Module, mit denen Sonnenlicht aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt wird, werden auf Dächer oder andern Flächen montiert. Für diese Module gibt es die gängigen Oberbegriffe “Solarmodule” und “Photovoltaikmodule”.
Solarmodule können einzeln oder in Gruppen zu Modulreihen oder Modulfeldern verschaltet werden, um die Gesamtleistung der Anlage zu erhöhen. Sie sind robust, langlebig und wartungsarm und bieten eine zuverlässige und nachhaltige Energiequelle für verschiedene Anwendungen.
Solarmodule bestehen in der Regel aus mehreren Solarzellen, die zu einem Solarmodul zusammengesetzt sind.
In einfachen Worten: Solarzellen sind die eigentlichen Energie erzeugenden Bausteine, während Solarmodule die Baugruppen sind, die diese Zellen schützen, sie verbinden und den erzeugten Strom ableiten.
Solarzellen, die die das Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandeln bestehen i.d.R. aus einem Minuspol (Metallgitter an der Oberfläche) und einem Pluspol (Unterseite der Zelle). Dazwischen befindet sich ein Halbleiter: eine Schicht, in der sich elektronische Teilchen – Elektronen – bewegen.
Mit Solarmodulen wird Gleichstrom erzeugt, der mithilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom gewandelt werden muss, um elektrische Geräte betreiben und um ihn ins öffentliche Stromnetz einspeisen zu können.
Durch die ständige Weiterentwicklung der Solartechnik gibt es inzwischen eine Vielzahl von Modul-Varianten, die jeweils unterschiedliche Merkmale aufweisen und für verschiedene Bauvorhaben (Steildach, Flachdach, Freifläche, Gewässer, Gebäudeintegriert, senkrechte Montage für Zäune etc.) Verwendung finden.
Die wichtigsten Solarmodule und ihre Merkmale
(Zunächst die mit den größten Marktanteilen)
Monokristalline Siliziumsolarzellen
Monokristalline Siliziumsolarzellen zeichnen sich durch ihren hohen Wirkungsgrad aus, der durch die Verwendung von Siliziumkristallen mit einer einheitlichen Struktur erreicht wird. Sie bieten eine bessere Leistung pro Fläche im Vergleich zu polykristallinen Zellen, was sie ideal für Anwendungen macht, bei denen begrenzter Platz vorhanden ist oder eine maximale Energieausbeute pro Fläche erforderlich ist.
Der Nachteil ist, dass monokristalline Zellen in der Regel teurer in der Herstellung sind als polykristalline Zellen. Sie finden häufig Verwendung in Wohnanlagen und anderen Anwendungen, wo Platzbeschränkungen bestehen und der Fokus auf der Effizienz liegt.
Monokristalline Silizium-Solarzellen sind für einen beträchtlichen Teil des weltweiten PV-Marktes verantwortlich und haben einen Marktanteil von etwa 35–40%.
Polykristalline Siliziumsolarzellen
Polykristalline Siliziumsolarzellen sind weit verbreitet in der Solarindustrie aufgrund ihrer ausgewogenen Kombination aus Kosten und Leistung. Sie bieten eine gute Effizienz zu einem erschwinglichen Preis, was sie für viele Solarprojekte attraktiv macht. Ihre Herstellung ist kostengünstiger als die von monokristallinen Zellen, da sie aus Silizium mit weniger reiner Kristallstruktur hergestellt werden.
Der Nachteil ist, dass sie im Allgemeinen einen etwas niedrigeren Wirkungsgrad haben als monokristalline Zellen. Polykristalline Zellen finden häufig Anwendung in großflächigen Solaranlagen, wo die Kosten eine entscheidende Rolle spielen und der Platz kein begrenzender Faktor ist.
Polykristalline Silizium-Solarzellen sind ebenfalls weit verbreitet und haben einen Marktanteil von etwa 30–35%.
Dünnschicht-Solarzellen
Dünnschicht-Solarzellen bestehen aus einer dünnen Schicht photovoltaischen Materials, die auf einem Substrat aufgebracht wird. Sie zeichnen sich durch ihre Flexibilität und Leichtigkeit aus, was sie ideal für Anwendungen macht, bei denen Flexibilität und geringes Gewicht erforderlich sind.
