Solarmodule - der Weg zu mehr Nachhaltigkeit

Solarmodul Arten im Überblick

26. Oktober 2022 | Lesedauer: 15 Minuten

Die Wahl der richtigen Solarmodule ist sehr wichtig, wenn man die zukünftige Photovoltaikanlage plant. Leistung und Wirkungsgrad der Module tragen wesentlich zur Anlagenwirtschaftlichkeit bei. Doch bei der Menge an verschiedenen Technologien verliert man schnell den Überblick. Wir erläutern die einzelnen Solarmodul Arten, zeigen Unterschiede und Vorteile auf.

Worin unterscheiden sich Solarmodule?

Vergleicht man verschiedene Solarmodule miteinander, ergeben sich zahlreiche Unterschiede, die es zu beachten gilt. Bei der Entscheidung, welche Solarmodul Art am besten passt, kommt es auf die individuelle Situation und die eigenen Prioritäten an. Unterschiede von Solarmodul Arten bestehen unter anderem in diesen Eigenschaften:

  • Anschaffungskosten
  • Installationskosten
  • Hersteller (ASWS, Meyer Burger, Trina Solar etc.)
  • Gewicht, Abmessungen, Flexibilität (Dünnschichtmodule, flexible Module etc.)
  • Einsatzgebiete (privat, Industrie, Mobilität, Landwirtschaft etc.)
  • Effizienz und Modulwirkungsgrad (10, 20, 40 Prozent etc.)
  • Zelltechnologie (Halb- oder Vollzellenmodul, PERC etc.)
  • Halbleiter-Material (Silizium, Kupfer etc.)
  • Optik und Design (transparent, Full Black etc.)
  • Degradation und Lebensdauer
  • Leistungs- und Produktgarantie
  • Verhalten bei Verschattung oder diffusem Licht
  • Modulverschaltung (Überlappungen bei Schindel-Solarmodulen etc.)

Anhand der genannten Kriterien lässt sich gemeinsam mit einem Elektrofachbetrieb eine bestimmte Solarmodul Art für Ihre Photovoltaikanlage auswählen. Mit einem leistungsstarken Modul auf dem neuesten Stand der Technik lässt sich auch die Anlagenwirtschaftlichkeit optimieren.

Monofaziale und bifaziale Module

Ob Solarmodule einseitig oder beidseitig Sonnenlicht aufnehmen können, spielt eine wichtige Rolle. Aufstellungsort, Wirkungsgrad und andere Faktoren werden durch diese Eigenschaft beeinflusst. Was monofaziale Solarmodule und bifaziale Solarmodule von anderen Solarmodul Arten unterscheidet bzw. was diese Modularten im Einzelnen auszeichnet, haben wir hier zusammengefasst:

Monofaziale Solarmodule

Im Gegensatz zu neuen technologischen Entwicklungen auf dem Gebiet der Photovoltaik, können monofaziale Solarmodule das Sonnenlicht nur mit einer Seite aufnehmen. Dadurch fallen Effizienz und Wirkungsgrad niedriger aus. Auf der anderen Seite ist hier mit einer einfacheren und daher auch kostengünstigeren Installation durch einen Solarteur zu rechnen. Mögliche Einsatzbereiche sind zum Beispiel Häuserfassaden, Lärmschutzwände (bei Ost-West-Straßen) oder andere integrierte Anwendungen.

Bifaziale Solarmodule

Eine weitere Modulart sind die bifazialen Solarmodule. Bifazial, also zweigesichtig, meint, dass diese Solarmodul Art die Sonnenstrahlung sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Hinterseite absorbieren können. Rückwärtig eintreffendes Licht sowie Licht, das vom Untergrund auf die Rückseite reflektiert, würde normalerweise verloren gehen. Bifaziale Solarmodule können dieses Sonnenlicht erfassen. Im Vergleich zu monofazialen, also nur einseitig mit Zellen versehenen, Solarmodulen kann ein zusätzlicher Ertrag von 5 bis 30 Prozent erzielt werden. Anwendung findet diese Variante in der Landwirtschaft oder im Rahmen von aufrechtstehenden Installationen.

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Glas-Folie- und Glas-Glas-Module

Welche Konsequenzen ergeben sich daraus, dass auf einer bzw. auf beiden Seiten des Solarmoduls eine Glasschicht montiert ist? Glas-Folie-Module und Glas-Glas-Module bieten attraktive Möglichkeiten, eine Photovoltaikanlage effizient zu betreiben. Doch die Solarmodul Arten weisen einige Unterschiede auf.

