Der Begriff Solarmodul hat sich als gängister Begriff für Photovoltaik Generator etabliert. Weitere Synonyme wie Photovotaikzelle, Photovoltaikmodul, Solarkollektor, Solarzelle, PV Modul oder Sonnenkollektor werden jedoch ebenfalls häufig genutzt um ein und das gleiche zu beschreiben.

Photovoltaik existiert bereits seit den 70. Jahren, jedoch hat die Solar Technik in den letzten 10 Jahren an wirtschaftlicher und ökologischer Bedeutung gewonnen. Der Siegeszug der Solartechnik geht einher mit den klimatischen Veränderungen mit denen sich unsere heutige Gesellschaft konfrontiert sieht.

Im folgenden möchten wir Ihnen einen kurzen Einblick in den Aufbau, verwendete Modultypen und Technische Merkmale eines Solarmoduls geben.

Aufbau eines Solarmodul

Das Herzstück eines Solarmodul bilden die Solarzellen. Diese bestehen in der Regel aus monokristallinen oder polykristallinen Silizium und werden durch Lötbändchen elektrisch miteinander verbunden. Die verschalteten Solarzellen werden wiederum in eine transparente Kunststoffschicht eingebettet, diese besteht meistens aus Ethylenvinylacetat (EVA). Auf der Oberseite (der zur Sonne gewandten Seite) des Solarmoduls schützt eine Glasscheibe das Solarmodul vor Witterungseinflüssen. Inzwischen ist man dazu übergegangen spezial Glas zu verwenden das auf der einen Seite widrigsten Bedingungen wie Hagel standhält als auch möglichst viel Licht durchlässt um somit die Leistung und Langlebigkeit des Moduls zu erhöhen. Glas, Solarzellen, die EVA Kunststoffschichten und die Rückseitenkaschierung werden abschließend von einem eloxierten Aluminiumprofil eingefasst. Dieses schütz das Modul vor Schäden bei Transport und Montage und sorgt für die notwendige Versteifung des Verbundes. Rückseitig ist eine Anschlussdose mit entsprechenden Bypass Dioden vormontiert. Die Dioden sind mit den Anschlussklemmen verschaltet und schützen das Modul vor Schäden bei Verschattung oder Defekt.

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Solarmodul Monokristallin

Monokristalline Solarmodule zeichnen sich durch einen sehr hohen Wirkungsgrad aus. Diese Module kommen überwiegend dann zum Einsatz wenn nur eine begrenzte Dachfläche für die Montage einer Solaranlage zur Verfügung steht und eine maximale Umwandlung von Sonnenenergie in Solarstrom angestrebt ist. Charakteristisch für diesen Modultyp ist der hohe Silizium Gehalt in den Solarzellen und die daraus resultierende dunkelblaue bis schwarze Färbung der Solarzellen. Da der Rohstoff Silizium ein bestimmender Kostenfaktor ist, sind monokristalline Module meist teurer als die anderen Modul Typen. Zu den höheren Kosten trägt auch der aufwendige Herstellungsprozess monokristalliner Module bei. Die höheren Kosten relativieren sich allerdings wenn man diese in Verhältnis zu dem höheren Wirkungsgrad und der Lebensdauer von 20- 30 Jahren setzt. Hierbei übernehmen die Hersteller in der Regel eine Produktgarantie von 3-5 Jahren und eine Leistungsgarantie von 20 - 25 Jahren, so dass sich eine Investition in monokristalline Solarmodule rentiert.

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Solarmodul Polykristallin

Polykristalline Solarmodule sind weltweit die wohl am meist verbreitetsten Solarmodule. Der Wirkungsgrad polykristalliner Module ist geringer als der Wirkungsgrad monokristalliner Solarmodule. Das verwendete Silizium in den Zellen ist ein Mix aus reinem und unreinem Silizium und wird in der Herstellung verschmolzen und zu einem Block gegossen wobei multikristalline Verbindungen entstehen. Polykristalline Solarmodule sind in ihrer Färbung heller als monokristalline Solarmodule und dadurch leicht zu unterscheiden. Aufgrund der niedrigeren Herstellungs- und Rohstoffkosten sind polykristalline Module günstiger in der Anschaffung und werden in Projekten eingesetzt in denen große Flächen mit Solarmodulen zu bestücken sind.

