Ein Solarmodul, auch bekannt als Photovoltaik-Modul, ist ein Kernelement in jeder Photovoltaikanlage.

Es besteht aus mehreren in Reihe oder parallel geschalteten Solarzellen, die aus einem Halbleitermaterial hergestellt werden und Sonnenlicht durch den photovoltaischen Effekt in elektrische Energie umwandeln.

Diese Module sind so konzipiert, dass sie auf Dächern, an Gebäudefassaden oder frei stehenden Strukturen installiert werden können. Wenn die Sonne auf die Solarzellen in einem Modul scheint, erzeugt es in diesen einen elektrischen Strom.

Dieser Strom kann dann entweder direkt genutzt, in Batterien gespeichert oder ins Stromnetz eingespeist werden. Solarmodule sind daher eine hervorragende Möglichkeit, umweltfreundliche Energie zu erzeugen und gleichzeitig die Stromkosten zu senken.

Aufbau eines Solarmoduls

Die Hauptkomponenten eines Solarmoduls sind:

• Sicherheitsglas
• Einbettungsschicht
• Solarzellen
• Rückseitenschutz
• Anschlüsse
• Rahmung (falls vorhanden)

Sicherheitsglas: Schutz gegen Umwelteinflüsse

Die zur Sonne gewandte Seite eines Solarmoduls ist typischerweise mit einer Glasscheibe ausgestattet, häufig handelt es sich dabei um Einscheiben-Sicherheitsglas. Dieses Glas dient vor allem dem Schutz der empfindlichen Solarzellen vor Umwelteinflüssen wie Hagel oder Verschmutzung.

Einscheiben-Sicherheitsglas ist besonders widerstandsfähig gegen mechanische und thermische Belastungen und sorgt so für eine lange Lebensdauer des Solarmoduls.

Dabei ist es wichtig, dass die Glasscheibe genug Licht durchlässt, damit die Zellen effektiv arbeiten können. Deshalb kann sie eine antireflektierende Beschichtung haben, um die Effizienz der Energieerzeugung zu erhöhen.

Obere transparente Einbettungsschicht: Verankerung der Solarzellen

Direkt unter der Glasscheibe folgt eine transparente Kunststoffschicht, häufig aus Ethylenvinylacetat oder Polyolefin. In dieser Schicht sind die eigentlichen Solarzellen eingebettet.

Sie dient als Klebstoff, um die Solarzellen sicher zu verankern, die Kontakte zu schützen und sie vor Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen zu bewahren.

Solarzellen: Das Herzstück der Energiegewinnung

Die Solarzellen sind das Herzstück jedes Solarmoduls. Sie bestehen aus einem Halbleitermaterial, meist Silizium, das Licht absorbiert und durch den photoelektrischen Effekt in elektrische Energie umwandelt.

Jede Zelle produziert nur eine kleine Menge an Strom bzw. Spannung. Daher werden die Zellen in Serie oder parallel geschaltet, um genug Energie für nützliche Anwendungen zu erzeugen. Dafür werden sie durch Lötbändchen oder aufgeklebte Kupferdrähte elektrisch miteinander verbunden.

Die Art der Schaltung hängt von den spezifischen Designanforderungen des Moduls ab.

Reihenschaltung von Solarzellen:

Wenn Solarzellen in Reihe geschaltet sind, fließt der Strom durch jede einzelne Zelle nacheinander. Dies erhöht die Spannung des Moduls, während der Strom gleich bleibt.

Reihenschaltungen werden häufig in Solarmodulen verwendet, um eine ausreichende Ausgangsspannung zu erhalten, die für die meisten Anwendungen erforderlich ist.

Parallelschaltung von Solarzellen:

Bei einer Parallelschaltung fließt der Strom durch mehrere Pfade und die Ausgangsleistung erhöht sich, während die Spannung gleich bleibt. Diese Art der Schaltung wird seltener verwendet, da sie zu Problemen führen kann, wenn eine Zelle im Modul defekt ist oder im Schatten liegt.[JV1] 

Kombination von Parallel- und Reihenschaltung

In der Praxis können Solarmodule auch eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltungen verwenden, um die gewünschten elektrischen Eigenschaften zu erreichen.

Zum Beispiel könnten mehrere Stränge von in Reihe geschalteten Zellen parallel geschaltet werden, um sowohl die Spannung als auch den Strom zu erhöhen.

Trotzdem ist die Reihenschaltung am häufigsten zu finden.