Glas-Folie-Module

Den Kern des Moduls macht ein laminierter Solarzellenstrang aus, der sich zwischen zwei transparente Kunststofffolien befindet. Dabei ist die Vorderseite mit einer Glasschicht und die Rückseite mit einer beständigen Folie wie zum Beispiel Tedlar-Folie bedeckt. Durch die Wahl der Folienfarbe, lässt sich das Erscheinungsbild des Glas-Folien-Moduls entscheidend beeinflussen. Beliebt ist hier eine schwarze Folie.

Glas-Folie-Module sind in der Anschaffung kostengünstiger als Glas-Glas-Module. Durch die Folien-Schicht unterliegen die Solarmodule eher der Gefahr von Mikrorissen durch Streckung oder Stauchung sowie der Einwirkung von Umwelteinflüssen wie Wasserdampf, Chemikalien oder Feuer. Dennoch liegt die Nutzungsdauer nur etwa 5 Jahre unter der von Glas-Glas-Solarmodulen.

Wirkungsgrad: 15 bis 21 Prozent

Glas-Glas-Module

Die auch als Doppelglas-Module bezeichneten Glas-Glas-Module haben nicht nur auf der Vorderseite, sondern auch auf der Rückseite eine Glasschicht. Darin unterscheiden sie sich zu klassischen Glas-Folie-Modulen, die nur auf der Frontseite eine Glasschicht besitzen. Durch diesen beidseitigen Schutz ist das Glas-Glas-Modul vergleichsweise resistent gegenüber diversen Faktoren. Dazu zählen Umwelteinflüsse, Spannungen, mechanische Einwirkungen und Mikrorisse. Auch beim Thema Brandschutz ist das Modul bestens gewappnet. Letztendlich verbessert die Langlebigkeit der Module die Wirtschaftlichkeit der gesamten Photovoltaikanlage. Theoretisch können nahezu alle Zelltypen auf diese Weise gebaut werden.

Im Vergleich zu Glas-Folie-Modulen können Glas-Glas-Module bei Reihenhäusern mit einem geringeren Mindestabstand zum Nachbargebäude installiert werden. Während der Abstand bei Glas-Glas-Modulen nur 0,5 Meter betragen muss, liegt er bei Glas-Folie-Modulen bei 1,25 Metern.

Wirkungsgrad: 18 bis 22 Prozent

Kristalline Solarmodule

Durch zahlreiche Vorteile erfreuen sich kristalline PV-Module unter den Solarmodul Arten großer Beliebtheit. Die auf extrem dünnen Siliziumscheiben basierenden Module sind ein unverzichtbarer Teil vieler Photovoltaikanlagen geworden. Alternativ ist auch von Dickschicht-Solarzellen oder Wafer-Solarzellen die Rede. Man unterscheidet bei dieser Modulart zwischen monokristallinen Solarmodulen und polykristallinen Solarmodulen.

Monokristallines Solarmodul

Aufgrund von Qualität und hohem Wirkungsgrad sind monokristalline Solarmodule allgemein weit verbreitet. Dagegen stechen Robustheit, lange Lebensdauer und flexible Einsatzmöglichkeiten dieser Solarmodul Art positiv ins Auge. Außerdem sind ein besseres Schwachlichtverhalten sowie attraktivere Möglichkeiten bei der Farbwahl hervorzuheben. In den meisten Fällen werden jedoch schwarze Module verbaut. Die farbliche Abstimmung ist im privaten Bereich, bei Ein- und Zweifamilienhäusern, oft ein bedeutender Faktor für den Photovoltaik-Kunden.

Wirkungsgrad: 16 bis 22 Prozent

Polykristallines Solarmodul

Im Handel sind polykristalline Solarmodule mittlerweile seltener zu finden als monokristalline. Obwohl polykristalline Module kostengünstiger in der Anschaffung sind, führen ein geringerer Wirkungsgrad und Einschränkungen bei der Wahl der Optik zu entscheidenden Nachteilen. In der Regel weisen polykristalline Solarmodule einen bläulichen Schimmer auf. Trotzdem greift man bei großen verfügbaren Flächen hin und wieder auf dieses Solarmodul zurück.

