FAQ

Solarmodule werden in unterschiedlicher Qualität angeboten. Der grundlegende Aufbau der Solarzellen ist meist ähnlich, der wesentliche Unterschied besteht in dem Halbleitermaterial, welches das Licht in Strom umwandelt.

Der grundsätzliche Aufbau von Solarmodulen

Die zentrale Komponente eines Solarmoduls ist der Halbleiter, in dem das Sonnenlicht absorbiert und in elektrischen Strom umgewandelt wird. Die übrigen Komponenten dienen dazu, diesen Halbleiter vor Beschädigungen zu schützen und die gesamte Konstruktion praktisch handhabbar zu machen. Oberhalb und unterhalb der Halbleiterschicht befindet sich je eine Schicht, die dem Schutz vor Feuchtigkeit dient. Zumindest die obere dieser Schichten muss eine sehr gute Lichtdurchlässigkeit aufweisen. Zum Einsatz kommen Gießharz und spezielle Kunststofffolien. Die obere Abdeckung der Solarzelle besteht aus einem speziellen Solarglas, das nur wenig Licht absorbiert. Um auch Reflektionen des einfallenden Lichts zu minimieren, wird eine spezielle Antireflexschicht aufgetragen. Diese gesamte Konstruktion wird mit einem stabilen Rahmen versehen, der eine einfache Montage sowie eine Zusammenschaltung mehrerer Solarmodule ermöglicht.

Kristalline Zellen aus Silizium

Die meisten Solarmodule nutzen Siliziumkristalle zur Stromerzeugung. Diese Kristalle werden künstlich hergestellt, die Größe der Kristalle beeinflusst die Kosten der Herstellung erheblich. In den meisten Fällen werden daher zahlreiche kleinere Kristalle in einer Solarzelle genutzt. Solche Solarmodule werden als polykristalline oder auch multikristalline Module bezeichnet. An den Übergängen zwischen den einzelnen Kristallen treten Verluste auf, weswegen es grundsätzlich vorteilhaft ist, nur einen großen Kristall einzusetzen. Solche monokristallinen Solarzellen weisen einen höheren Wirkungsgrad auf, sind aber in der Herstellung deutlich teurer. Der Energieaufwand für die Gewinnung großer Kristalle ist sehr hoch. Daher brauchen monokristalline Zellen trotz des höheren Wirkungsgrades länger, bis sie die zur Herstellung verbrauchte Energie wieder geliefert haben.

Spezielle Solarmodule: Dünnschichtzellen

So genannte Dünnschichtzellen basieren auf einer einfachen Überlegung: Da das Licht ohnehin zum größten Teil in einer sehr dünnen Schicht nahe der Kristalloberfläche absorbiert wird, kann auf den Einsatz massiver Kristalle prinzipiell verzichtet werden. In Dünnschichtzellen wird der Halbleiter auf den Träger aufgedampft, wobei eine Vielzahl verschiedener Materialien zum Einsatz kommt. Die Vorteile dieser Technologie sind die niedrigeren Kosten und das deutlich geringere Gewicht der Module. Dem steht als Nachteil ein geringerer Wirkungsgrad gegenüber.

Neuere Entwicklungen

An der Entwicklung neuer Typen von Solarmodulen wird intensiv gearbeitet. Zwei Entwicklungen stehen dabei im Zentrum. Als aussichtsreich gilt die organische Photovoltaik, in der dünne Folien aus organischen Halbleitern zum Einsatz kommen. Noch sind die Wirkungsgrade vergleichsweise niedrig, aber dennoch kann diese Technologie bereits heute auf erhebliche Vorteile verweisen. Es können sehr flexible und leichte Module hergestellt werden, die sogar zusammengerollt in der Tasche transportiert werden können. Die Herstellungskosten wären zumindest in der Massenproduktion sehr günstig, die allerdings noch nicht angelaufen ist. Eine zweite Entwicklung mit großem Potenzial sind Konzentratorsolarzellen. Diese greifen die aus der Solarthermie bekannte Idee auf, das Licht vor dem Auftreffen auf die Module zu bündeln. Bereits heute gelingt es, auf diese Weise den Wirkungsgrad der Module ungefähr zu verdoppeln.

