Eine Photovoltaikanlage setzt sich aus einer Vielzahl von verschalteten Strings zusammen. Strings bestehen hingegen aus zusammengeschalteten Solarmodulen, die je nach Größe und Art der PV-Anlage variieren können. Somit bilden Solarmodule, welche wiederum aus mehreren Solarzellen bestehen, gewissermaßen das Herzstück einer Solaranlage, da sie die maßgeblichen Komponenten für die Energieerzeugung darstellen. Grundsätzlich gibt es verschiedene Bauformen für Photovoltaik Module, die sich sowohl in Qualität als auch in Konstruktionsweise unterscheiden.
Inhaltsverzeichnis
So funktionieren Solarmodule
Durch den sogenannten Photoeffekt wird Strahlungsenergie innerhalb von Solarzellen in Gleichstrom umgewandelt. Somit ist eine Solarzelle eine Halbleiterdiode, die aus unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten zusammengesetzt werden. Die jeweiligen Schichten enthalten unterschiedliche elektrische Spannungen (positiv und negativ) und bilden an ihrem Übergang (p-n Übergang) ein elektrisches Feld, welches den Ladungsausgleich verhindert und die beiden Felder voneinander trennt. Beim Schließen des Stromkreises ermöglicht die Grenzschicht, dass der Strom nur in eine Richtung fließt. Solarzellen können anhand ihrer Halbleitermaterialien unterschieden werden.
Verschiedene Arten von PV-Modulen
Mittlerweile haben sich drei gängige Solarmodultypen etabliert, zwischen denen Sie Ihre Auswahl treffen können. Zusätzlich gibt es diverse Sondermodule, die auf spezielle Anforderungen angepasst sind.
Polykristalline Module
Das Halbleitermaterial bei polykristallinen Solarzellen besteht aus Silizium. Silicium wird zur Herstellung der Solarzellen geschmolzen, mit Boratomen „verschmutzt“ (dotiert) und dann in große Blöcke gegossen. Wenn sich das flüssige Silizium abkühlt und fest wird, entstehen Kristallstrukturen in unterschiedlichen Größen. Von diesem Block werden dann Scheiben abgetrennt. Jede abgetrennte Scheibe ergibt eine polykristalline Solarzelle. Dieses Herstellungsverfahren bedingt, dass die Kristalle sich unterschiedlich ausrichten und in leichten Blautönen schimmern. Mehrere polykristalline Solarzellen werden dann zu einem Solarmodul zusammengeschlossen. Polykristalline Solarzellen bestehen einem geringeren Anteil an Silizium und hat somit einen Wirkungsgrad, der um 15% geringer ist, als der von monokristallinen Solarmodulen. Die Herstellung gestaltet sich jedoch effizienter und weniger aufwendig, sodass ein geringerer Preis sowie eine bessere Umweltbilanz zu Buche stehen.
Monokristalline Module
Aus dem Halbleiter Silizium werden ebenfalls monokristalline Solarzellen hergestellt. Im Vergleich zu polykristallinen Solarzellen entsteht jedoch durch ein anderes Herstellungsverfahren ein sogenanntes Einkristall. Von diesem werden anschließend Scheiben abgetrennt. Da es keine unterschiedliche Kristallorientierung gibt, entstehen keine unterschiedlichen Ausrichtungen und somit weniger Verluste. Damit ist der Wirkungsgrad der monokristallinen Solarzellen höher, wobei die Fertigung jedoch teurer als bei polykristallinen Solarmodulen ausfällt und einen höheren Energieaufwand erfordert.
Dünnschichtzellen
Dünnschichtzellen unterscheiden sich grundlegend in der Herstellung von polykristallinen und monokristallinen Modulen, da sie aus „amorphen“ Solarzellen hergestellt werden. Somit sind sie dünner und leichter als die anderen Module. Zur Herstellung werden Halbleiter (Silizium, Cadmiumtellurid oder Kupferindiumdiselenid) in einer dünnen Schicht auf ein Trägermaterial, z.B. Glas, aufgetragen.
Das Modul wird direkt verschaltet und mit einer weiteren Glasschicht abgedeckt. Im Vergleich zu kristallinen Zellen ist der Wirkungsgrad von Dünnschichtzellen jedoch geringer, wohingegen die Fertigung um einiges preiswerter ausfällt, weshalb der Anteil am Photovoltaik Markt mehr und mehr steigt. Ein Vorteil der Dünnschichtzellen ist, dass die Leistungsfähigkeit bei diffusem Licht oder Verschattung der Anlage nur gering beeinträchtigt wird, sodass Dächer mit ungünstiger Lage ebenfalls rentabel Energie erzeugen können.
Sondermodule
Sondermodule sind vor allem bei speziellen Anforderungen und individuellen Dacharten gefragt. Zu dem Angebot an Sondermodulen zählen unter anderem transparente oder farbige Solarmodule, dachziegelförmige Solarmodule, dreieckige und runde Solarmodule, Hybridmodule, Blindmodule und quasi monokristalline Module.
Aufbau von Photovoltaik Modulen
In einem Solarmodul werden mehrere Solarzellen verschaltet. Um Verschleiß und Witterungseinflüsse zu minimieren, werden diese Solarzellen verkapselt. Diese Verkapselung sorgt zudem für eine gute Wärmeableitung und Isolierung nach außen hin. Ein Solarmodul besteht daher aus einem Rahmen, der im unteren Bereich von einer Folie abgedeckt wird. Zur Abdeckung der Module wird in der Regel eine Glasschicht verwendet, die besonderen Anforderungen, wie Nässe oder Schneelasten, gerecht werden muss.
Der Schichtaufbau eines Dünnschichtmoduls sieht dagegen wie folgt aus: Trägermaterial wird durch Laminierfolie von der Abdeckung (z.B. Glas) getrennt. Wird das Halbleitermaterial bei der Dünnschichtzelle dagegen gleich auf das Glas aufgedampft, dann folgt auf die Glasabdeckung das Laminat und schließlich eine Rückenabdeckung.