Dünnschichtzellen haben jedoch in der Regel einen niedrigeren Wirkungsgrad als kristalline Zellen und erfordern daher eine größere Oberfläche zur Erzeugung derselben Menge an Energie. Sie werden häufig in tragbaren Ladegeräten, integrierten Solarlösungen in Gebäuden und anderen Anwendungen eingesetzt, bei denen Flexibilität wichtiger ist als maximale Effizienz.
Dünnschicht-Solarzellen, einschließlich der Amorphe Siliziumsolarzelle machen zusammen etwa 10–15% des PV-Marktes aus.
Amorphe Siliziumsolarzellen
Amorphe Siliziumsolarzellen (a‑Si) sind eine Art von Dünnschicht-Solarzellen, die aus einer dünnen Schicht amorphem Silizium hergestellt werden. Im Vergleich zu kristallinen Solarzellen sind sie kostengünstiger herzustellen, da weniger Rohmaterialien benötigt werden und aufwendige Waferherstellungsverfahren vermieden werden.
Obwohl ihre Effizienz im Vergleich zu kristallinen Zellen niedriger ist, bieten sie Vorteile bei ungünstigen Lichtverhältnissen und hohen Betriebstemperaturen. Ihre ungeordnete, nicht-kristalline Struktur ermöglicht eine dünnere Zellschicht und macht sie flexibler und leichter. Daher werden sie häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen Flexibilität und geringes Gewicht wichtig sind, wie z.B. in tragbaren Geräten, flexiblen Solarmodulen und integrierten Solaranwendungen.
Die Technologie der amorphen Siliziumzellen hat sich in den letzten Jahren weiterentwickelt und stellt eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Solarzellen dar.
Perowskit-Solarzellen
Perowskit-Solarzellen sind eine vielversprechende Art von Solarzellen, die auf Perowskit-Kristallen basieren. Sie zeichnen sich durch ihre hohe Effizienz und niedrige Herstellungskosten aus. Die Bauart besteht aus einer Schicht aus organischen, anorganischen und metallorganischen Materialien, die in dünnen Schichten aufeinander abgeschieden werden. Dies ermöglichten eine kostengünstige Herstellung und flexible Anpassung an verschiedene Oberflächen.
Zu den Vorteilen gehören die hohe Effizienz bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom, die Eignung für flexible und leichte Anwendungen sowie die potenzielle Kosteneffizienz aufgrund der einfachen Herstellung. Allerdings sind Perowskit-Solarzellen anfällig für Feuchtigkeit und Umwelteinflüsse, was ihre Langzeitstabilität beeinträchtigen kann. Darüber hinaus gibt es Bedenken hinsichtlich der Toxizität einiger Perowskit-Materialien.
Ihr Marktanteil liegt derzeit noch bei weniger als 5%, aber aufgrund ihrer vielversprechenden Effizienz und niedrigeren Herstellungskosten wird erwartet, dass er in den kommenden Jahren steigen wird.
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Alle jetzt folgenden Solarmodule sind alphabetisch geordnet.
Bifaziale Solarmodule
Bifaziale Solarmodule zeichnen sich dadurch aus, dass sie sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite Sonnenlicht absorbieren und in elektrische Energie umwandeln können. Ihr Hauptvorteil liegt in der höheren Gesamtleistung im Vergleich zu einseitig absorbierenden Modulen, insbesondere in Umgebungen mit reflektierenden Oberflächen wie Schnee oder Wasser.
Sie finden Anwendung in Freiflächenanlagen und anderen Umgebungen, in denen eine maximale Energieausbeute erforderlich ist.
CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid) Solarmodule
CIGS Solarmodule verwenden eine dünne Schicht aus Kupfer, Indium, Gallium und Selenid als Halbleitermaterial. Ihr Hauptvorteil liegt in ihrer Flexibilität, Leichtbauweise und hohen Effizienz. Sie eignen sich gut für Anwendungen, bei denen flexible oder gebogene Oberflächen benötigt werden, wie beispielsweise auf Dächern mit unregelmäßiger Form oder in tragbaren Anwendungen.
Ein möglicher Nachteil könnte die Komplexität der Herstellung sein, aber ihre Vielseitigkeit macht sie attraktiv für verschiedene Anwendungen.
Doppelglasmodule
Doppelglasmodule sind eine spezielle Form von Solarmodulen, bei denen die Solarzellen zwischen zwei Glasscheiben eingeschlossen sind.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarmodulen, bei denen die Solarzellen auf einem Trägermaterial wie Kunststoff oder Aluminium montiert sind, werden bei Doppelglasmodulen die Solarzellen direkt zwischen zwei Glasscheiben angebracht und anschließend miteinander versiegelt.