Untere transparente Einbettungsschicht

Wie die obere Einbettungsschicht besteht auch diese aus einem lichtdurchlässigen Kunststoffmaterial wie Ethylen-Vinylacetat (EVA). Sie dient dazu, die Solarzellen sicher einzubetten und sie vor Feuchtigkeit und mechanischen Spannungen zu schützen.

Kunststofffolie und Rückseitenkaschierung: Weiterer Schutz und Stabilität

Die Rückseite des Moduls besteht oft aus einer langlebigen und witterungsbeständigen Kunststoffverbundfolie, zum Beispiel aus Polyvinylfluorid und Polyester.

Diese sogenannte Rückseitenverkapselung ist ein wichtiger Bestandteil eines Solarmoduls. Sie verhindert in erster Linie, dass Feuchtigkeit, Schmutz und andere schädliche Umwelteinflüsse in das Innere des Moduls eindringen können. Denn durch Verunreinigungen oder Beschädigungen kann nicht nur die Leistung der Solarzellen beeinträchtigt werden, sondern es kann sogar das ganze Modul ausfallen.

In einigen Fällen, vor allem bei sogenannten Glas-Glas-Modulen, kann die Rückseite statt durch eine Folie auch durch eine weitere Glasscheibe geschützt sein. Diese Module sind besonders robust und langlebig, aber auch etwas schwerer und teurer als herkömmliche Module.

Anschlussdose und Anschlussterminal: Verbindung zum Stromnetz

Auf der Rückseite des Solarmoduls befindet sich eine Anschlussdose mit einer Bypass-Diode und einem Anschlussterminal.

Wofür gibt es die Bypass-Diode?

Wenn eine Solarzelle in einem Modul verschattet wird oder ausfällt, kann dies dazu führen, dass der Stromfluss durch das gesamte Modul unterbrochen wird, da die Zellen in einer Serie geschaltet sind. Dies würde die Leistung des gesamten Moduls stark beeinträchtigen.

Die Bypass-Diode umgeht (daher der Name ‚Bypass‘) die problematische Zelle und ermöglicht es dem Strom, weiter durch das Modul zu fließen. Das bedeutet, dass auch bei teilweiser Verschattung oder Ausfall einer Zelle die restlichen Zellen weiterhin Strom produzieren können und das Solarmodul effizient bleibt.

Die Bypass-Diode verhält sich wie ein Polizist, der den Verkehr um eine Baustelle leitet. Auch wenn ein Teil der Straße blockiert ist, sorgt die Diode dafür, dass der Strom weiter fließen kann.

Wozu dient das Anschlussterminal?

Es ist die Schnittstelle, zum Abgreifen des erzeugten Solarstroms. Das heißt, hier werden die Kabel angeschlossen, die den Strom vom Solarmodul zum Wechselrichter und weiter ins Haus oder ins Stromnetz leiten.

Häufig sind Bypass-Diode und Anschlussterminal bereits werksseitig mit Anschlusskabeln und Steckern ausgestattet.

Rahmen aus Aluminiumprofil: Stabilität und einfache Montage

Der Rahmen eines Solarmoduls besteht häufig aus Aluminium und dient dazu, das Modul während des Transports, der Handhabung und der Montage zu schützen. Außerdem sorgt er für eine zusätzliche Versteifung der Konstruktion und erleichtert die Befestigung des Moduls auf dem Dach.

Bei rahmenlosen Modulen, die oft als Glas-Glas-Module ausgeführt sind, erfolgt die Befestigung direkt auf einer Unterkonstruktion mit speziellen Klemmen.

Rahmenlose Module bieten auch den Vorteil, dass sie weniger anfällig für bestimmte Arten von Schäden sind, wie z.B. Feuchtigkeitseintritt an den Rändern, und sie können ästhetisch ansprechender sein, da sie ein nahtloseres Erscheinungsbild bieten.

Seriennummer: Eindeutige Identifikation und Rückverfolgbarkeit

Nicht wirklich ein Teil des Moduls, aber trotzdem erwähnenswert ist die individuelle Seriennummer, mit der jedes Solarmodul versehen ist. Sie wird entweder auf dem Rahmen angebracht oder ist bei einigen Herstellern auch direkt zusammen mit den Solarzellen unveränderbar eingebettet.

Diese Seriennummer ermöglicht die eindeutige Identifizierung des Moduls und hilft bei der Rückverfolgbarkeit, beispielsweise im Falle eines Defekts oder eines Garantieanspruchs.

Wie funktioniert ein Solarmodul?

Ein Solarmodul funktioniert nach dem Prinzip des photovoltaischen Effekts. Dieser Effekt beschreibt die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Dafür sind vor allem die Solarzellen verantwortlich, aus denen sich das Solarmodul zusammensetzt.

