Dieses Solarmodul wird  aus europäischem Polysilizium hergestellt und in Deutschland entwickelt. Die Module verfügen über eine Garantie von 25 Jahren. Das Full Black-Modul wird ab Mitte 2023 in Zentraleuropa, Skandinavien, Finnland und Australien erhältlich sein.

Wichtige Kennzahlen eines PV-Moduls

Leistungstoleranz

Die Leistungstoleranz ist eine Kennzahl, die die Abweichung der Nennleistung eines Solarmoduls von der tatsächlichen Leistung beschreibt. Sie wird in Prozent angegeben und gibt an, wie viel die tatsächliche Leistung von der Nennleistung abweichen darf. Eine geringere Leistungstoleranz bedeutet, dass die tatsächliche Leistung des Moduls der Nennleistung möglichst nahekommen sollte. 

Solarmodule mit einer niedrigen Leistungstoleranz sind also genauer kalibriert und haben in der Regel auch eine höhere Qualität. Die Leistungstoleranz ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl von Solarmodulen, da sie Auswirkungen auf die Energieerträge und damit auf die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage hat.

Modulwirkungsgrad

Der Modulwirkungsgrad gibt an, wie effektiv ein Solarmodul das einfallende Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt. Er wird in Prozent angegeben und gibt an, wie viel Prozent der einfallenden Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Der Modulwirkungsgrad ist von verschiedenen Faktoren abhängig, wie zum Beispiel der Qualität der Solarzellen, der Materialien und der Verarbeitungstechnik. Ein höherer Modulwirkungsgrad bedeutet, dass das Solarmodul effektiver Strom erzeugt und damit auch höhere Energieerträge liefern kann. 

Der Modulwirkungsgrad von monokristallinen Modulen liegt in der Regel zwischen 15% und 22%, während der Modulwirkungsgrad von polykristallinen Modulen im Bereich von 12% bis 18% liegt. Der Modulwirkungsgrad von Dünnschichtmodulen ist im Vergleich dazu in der Regel deutlich geringer und liegt zwischen 4% und 10%.

Produktgarantie

Die Produktgarantie ist eine Garantie, die vom Hersteller eines Solarmoduls angeboten wird und die Eigenschaften und die Funktionsfähigkeit des Moduls über einen bestimmten Zeitraum hinweg gewährleistet. Die Produktgarantie gibt an, wie lange der Hersteller für Mängel am Modul haftet und wie lange das Modul garantiert betriebsbereit bleiben sollte. Eine längere Produktgarantie kann ein Indikator für die Qualität und Langlebigkeit eines Solarmoduls sein.

Wenn das Modul innerhalb der Garantiezeit ausfällt, muss es vom Hersteller kostenlos repariert oder ersetzt werden.

Leistungsgarantie

Die Leistungsgarantie ist eine Garantie, die vom Hersteller eines Solarmoduls angeboten wird und die Leistung des Moduls über einen bestimmten Zeitraum hinweg gewährleistet. Die Leistungsgarantie gibt an, wie lange der Hersteller für die Einhaltung einer bestimmten Mindestleistung des Moduls haftet und wie lange das Modul garantiert eine bestimmte Leistung erbringen sollte.

Gewicht

Das Gewicht eines Solarmoduls ist von verschiedenen Faktoren abhängig, wie zum Beispiel dem Material der Solarzellen und der Träger Substrate, der Größe des Moduls und der Art der Verarbeitungstechnik. Glas-Glas-Module sind in der Regel schwerer als Glas-Folie-Module, da sie auf beiden Seiten mit Glas verkleidet sind. Dünnschichtmodule hingegen sind meist der leichteste Modultyp. 

Glas-Folie-Module haben in der Regel ein Gewicht von etwa 15-20 kg pro Quadratmeter, Glas-Glas-Module etwa 20-30 kg pro Quadratmeter und Dünnschichtmodule etwa 5-10 kg pro Quadratmeter.

Diese Probleme gibt es häufig bei der Materialbeschaffung zur Herstellung von Solarmodulen

Die Beschaffung der für die Herstellung von Solarmodulen verwendeten Materialien ist oft ein kritisches Thema, da viele Lieferketten nicht transparent sind. Dies kann zahlreiche Probleme mit sich bringen, darunter Menschenrechtsverletzungen und Umweltschäden. 

Eines der wichtigsten Materialien für die Herstellung von Solarmodulen ist Polysilizium, eine hochreine Form von Silizium, das für die Herstellung der Wafer verwendet wird, aus denen die Solarzellen bestehen. Dabei  werden 79,4 % des weltweiten Polysiliziums in China hergestellt, während nur 8,0 % aus der Europäischen Union stammen. Die Produktion von Polysilizium in China wurde mit Zwangsarbeit in bestimmten Gebieten in Verbindung gebracht, was Bedenken hinsichtlich der ethischen Beschaffung dieses wichtigen Materials aufkommen lässt.

Wafer sind der nächste Schritt im Produktionsprozess von Solarmodulen, und auch hier dominiert China den Markt: 96,8 % der Wafer kommen aus dem Land, verglichen mit nur 0,5 % aus der EU. Die Produktion von Solarzellen, die aus Wafern hergestellt werden, ist ebenfalls stark auf China konzentriert: 85,1 % der Zellen kommen aus dem Land und nur 0,6 % aus der EU.

Die Produktion von Solarmodulen, die aus Zellen hergestellt werden, ist ebenfalls stark auf China konzentriert: 74,7 % der Module kommen aus China, gegenüber 2,8 % aus der EU. Die Abhängigkeit von chinesischen Materialien und chinesischer Produktion hat Bedenken hinsichtlich des Risikos von Unterbrechungen der Lieferkette und möglicher politischer Spannungen aufkommen lassen, insbesondere im Hinblick auf die aktuelle Situation mit Taiwan.

Insgesamt ist klar, dass die intransparente Beschaffung von Materialien für Solarmodule ein Thema ist, das angegangen werden muss!

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