Photovoltaik-Handbuch
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Arten von Solarmodulen & Wirkungsgrade
Kapitel 2: Grundlagen der Photovoltaik
Arten von Solarmodulen & Wirkungsgrade
Arian Elezkurtaj
Stand:
Wer sich mit Photovoltaik beschäftigt, stößt schnell auf Begriffe wie monokristallin, bifazial oder Wirkungsgrad. Gleichzeitig unterscheiden sich Solarmodule heute deutlich stärker als noch vor einigen Jahren. Nicht jedes Modul passt zu jedem Dach und nicht jedes Modul ist für jeden Einsatzzweck sinnvoll.
Zusammenfassung
Solarmodule unterscheiden sich deutlich in Technologie, Aufbau und Einsatzbereich.
Monokristalline Module sind der heutige Standard für Wohngebäude.
Der Wirkungsgrad zeigt die Flächeneffizienz, nicht automatisch die Qualität.
Alle Module verlieren über die Jahre Leistung, hochwertige Module jedoch langsamer.
Entscheidend ist das Gesamtpaket aus Effizienz, Bauweise und Haltbarkeit.
Was für Arten von Solarmodulen gibt es?
Grundsätzlich lassen sich Solarmodule nach Zelltechnologie, Aufbau und Einsatzbereich unterscheiden. Im privaten Bereich dominieren heute kristalline Siliziummodule, während andere Technologien eher Spezialanwendungen bedienen.
Monokristalline Solarmodule
Monokristalline Module bestehen aus Solarzellen, die aus einem einzigen Siliziumkristall gefertigt werden. Diese Struktur sorgt für besonders gute elektrische Eigenschaften.
Sie zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine gleichmäßige, meist schwarze Optik aus. Aufgrund der hohen Effizienz eignen sie sich besonders gut für Dächer mit begrenzter Fläche. Heute sind monokristalline Module der Standard bei neuen PV-Anlagen.
Polykristalline Solarmodule
Polykristalline Module bestehen aus mehreren Siliziumkristallen pro Zelle. Die Herstellung ist günstiger, dafür ist die Struktur weniger effizient.
Sie haben einen niedrigeren Wirkungsgrad als monokristalline Module und sind optisch meist bläulich schimmernd. In Neubauten werden sie kaum noch eingesetzt, da der Preisunterschied zu effizienteren Modulen gering geworden ist.
Organische Solarzellen
Organische Solarzellen bestehen aus kunststoffbasierten Halbleitern. Sie sind leicht, flexibel und teilweise transparent.
Der Wirkungsgrad ist jedoch deutlich geringer als bei klassischen Siliziummodulen. Zudem ist die Lebensdauer begrenzt. Organische Solarzellen spielen aktuell kaum eine Rolle für Dachanlagen, sondern eher in Forschung, Design oder mobilen Anwendungen.
Dünnschichtmodule
Dünnschichtmodule nutzen extrem dünne Halbleiterschichten, zum Beispiel aus Cadmiumtellurid oder amorphem Silizium.
Sie sind weniger effizient, haben aber Vorteile bei diffusem Licht und hohen Temperaturen. Aufgrund des niedrigen Wirkungsgrads benötigen sie deutlich mehr Fläche und werden im privaten Bereich nur selten eingesetzt.
Glas-Glas-Module
Bei Glas-Glas-Modulen sind die Solarzellen zwischen zwei Glasscheiben eingebettet. Sie Können sowohl monokristalline als auch polykristalline Solarzellen enthalten. Dadurch sind sie besonders robust und langlebig.
Sie bieten einen besseren Schutz vor Feuchtigkeit, mechanischer Belastung und Alterung. Glas-Glas-Module werden häufig mit längeren Garantien angeboten und gelten als besonders hochwertig.
Glas-Folie-Module
Glas-Folie-Module bestehen aus einer Glasscheibe auf der Vorderseite und einer Kunststofffolie auf der Rückseite.
Sie sind leichter und günstiger als Glas-Glas-Module, dafür etwas anfälliger für Alterung und mechanische Belastung. Der Großteil der installierten PV-Anlagen nutzt diese Bauweise.
Bifaziale Solarmodule
Bifaziale Module können Licht sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite in Strom umwandeln.
Sie nutzen reflektiertes Licht vom Boden oder von hellen Oberflächen. Besonders sinnvoll sind sie bei Aufständerungen, Flachdächern oder Freiflächenanlagen. Der Mehrertrag hängt stark von den Umgebungsbedingungen ab.
Was ist der Wirkungsgrad eines Solarmoduls?
Der Wirkungsgrad beschreibt, wie viel Prozent der einfallenden Sonnenenergie ein Solarmodul in elektrische Energie umwandeln kann.