Um das zu verstehen, betrachten wir das Sonnenlicht als Teilchen, sogenannte Photonen, die als Energieträger fungieren. Wenn diese auf die Solarzellen im Solarmodul treffen, werden sie von den Atomen des Halbleitermaterials absorbiert. Dabei übertragen die Photonen ihre Energie auf die Elektronen der Atome.

Dadurch werden die Elektronen aus ihrer ursprünglichen Position gelöst und können sich frei bewegen. In diesem Zustand werden sie als freie Ladungsträger bezeichnet. Durch ein eingebautes elektrisches Feld in der Solarzelle (p-n-Übergang) werden die freien Elektronen in eine Richtung abgelenkt und ein Gleichstrom entsteht.

Über das Anschlussterminal wird der erzeugte Gleichstrom abgegriffen und zum Wechselrichter geführt. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um, der entweder direkt genutzt, in Batterien gespeichert oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann.

In der Summe ermöglicht dieses Zusammenspiel von Sonnenlicht, Solarzellen und der zugehörigen Elektronik die effektive Umwandlung von Sonnenenergie in nutzbare elektrische Energie.

Arten von Solarmodulen

Im Alltag gibt es verschiedene Arten von Solarmodulen, die sich in ihrer Effizienz, Kosten und ästhetischen Eigenschaften unterscheiden. Die drei häufigsten Typen sind monokristalline, polykristalline und Dünnschichtmodule. Die Auswahl hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter Kosten, Leistung und ästhetische Präferenzen.

Monokristalline [JV2] Solarmodule

Monokristalline Solarmodule sind aus Solarzellen zusammengesetzt, die aus einem einzigen, kontinuierlichen Kristallgitter bestehen. Sie sind die effizientesten, aber auch die teuersten Solarmodule auf dem Markt.

Diese Kristalle werden durch ein komplexes Verfahren gewonnen, bei dem Silizium in einem Ofen geschmolzen und dann langsam abgekühlt wird, um einen einzigen, großen Kristall zu bilden. Dieser Kristall wird dann in dünne Scheiben, sogenannte Wafer, geschnitten, die die Grundlage für die Solarzellen bilden.

Monokristalline Solarmodule sind durch ihre charakteristische dunkle Farbe und die abgerundeten Ecken der Zellen leicht zu erkennen.

Der größte Vorteil von monokristallinen Solarmodulen liegt in ihrer Effizienz. Aufgrund der einheitlichen Kristallstruktur können Elektronen sich frei bewegen und es entstehen weniger Störungen, was zu einem höheren Wirkungsgrad führt. Sie sind in der Regel effizienter als polykristalline oder Dünnschichtmodule, besonders bei geringerem Licht.

Der Nachteil dieser Module ist jedoch, dass sie im Vergleich zu anderen Modultypen teurer sind. Dies liegt an dem komplexen und energieintensiven Herstellungsprozess. Dennoch können sie eine gute Investition sein, insbesondere in Bereichen mit begrenztem Platzangebot, da sie aufgrund ihrer hohen Effizienz weniger Fläche für die gleiche Energieausbeute benötigen.

Polykristalline Solarmodule

Polykristalline Solarmodule bestehen aus Solarzellen, die aus vielen kleinen Siliziumkristallen bestehen. Sie sind weniger effizient als monokristalline Module, aber auch weniger teuer.

Polykristalline Solarmodule, manchmal auch multikristalline Module genannt, enthalten Solarzellen, die aus vielen kleinen Siliziumkristallen bestehen. Im Gegensatz zu monokristallinen Modulen, bei denen das Silizium in einem Stück abgekühlt wird, wird das Silizium bei polykristallinen Modulen schneller abgekühlt, was zu vielen kleineren Kristallen führt. Diese multikristalline Struktur gibt den polykristallinen Solarmodulen ihr charakteristisches „geflecktes“ Aussehen und ihre blaue Farbe.

Polykristalline Solarmodule erreichen zwar nicht ganz die gleiche Effizienz wie monokristalline Module, dafür sind sie in der Regel aber auch weniger kostspielig zu produzieren. Dies macht sie zu einer gängigen Wahl für viele Solarsysteme, insbesondere wenn Platz kein Problem ist.

Polykristalline Module bieten eine gute Balance zwischen Kosten und Effizienz und sind eine solide Option für viele Anwendungen. Der Hauptnachteil dieser Module besteht darin, dass sie unter hohen Temperaturen oder geringem Licht nicht so gut abschneiden wie monokristalline Module, obwohl die Unterschiede in der Praxis oft gering sind.