Diese Bauweise bietet eine verbesserte Stabilität und Haltbarkeit der Module sowie eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen und mechanische Belastungen.
Doppelglasmodule werden häufig in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt, z.B. in Küstengebieten, Wüsten oder auf Gebäuden mit extremen Wetterbedingungen. Sie sind besonders langlebig und wartungsarm und eignen sich daher gut für den Einsatz in anspruchsvollen Umgebungen und für Anwendungen, bei denen eine hohe Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit gefordert ist.
Fresnelkollektoren
Fresnelkollektoren verwenden Fresnel-Linsen, um Sonnenlicht auf Solarzellen zu konzentrieren. Ihr Hauptvorteil liegt in ihrer Fähigkeit, Sonnenlicht effizient zu konzentrieren, was zu einer verbesserten Leistung führt.
Sie werden häufig in solarthermischen Kraftwerken eingesetzt, um Dampf für die Stromerzeugung zu erzeugen. Ihr Hauptnachteil ist ihre Komplexität und der Bedarf an präziser Ausrichtung, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Glasfaser-Solarmodule
Glasfaser-Solarmodule sind eine innovative Form von Solarmodulen, die Glasfaser-Technologie nutzen, um Sonnenlicht einzufangen und in elektrische Energie umzuwandeln.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Silizium-Solarmodulen, die eine starre Struktur aus Siliziumzellen und Glas haben, verwenden Glasfaser-Solarmodule flexible Glasfasern oder ‑platten, die es ihnen ermöglichen, sich an verschiedene Oberflächen anzupassen und in verschiedene Formen zu bringen. Diese Flexibilität macht sie besonders geeignet für Anwendungen, bei denen konventionelle Solarmodule nicht eingesetzt werden können, wie z.B. gekrümmte Oberflächen, unebene Gelände oder mobile Anwendungen.
Glasfaser-Solarmodule bieten eine hohe Leistungsfähigkeit, Haltbarkeit und Ästhetik und können dazu beitragen, die Integration von Photovoltaik in verschiedene Umgebungen und Strukturen zu erleichtern. Sie sind eine vielversprechende Technologie für die Nutzung von Solarenergie in urbanen Gebieten, wo Platzmangel, ästhetische Anforderungen oder architektonische Einschränkungen eine Rolle spielen.
Heterojunction-Solarzellen (HJT-Solarzellen)
Heterojunction-Solarzellen verwenden eine spezielle Struktur mit Heteroübergängen zwischen verschiedenen Materialien, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Sie zeichnen sich durch ihre gute Leistung bei verschiedenen Lichtintensitäten aus und eignen sich daher ideal für Anwendungen, bei denen eine hohe Energieausbeute pro Fläche erforderlich ist.
Ihr Hauptvorteil liegt in ihrer Effizienz, während ihr Hauptnachteil möglicherweise höhere Herstellungskosten sind. HJT-Solarzellen werden häufig in kommerziellen und industriellen Solarsystemen eingesetzt, wo eine optimale Leistung entscheidend ist.
Heteroübergangssolarzellen
Heteroübergangssolarzellen nutzen Heteroübergänge zwischen verschiedenen Materialien, um den Wirkungsgrad zu verbessern. Ihr Hauptvorteil liegt in ihrer verbesserten Effizienz im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen. Sie können in Anwendungen eingesetzt werden, die hohe Wirkungsgrade und eine gute Leistung bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen erfordern.
Ein potenzieller Nachteil kann die höheren Herstellungskosten sein, aber ihre Leistungsfähigkeit macht sie ideal für den Einsatz in Bereichen, in denen eine maximale Energieausbeute erforderlich ist, wie beispielsweise in der Raumfahrttechnik oder in Hochleistungssolarsystemen.
HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin-layer) Solarmodule
HIT Solarmodule verwenden eine Kombination aus amorphem und kristallinem Silizium, um einen Heteroübergang zwischen den Schichten zu erzeugen. Ihr Hauptvorteil liegt in einer höheren Effizienz und besserer Leistung bei hohen Temperaturen sowie einer erhöhten Stabilität und Langlebigkeit der Module.
Obwohl möglicherweise höhere Herstellungskosten anfallen, sind HIT-Module attraktiv für Anwendungen, in denen eine zuverlässige und langlebige Energieerzeugung erforderlich ist.