Ein Modul mit 20 Prozent Wirkungsgrad wandelt also 20 Prozent der Sonnenstrahlung in Strom um, der Rest geht als Wärme oder Reflexion verloren. Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet: Mehr Strom auf derselben Dachfläche. Er sagt aber nichts darüber aus, wie langlebig oder hochwertig ein Modul ist.
Modultyp | Typischer Wirkungsgrad |
|---|---|
Monokristallin | ca. 20–23 % |
Polykristallin | ca. 16–18 % |
Dünnschicht | ca. 10–13 % |
Bifazial (Frontseite) | ca. 20–22 % |
Degradation von PV: Was ist das?
Degradation beschreibt den jährlichen Leistungsverlust von Solarmodulen im Laufe der Zeit. Jedes Modul verliert mit den Jahren etwas an Leistung, selbst bei optimalen Bedingungen.
Wichtig ist dabei nicht nur der anfängliche Wirkungsgrad, sondern wie stabil die Leistung über 20, 25 oder 30 Jahre bleibt.
Lichtinduzierte Degradation (LID)
LID steht für „Lichtinduzierte Degradation“ und beschreibt einen anfänglichen Leistungsverlust, der bei neuen Solarmodulen in den ersten Betriebsmonaten auftreten kann. Ursache ist die erste intensive Sonneneinstrahlung, durch die sich bestimmte Materialeigenschaften im Silizium leicht verändern.
Der Leistungsverlust tritt in der Regel nur einmalig auf und liegt meist im Bereich von 1 bis 3 Prozent. Nach dieser Anfangsphase stabilisiert sich die Leistung des Moduls und bleibt anschließend weitgehend konstant.
LeTID (licht- & temperaturinduziert)
LeTID ist ein Leistungsverlust, der durch starke Sonneneinstrahlung und gleichzeitig hohe Temperaturen entstehen kann. Sie betrifft bestimmte Zelltechnologien und kann sich über einen längeren Zeitraum entwickeln.
Moderne Zelltypen und verbesserte Herstellungsverfahren haben dieses Risiko jedoch deutlich reduziert, sodass LeTID bei aktuellen Qualitätsmodulen nur noch eine untergeordnete Rolle spielt.
PID (Potenzialinduzierte Degradation)
PID ist ein spezieller Leistungsverlust, der entstehen kann, wenn zwischen Modul und Rahmen dauerhaft eine hohe elektrische Spannung anliegt. Dabei verändern sich elektrische Eigenschaften der Solarzellen, wodurch die Leistung sinkt.
Betroffen sind vor allem Anlagen mit höheren Systemspannungen. Der Leistungsverlust erfolgt schleichend und kann einige Prozent betragen.
Moderne Module sind heute meist PID-resistent ausgelegt. Bei fachgerechter Planung spielt PID insbesondere bei privaten Dachanlagen nur noch eine untergeordnete Rolle.
Materialalterung
Über viele Jahre hinweg altern Materialien wie Kunststofffolien, Lötstellen oder Zellverbinder. Diese Prozesse verlaufen langsam und gleichmäßig.
Qualitativ hochwertige Module zeigen hier deutlich geringere Verluste.
Mechanische Belastung
Schnee, Wind, Temperaturschwankungen und Montagebelastungen wirken dauerhaft auf ein Modul ein.
Eine stabile Modulbauweise, insbesondere Glas-Glas-Module, reduziert das Risiko von Mikrorissen und Leistungsverlusten.
Typischer Degradation von PV-Modulen
Wie stark sich die Leistung einer Photovoltaikanlage im Laufe der Zeit verändert, lässt sich anhand typischer Restleistungswerte darstellen. Die folgende Tabelle zeigt, mit welcher verbleibenden Leistung bei Qualitätsmodulen nach 1, 10, 20 und 30 Jahren üblicherweise gerechnet werden kann. Die Werte sind Durchschnittsbereiche und können je nach Modultechnologie und Hersteller leicht variieren.
Zeitraum | Typische Restleistung |
|---|---|
nach 1 Jahr | ca. 97–98 % |
nach 10 Jahren | ca. 92–94 % |
nach 20 Jahren | ca. 86–89 % |
nach 30 Jahren | ca. 82–85 % |
Worauf sollten Sie nun achten?
Die Wahl des richtigen Solarmoduls hängt nicht nur vom Wirkungsgrad ab. Entscheidend sind auch Bauweise, Degradation, verfügbare Dachfläche und Einsatzbedingungen. Monokristalline Module mit moderner Zelltechnologie sind heute der Standard für Wohngebäude. Glas-Glas- und bifaziale Module bieten zusätzliche Vorteile bei Langlebigkeit und Ertrag.
Wer Photovoltaik langfristig wirtschaftlich nutzen möchte, sollte Module nicht nur nach Leistung, sondern nach Gesamtkonzept auswählen. Qualität, Haltbarkeit und realistische Erträge sind am Ende wichtiger als ein einzelner Prozentpunkt Wirkungsgrad.
