Das Herz einer Solaranlage sind ihre Photovoltaikmodule. In ihnen wird aus Sonnenenergie klimafreundlicher Strom erzeugt. In den vergangenen Jahrzehnten haben sich die Solarmodule kontinuierlich entwickelt – was können sie heute und welche Funktionen müssen sie erfüllen?
So funktioniert ein Solarmodul
Solarmodule setzen sich aus vielen einzelnen Solarzellen zusammen. Die Zellen bestehen aus einem Halbleitermaterial. Der Halbleiter, meist Silizium, erhöht die Leitfähigkeit der Zelle. Strahlt nun Sonnenlicht auf das Modul, bewegen sich die Elektronen in der Zelle und erzeugen so Strom. Der Strom wird durch Metallkontakte abgeführt. Je höher die Leistung und die Effizienz der Module sind, desto mehr Strom erzeugen sie aus der Sonnenenergie.
Mehr Leistung auf weniger Fläche
In den letzten Jahren hat sich die Moduleffizienz immer weiter erhöht. Das heißt auch: Bei gleicher Größe erzeugen PV-Module jetzt mehr Strom. Durchschnittliche Solarmodule haben inzwischen eine Leistung von rund 400 Wp, mit einer Fläche von 1,7 m².
Photovoltaik Komplettanlage für 10 kWp
Für eine 10 Kilowatt Peak (kWp) Anlage und einem 400 Wp werden 4,25 qm benötigt. Im Vergleich zu älteren Modellen benötigen wir dabei nur noch die Hälfte der Fläche.
Die Solarzellen-Forschung arbeitet daran, die Wirkungsgrade von Modulen weiter zu erhöhen. Aus physikalischen Gründen lässt sich aber nie die komplette Sonnenenergie in elektrischen Strom umwandeln – die Wirkungsgrade von Photovoltaikmodulen können maximal zwischen 30 und 40 % betragen (Shockley-Queisser-Grenze).
Effizienz: Der Wirkungsgrad von Solarmodulen
Wie hoch die Moduleffizienz ist, erkennen Verbraucher am Wirkungsgrad. Er beschreibt, wie viel Prozent der Sonnenenergie, die auf das PV-Modul trifft, in Strom umgewandelt werden kann. Je höher die Angabe ist, desto effizienter arbeitet das Modul.
Der Wirkungsgrad ist abhängig von der Technologie, im Folgenden die wichtigsten Typen.
Amorphe Photovoltaik-Module
Amorphe PV-Module sind dünn, leicht und günstig in der Herstellung. Die Technologie eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, da sie sich biegen und falten lassen und gute Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen besitzen. Mit ihrem niedrigeren Temperaturkoeffizienten erzeugen sie kaum Wärme und ihre Effizienz bleibt bei höheren Temperaturen stabil. Der Wirkungsgrad ist gering und liegt bei maximal 10 %.
Polykristalline Photovoltaik-Module
Polykristalline PV-Module mit dem Halbleiter Silizium haben einen Wirkungsgrad von 15 bis 20 %. Sie dominierten lang den Markt für Eigenheimmodule, inzwischen werden die blauen PV-Module jedoch zunehmend von monokristallinen Modulen abgelöst.
Monokristalline-Module
Diese PV-Module haben den höchsten Wirkungsgrad, er liegt bei 20 % und darüber. Das Preis-Leistungs-Verhältnis ist optimal, so haben diese Zellen auch den größten Marktanteil, der liegt bei rund 85 %.
Die Oberfläche monokristalliner Module ist gleichmäßig dunkelblau bis schwarz. Das ist für die Anlageneigentümer meist attraktiver als die bläulich gescheckten Oberflächen der polykristallinen Module. Polykristalline Module kommen noch auf einen Anteil von knapp 15 Prozent. Dünnschichtmodule erreichen einen Marktanteil von unter fünf Prozent.
Photovoltaikmodule: Leistung, Effizienz und Sicherheit
Monokristalline Solarmodule mit hohem Wirkungsgrad
- Triton von EXE Solar (420-440 Wp) mit einem Wirkungsgrad von über 22 Prozent
- ZXM7-SHLD108 von ZN Shine (395-415 Wp) mit einem Wirkungsgrad von 21,7 Prozent
- JAM54S31 von JA Solar (390-415 Wp) mit einem Wirkungsgrad von 21,3 Prozent
Sicherheit: PV-Module mit Blitzschutz
Solarmodule, die von seriösen Händlern verkauft werden, sind grundsätzlich normgeprüft und sicher. Ein erhöhtes Blitzschlagrisiko besteht durch die Module auf dem Dach in der Regel nicht. Einige Versicherungen verlangen jedoch einen Blitzschutz. Schlägt ein Blitz auf die Module oder in der Nähe des Hauses ein, kann das größere Schaden verhindern.
Der Blitzschutz einer Photovoltaikanlage besteht aus einem äußeren und einem inneren Schutzsystem. Der äußere Blitzschutz besteht aus mehreren vertikalen Metallstangen auf dem Dach, die miteinander und über eine Metallleitung mit der Erde verbunden sind. Wichtig ist, dass die Metallstangen die höchsten Punkte auf dem Dach ausmachen und die Erdleitungen den geringsten elektrischen Widerstand haben. So kann der Blitz über das Stangensystem in die Erde ableiten.
Sicherheit: PV-Module mit Potenzialausgleich
Der innere Blitzschutz minimiert die Folgen eines Blitzeinschlags. Wichtig ist dafür, dass die Solaranlage Teil des Potenzialausgleichs ist – so wie das Hausstromnetz, Metallrohre wie Wasserleitungen und Metallkonstruktionen im Baukörper.
Sie sind alle sternförmig über Potenzial-Ausgleichsleitungen mit einer Haupterdungsschiene verbunden. Das verhindert, dass Induktionsströme das Gebäude schädigen. Der innere Blitzschutz einer PV-Anlage besteht durch eine spezielle Erdungsleitung, diese wird parallel zur Verbindung zwischen den Modulen und dem Wechselrichter gezogen.
Im Normalbetrieb ist der elektrische Widerstand in dieser Leitung sehr hoch – es fließt also fast kein Strom ungewollt in die Erde ab. Bei Überspannungen jedoch wird der Widerstand gering und die Induktionsströme können in die Erde ableiten.
Besserer Brandschutz durch Glas-Glas-Module
Übrigens: Besonders sicher sind Photovoltaikmodule, die auf der Vorder- und Rückseite aus Glas bestehen. Diese Glas-Glas-Module bieten im Brandfall einen besseren Schutz im Vergleich zu Modulen, die auf der Rückseite mit einer leichten entflammbaren Folie versehen sind.
In Reihenhäusern verringern Glas-Glas-Module den erforderlichen Sicherheitsabstand zum Nachbardach auf 50 Zentimeter. Bei Glas-Folie-Modulen sind es 1,25 Meter. Im besten Fall ermöglicht der zusätzliche Platz, weitere Module auf dem Dach zu installieren und so noch mehr Solarstrom zu erzeugen.
Glas-Glas-Module
- ZXM7-SHLD108 von ZN Shine (395-415 Wp)
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Wissenswertes: Watt Peak (Wp)
Von Solarmodulen abgegebene elektrische Leistung bei einer Temperatur von 25°, einer Bestrahlungsstärke von 1kW / m² und einem definierten Spektrum für das Licht.
1000 Watt Peak = 1kWp