Multikristalline Siliziumsolarzellen
Multikristalline Siliziumsolarzellen bestehen aus mehreren Siliziumkristallen, was zu einer weniger homogenen Kristallstruktur führt als bei monokristallinen Zellen. Sie bieten eine ausgewogene Kombination aus Kosten und Leistung und werden häufig in großen Solaranlagen eingesetzt, wo der Platz kein begrenzender Faktor ist und die Kosten eine wichtige Rolle spielen.
Ihr Wirkungsgrad kann etwas niedriger sein als der von monokristallinen Zellen, aber ihre kostengünstigere Herstellung macht sie attraktiv für Projekte mit großem Maßstab.
PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) Solarmodule
PERC Solarmodule verwenden eine spezielle Technologie, bei der die Rückseite der Solarzellen passiviert wird, um die Rekombination von Ladungsträgern zu verringern. Ihr Hauptvorteil liegt in einem erhöhten Wirkungsgrad und einer verbesserten Leistung, insbesondere bei schwachen Lichtverhältnissen oder hohen Temperaturen.
Ein potenzieller Nachteil könnte der höhere Herstellungsaufwand sein, aber ihre verbesserte Effizienz macht sie attraktiv für Anwendungen, in denen eine zuverlässige Energieerzeugung erforderlich ist, unabhängig von den Umgebungsbedingungen.
Perowskit-Silicium-Tandemmodule
Perowskit-Silicium-Tandemmodule sind eine vielversprechende Art von Solarzellen, die aus einer Kombination von Perowskit-Solarzellen und Silicium-Solarzellen bestehen.
Perowskit-Solarzellen haben ein hohes Absorptionsvermögen für Sonnenlicht und können kostengünstig hergestellt werden, während Silicium-Solarzellen eine hohe Effizienz und Langzeitstabilität aufweisen. Durch die Kombination beider Technologien in Tandemmodulen kann eine verbesserte Effizienz und Leistungsfähigkeit erreicht werden, da beide Materialien unterschiedliche Wellenlängen des Sonnenlichts absorbieren und somit das Spektrum des eingefangenen Lichts optimal ausnutzen.
Perowskit-Silicium-Tandemmodule gelten als vielversprechender Ansatz zur Steigerung der Effizienz von Solarzellen und zur Senkung der Kosten für Solarenergie.
Insgesamt stellen Perowskit-Solarzellen eine vielversprechende Technologie dar, die jedoch noch weiterentwickelt werden muss, um ihre Langzeitstabilität und Umweltverträglichkeit zu verbessern.
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Transparente Solarzellen
Transparente Solarzellen können in transparente Oberflächen wie Fenster integriert werden, um Solarenergie zu erzeugen, ohne die ästhetische Qualität der Struktur zu beeinträchtigen. Ihr Hauptvorteil liegt in ihrer ästhetischen Integration und der Möglichkeit, ungenutzte Oberflächen in Energiequellen umzuwandeln.
Ihr Hauptnachteil ist, dass sie im Allgemeinen einen niedrigeren Wirkungsgrad haben als herkömmliche Solarzellen und daher weniger Energie pro Fläche erzeugen. Transparente Solarzellen werden häufig in der Gebäudeintegration verwendet, um Solarenergieeffizienz zu verbessern, ohne das Erscheinungsbild zu beeinträchtigen.
Vakuum-Dünnschicht-Solarzellen
Der Unterschied zu „normalen“ Dünnschicht-Solarzellen besteht darin, dass sie unter Verwendung von Hochvakuumtechniken hergestellt werden. Sie bieten oft höhere Effizienz und Leistung durch präzise Materialabscheidung. Im Gegensatz dazu verwenden herkömmliche Dünnschicht-Solarzellen verschiedene Herstellungsverfahren und Materialien, was zu einer breiteren Anwendungspalette und niedrigeren Herstellungskosten führt.
Vakuum-Dünnschicht-Solarzellen sind teurer, aber in hochspezialisierten Bereichen wie der Raumfahrt gefragt, während herkömmliche Dünnschicht-Solarzellen kostengünstiger und für kommerzielle und industrielle Anwendungen sowie tragbare Lösungen geeignet sind.
Die Wahl des geeigneten Modultyps hängt also von verschiedenen Faktoren ab, darunter der verfügbare Platz, die Kosten, der Wirkungsgrad und die spezifischen Anforderungen der Anwendung.
Neben den verschiedenen Materialgrundlagen gibt es auch noch verschiedene Farben und Formen.
Siehe auch unter Solare Besonderheiten
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