Dünnschicht-Solarmodule

Dünnschicht-Solarmodule bestehen aus sehr dünnen Schichten von Halbleitermaterial und sind weniger effizient als kristalline Module. Sie sind jedoch flexibler und können auf verschiedene Oberflächen aufgebracht werden, was sie ideal für bestimmte Anwendungen macht.

Das Halbleitermaterial in Dünnschichtmodulen ist wesentlich dünner als das in herkömmlichen kristallinen Siliziummodulen, daher der Name „Dünnschicht“. Die gebräuchlichsten Materialien, die in Dünnschichtmodulen verwendet werden, sind Kadmiumtellurid, Kupfer-Indium-Gallium-Selenid und amorphes Silizium.

Dünnschichtmodule haben in der Regel einen niedrigeren Wirkungsgrad als kristalline Module, aber sie haben auch einige Vorteile, die sie attraktiv machen. Sie können flexibler sein und durch ihr geringes Gewicht auch auf Oberflächen aufgebracht werden, die nicht geeignet sind, traditionelle Module zu tragen, wie z. B. leichte Dachmaterialien oder gekrümmte Oberflächen.

Dünnschichtmodule haben auch den Vorteil, dass sie besser unter bestimmten Bedingungen wie diffuser Beleuchtung oder hohen Temperaturen arbeiten. Zudem sind sie oft weniger kostenintensiv in der Herstellung, was sie für großflächige Installationen attraktiv macht. Jedoch benötigen sie mehr Fläche, um die gleiche Menge an Energie zu produzieren, was bei Platzmangel zu einem Nachteil werden kann.

Fazit

Der grundsätzliche Aufbaue ist für alle Solarmodule ähnlich. Sie betten eine Reihe von Solarzellen in mehrere Schutzschichten ein und werden mit Anschlüssen verbunden, um Sonnenlicht von Ihrem Dach in nutzbare Energie umzuwandeln.

Trotzdem gibt es auch signifikante Unterschiede bei den Solarmodulen, die jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile mit sich bringen in Bezug auf Effizienz, Kosten und ästhetischen Eigenschaften.

Um zu entscheiden, welche Module für die jeweilige Situation am besten geeignet sind, müssen viele Faktoren beachtet werden. Deshalb ist es immer eine gute Idee, die Meinung eines Fachmanns einzuholen.

Kurz gesagt:
Mehrere Solarzellen, eingebettet in verschiedene Schutzschichten und einen Rahmen ergeben ein Solarmodul.
Dabei sind monokristalline Module am effizientesten, aber auch am teuersten, während polykristalline Module eine gute Balance zwischen Kosten und Effizienz bieten. Dünnschichtmodule sind weniger effizient, aber ihre Flexibilität und die Möglichkeit, sie auf verschiedenen Oberflächen anzubringen, machen sie für bestimmte Anwendungen attraktiv.

Nachgefragt:

Kann ich Solarmodule auf meinem Dach installieren und welche Anforderungen müssen erfüllt sein?

Ja, die meisten Dächer sind geeignet für die Installation von Solarmodulen, vorausgesetzt sie sind stark genug, haben genügend Platz und sind in der richtigen Neigung und Richtung (in der Regel nach Süden in der Nordhalbkugel) ausgerichtet. Es ist auch wichtig, dass das Dach nicht von Schatten bedeckt ist.

Wie wirken sich Solarmodule auf den Wert meines Hauses aus?

In vielen Fällen können Solarmodule den Wert eines Hauses erhöhen, da sie die Energiekosten senken und als attraktives Verkaufsmerkmal dienen können.

Wie viel kosten Solarmodule und was sind die Kosten für die Installation einer Solaranlage?

Die Kosten für Solarmodule und deren Installation variieren stark je nach Region, Anbieter und Anlagengröße. Im Durchschnitt kostet ein Solarmodul etwa 200 bis 300 Euro, wobei die Gesamtkosten einer Solaranlage für ein durchschnittliches Wohnhaus in der Regel um die 20.000 Euro liegen (Stand 2023 – das ist nur ein grober Richtwert, der je nach Situation drastisch abweichen kann).[JV3] 

Wie effizient sind Solarmodule und wie viel Strom können sie produzieren?

Die Effizienz von Solarmodulen variiert in der Regel zwischen 15% und 20%, wobei einige hochleistungsfähige Modelle eine Effizienz von bis zu 22% oder mehr erreichen können. Die produzierte Energiemenge hängt von der Größe der Module, der Menge an einfallendem Sonnenlicht und der Effizienz der Module ab. Ein typisches Modul kann in einem Jahr etwa 200 bis 300 kWh Strom erzeugen.