Zahlreiche Varianten an Solarmodulen

Die klassische kristalline Solarzelle bekommt zunehmend Konkurrenz, die für spezielle Einsatzgebiete optimiert ist. Dünnschichtzellen zeichnen sich durch niedrige Preise aus, organische Solarzellen darüber hinaus durch breite Einsatzmöglichkeiten aufgrund ihrer leichten und flexiblen Bauweise. Beiden erreichen noch nicht den Wirkungsgrad kristalliner Module. Konzentratorsolarzellen sind in der Herstellung noch recht teuer, erreichen dafür aber den besten Wirkungsgrad.

Der Wechselrichter ist dafür zuständig, den von den Photovoltaik Modulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Daneben verfügen moderne Wechselrichter über eine Fernsteuerung, die es dem Netzbetreiber erlaubt, die Photovoltaikanlage bei Bedarf vom Stromnetz zu trennen.

Trafolose Wechselrichter

Ein wichtiges Unterscheidungskriterium bei Wechselrichtern besteht darin, ob der Wechselrichter über einen Transformator verfügt. Trafolose Wechselrichter weisen einen höheren Wirkungsgrad auf und sind insbesondere bei der Zusammenschaltung vieler Solarmodule überlegen. Da kein Trafo vorhanden ist, um die Spannung auf die erforderliche Netzspannung von 230 Volt zu transformieren, muss die von den Photovoltaik Modulen bereitgestellte Spannung stets oberhalb dieses Wertes liegen. Hier kommt eine auf den ersten Blick überraschende Eigenschaft von Solarmodulen ins Spiel. Die Spannung ist bereits bei geringer Lichteinstrahlung hoch genug. Das liegt im Kern daran, dass die Module bei geringer Einstrahlung einen sehr hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Die Spannung ist gemäß dem Ohmschen Gesetz gleich dem Produkt aus Widerstand und Stromstärke. Nimmt die Einstrahlung ab, sinkt die Stromstärke, aber der Widerstand steigt.

Steuerungsmöglichkeiten

Wechselrichter, die an das Stromnetz angeschlossen sind, passen ihre Frequenz automatisch der Netzfrequenz an. Lediglich für Insellösungen, bei denen eine Photovoltaikanlage nicht an das allgemeine Stromnetz angeschlossen ist, wird eine eigene Frequenzsteuerung unbedingt benötigt. Darüber hinaus müssen Wechselrichter heute dem Netzbetreiber die Fernsteuerung der eingespeisten Leistung ermöglichen. Für Kleinanlagen genügt es, wenn eine Abschaltmöglichkeit über das Netz vorhanden ist. Eine stufenlose Regelung der eingespeisten Leistung ist zwingend nur für große Photovoltaikanlagen erforderlich.

Unterschiedliche Leistungen erfordern mehrere Wechselrichter

Die elektrische Leistung entspricht dem Produkt aus Spannung und Stromstärke. Ein Wechselrichter bestimmt stets den optimalen Arbeitspunkt, sorgt also dafür, dass die eingespeiste Leistung optimal ist. Das gestaltet sich schwierig, wenn die angeschlossenen Solarmodule eine unterschiedliche Leistung liefern. Daher sollten zwei Modulstränge nicht über denselben Wechselrichter ans Netz angeschlossen werden, wenn sie unterschiedlichen Lichtverhältnissen ausgesetzt sind. Ganz fatal wäre es also, zwei Modulstränge auf unterschiedlichen Dachflächen über einen Wechselrichter zu betreiben. Eine Ausnahme bilden die so genannten Multistrang Wechselrichter, die für jeden Strang separat den optimalen Arbeitspunkt ermitteln. Die Photovoltaik Module privater Dachanlagen sind meist auf einer einzigen Dachfläche montiert und unterliegen gleichen Bedingungen. Daher reicht im Regelfall ein Wechselrichter aus.

Einspeisezähler

Zur Ermittlung der Vergütung für den eingespeisten Stroms ist ein Einspeisezähler erforderlich. Dieser muss geeicht sein und wird vom Netzbetreiber gegen eine Gebühr zur Verfügung gestellt. Es ist auch möglich, einen eigenen Einspeisezähler zu nutzen. Zu beachten ist, dass die vom Wechselrichter ermittelte Einspeisung zu ungenau ist und einen geeichten Einspeisezähler nicht ersetzt.