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Solarmodul Dünnschicht

Hierbei handelt es sich um Solarmodule bei denen ein vereinfachtes Produktionsverfahren zum tragen kommt. Außerdem ist die Schichtdicke der eingesetzen Materialien deutlich geringer. Inzwischen existieren unterschiedliche Typen von Dünnschicht Modulen (Thinfilm), bei den verwendeten Materialien kommen amorphes Silizium Cadmium-Tellurid (CdTe) oder Kupfer-Indium-Schwefel-Selen-Verbindungen zum Einsatz. In den letzten Jahren sind im Bereich der Wirkungsgrade erhebliche Fortschritte erzielt worden, allerdings sind die verwendeten Materialien aufgrund ihrer Umweltverträglichkeit auch nicht ganz unumstritten. In den letzten Jahren haben Dünnschicht Module jedoch immer mehr an Popularität gewonnen da diese ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis aufweisen. Ein Grund weswegen sie immer öfter in Solarparks und großen Solaranalgen eingesetzt werden.

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Leistung eines Solarmoduls

Die Spitzennennleistung eines Solarmodul wird in Watt-Peak (Wp) angegeben und wird unter Laborbedingungen gemessen. Hierbei wird eine Einstahlungswert von 1000W/m2 und eine Zelltemperatur von 25°C zugrunde gelegt. Die Laborbedingungen werden in der Praxis aber nur selten erreicht, da der durchschnittliche Einstrahlungswert im Durchschnitt niedriger liegt und die Zell-Temperatur i.d.R. im Sommer höher ist. Als Richtwert kann man sagen das ein 100W-Modul zwischen 50 Wh (trüber, kurzer Wintertag) und 700Wh (klarer, langer Sommertag) Tagesertrag liefert. Als Faustregel kann man für jedes Watt Nennleistung (Wp) einen Jahresertrag von ca. 900Wh veranschlagen. Genauere Informationen zu Einstrahlungswerten liefert das von der EU gestützte Photovoltaische Geografische Informations System PVGIS. (Link)

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Technische Daten

Die Technischen Merkmale eines Solarmodul werden vom Hersteller unter standardisierten Testbedingungen ermittelt und im Produkt Datenblatt des jeweiligen Modul Typs hinterlegt. Die wichtigsten Daten sind:

Leerlaufspannung UOC (open circuit voltage)
Kurzschlussstrom ISC (short circuit power)
Betriebspunkt maximaler Leistung (MPP Maximum Power Point)
Spannung im bestmöglichen Betriebspunkt UMPP
Strom im bestmöglichen Betriebspunkt IMPP
Leistung im bestmöglichen Betriebspunkt PMPP
Koeffizient für die Leistungsänderung im Verhältnis zur Zelltemperatur
Modulwirkungsgrad (Leistung des Solarmodul im Verhältnis zur Fläche)

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Einsatzmöglichkeiten

Grundsätzlich werden Solarmodule für die Stromgewinnung genutzt. Da es sich die EU unter anderem zum Ziel gemacht hat den CO2 zu senken und regenerative Energien zu fördern werden Solaranlagen überwiegend zur Stromeinspeisung und als Rendite Objekt genutzt. Solarenergie liefert jedoch auch die Möglichkeit der Stromgewinnung an Orten an denen die Infrastrukturellen Vorraussetzungen nicht gegeben sind. Die Einsatzmöglichkeiten beschränken sich hierbei nicht wie sich zunächst vermuten lässt ausschließlich auf Entwicklungsländer. So genannte 12V-Solarmodule ermöglichen auch den Einsatz in kleinen Insellösungen, also Solar Anlagen die nicht mit dem Stromnetz verbunden sind. So kann mit einem 12V-Solarmodul bereits ein entsprechendes Endgerät betrieben werden.

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