Sind Solarmodule in meiner Region effektiv und wie wirkt sich das Klima auf die Leistung aus?

Solarmodule sind in fast allen Regionen effektiv, aber ihre Effizienz hängt von der Menge des verfügbaren Sonnenlichts ab. Regionen mit höherer Sonneneinstrahlung erzeugen logischerweise mehr Solarstrom. Kältere Temperaturen können die Effizienz der Module tatsächlich erhöhen, obwohl Schnee und Eis die Module bedecken und die Leistung reduzieren können.

Welche Wartung erfordern Solarmodule und wie häufig muss diese durchgeführt werden?

Solarmodule erfordern relativ wenig Wartung. In der Regel müssen sie nur gelegentlich gereinigt werden, um Staub und Schmutz zu entfernen, der sich ansammeln und die Effizienz verringern könnte. Bei Schneefall müssen sie möglicherweise von Schnee befreit werden.

Wie reinigt man Solarmodule?

Solarmodule können mit warmem Wasser und einem weichen Schwamm oder Tuch gereinigt werden. Vermeiden Sie scharfe Reinigungsmittel und hartes Schrubben, da diese das Modul beschädigen können.

Wie lange halten Solarmodule und bieten sie eine gute Rendite für die Investition?

Solarmodule haben in der Regel eine Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren, das hängt von vielen Faktoren ab. Außerdem ist zu beachten, dass sie nach diesem Zeitraum zwar immer noch Strom produzieren können, allerdings mit geringerer Effizienz. Die reduziert sich normalerweise um etwa 0,5-1% pro Jahr.

Die Rendite der Investition hängt von vielen Faktoren ab, darunter den örtlichen Strompreisen, den Installationskosten und den verfügbaren staatlichen Anreizen, aber viele Hausbesitzer finden, dass sich Solaranlagen innerhalb von 7 bis 10 Jahren amortisieren.

Wie umweltfreundlich sind Solarmodule und was geschieht mit ihnen am Ende ihrer Lebensdauer?

Solarmodule sind sehr umweltfreundlich, da sie während ihrer Betriebszeit keine Emissionen erzeugen. Am Ende ihrer Lebensdauer können sie recycelt werden, obwohl dies noch eine Herausforderung darstellt, da das Recycling von Solarmodulen komplex ist und spezielle Verfahren erfordert. Doch sowohl die Glas- als auch die Halbleitermaterialien, die zur Herstellung des Moduls verwendet wurden, können extrahiert werden.

Können Solarmodule im Regen Energie erzeugen?

Ja, Solarmodule können auch bei Regen Energie erzeugen, allerdings ist die Produktion deutlich geringer als bei Sonnenschein. Sie arbeiten aufgrund des diffusen Lichts, das trotz der Wolkendecke vorhanden ist.

Was passiert, wenn Solarmodule verschattet werden?

Wenn Solarmodule verschattet werden, kann ihre Leistung erheblich abnehmen. Deshalb ist es wichtig, sie an Orten zu installieren, wo sie so viel Sonnenlicht wie möglich erhalten.

Wie kann man die Effizienz von Solarmodulen erhöhen?

Es gibt verschiedene Wege, um die Effizienz von Solarmodulen zu erhöhen, darunter die Verwendung von hochwertigen Materialien, optimale Ausrichtung und Neigung, regelmäßige Reinigung und Wartung sowie die Verwendung von MPPT- oder PWM-Ladereglern.

Was sind die besten Solarmodule?

Die besten Solarmodule hängen von den spezifischen Bedürfnissen und dem Budget des Einzelnen ab.

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 [JV1]Hier bin ich mir noch nicht hundertprozentig sicher, ob das so stimmt.
Das würde ich im Hinterkopf behalten und mir später nochmal anschauen oder (alternativ) die H4-Überschriften an dieser Stelle weglassen.

 [JV2]Der grau markierte Bereich könnte als 3 eigene Artikel extrahiert werden. Dadurch wäre der „Grundartikel“ nur noch ca. 1200 Wörter lang

 [JV3]Ich wette, das ist eine der häufigsten Fragen und mich persönlich hätte das auch sehr interessiert. UND mir ist klar, das da nur ein Richtwert bei herauskommt, aber mir persönlich würde das an dieser Stelle völlig reichen.
ABER dadurch „agen“ wir die Seite auch und müssten das eventuell bei weiterer Inflation/Deflation geänderter Marktlage immer anpassen.