Wirkungsgrad: 14 bis 20 Prozent

Halb- und Vollzellenmodule

Solarzellen entwickeln sich kontinuierlich weiter. Während Vollzellenmodule in der Vergangenheit als Standard unter den Solarmodul Arten galten, wurden diese im Lauf der Zeit immer mehr von Halbzellenmodulen abgelöst. Im Folgenden werden beide Solarmodul Arten kurz vorgestellt:

Halbzellenmodule

Das Besondere an diesen Modulen ist, dass sie aus Solarzellen bestehen, die nach der Produktion in zwei Hälften geschnitten worden sind. So besitzen Halbzellenmodule nicht die üblichen 60, sondern 120 Solarzellen. Halbzellenmodule, die auch „Half-Cut“-Module oder HC-Module genannt werden, sind leistungsstärker als normale Vollzellenmodule. Auch bei Teilverschattung sind sie noch in der Lage erhebliche Solarerträge abzuliefern. Aufgrund der höheren Effizienz verdrängen sie immer mehr die herkömmlichen Vollzellenmodule.

Vollzellenmodule

Meist handelt es sich hierbei um mono- oder polykristalline Photovoltaikmodule. Im Vergleich zu Halbzellenmodulen besitzen Vollzellenmodule nur die Hälft der Solarzellen, die bei HC-Modulen verbaut sind. Ihr Modulwirkungsgrad sowie ihre Energieausbeute bei Teilverschattung ist schlechter als es bei Halbzellenmodulen der Fall ist.

Dünnschichtmodule

Diese Solarmodul Art besteht, wie der Name bereits andeutet, aus dünnen Schichten. Das liegt daran, dass sowohl die Folie bzw. das Glas als auch der Halbleiter in diesem Fall besonders dünn konstruiert sind. So ist die Schicht aus Silizium, Cadmiumtellurid oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) nur rund einen Mikrometer dünn. Das ist möglich, weil das Halbleitermaterial auf den Träger aufgedampft oder aufgesprüht wird. Aufgrund eines Wirkungsgrads von nur 10 bis 16 Prozent, eignen sich Dünnschichtmodule eher nicht für den Einsatz auf Hausdächern. Dennoch eröffnet die leichte und flexible Bauweise ein breites Feld an Anwendungsmöglichkeiten. Die Investitionskosten für ein Dünnschichtmodul fallen im Vergleich niedrig aus.

Wirkungsgrad: 10 bis 16 Prozent

CIGS-Module

Diese Art stellt eine Sonderform der Dünnschichtmodule dar. CIGS (Kupfer, Indium, Gallium und Diselenid) oder auch CIS (Kupfer, Indium und Selen) ist eine Abkürzung für die Materialzusammensetzung des Solarmoduls. Im Vergleich zu anderen Dünnschichtmodulen haben sie den höchsten Wirkungsgrad. Morgens, abends und im Winter erbringen CIGS-Module teilweise sogar höhere Solarerträge als poly- und monokristalline Module. Diffuses Licht können sie in der Regel besser verwerten als kristalline Solarmodule. Außerdem sind CIGS-Module preiswert in der Anschaffung und aufgrund ihres geringen Gewichts ideal für Solarfassaden geeignet.

Wirkungsgrad: 16 bis 19 Prozent

Heterojunction-Solarzellen

Es kommt nicht von ungefähr, dass Experten Heterojunction-Solarzellen ein besonders großes Potenzial für die Zukunft der Photovoltaik zurechnen. Denn diese Solarmodul Art hat einen wesentlich niedrigeren Temperaturkoeffizienten als herkömmliche Siliziumsolarzellen, Wirkungsgrade von über 24 Prozent sowie einen kostengünstigeren Herstellungsweg. Auf dem n-leitenden Siliziumwafer der Heterojunction-Solarzellen befinden sich beidseitig dünne Schichten aus amorphem Silizium.

Wirkungsgrad: 20 bis 25 Prozent

Schindel-Solarmodule

Genau wie Dachschindeln werden auch Schindel-Solarmodule versetzt angeordnet. Schmale Streifen von Solarzellen sind hier mit elektrisch leitfähigen Klebstoffen zu Strings verbunden. Dass sich die Solarzellen dabei leicht überlappen, führt dazu, dass die Zwischenräume eliminiert und der Busbar der jeweils unterhalb liegenden Zelle überdeckt wird. Die geteilten Zellen der Matrix-Schindelmodule verstärken noch einmal den Effekt von Halbzellenmodulen. Außerdem hat diese Solarmodul Art eine hohe Toleranz gegenüber Teilverschattung. Besonders gut lässt sich die Matrix-Schindeltechnologie für integrierte Anwendungen wie zum Beispiel für die Montage an Gebäudefassaden nutzen.

Wirkungsgrad: 18 bis 22 Prozent

Organische Solarzellen

Auf dem Gebiet der organischen Photovoltaik wird noch viel geforscht. Denn die Wirkungsgrade sind im Vergleich zu anderen Solarmodul Arten noch relativ gering. Organische Halbleiter zeichnen sich durch eine leichte und flexible Bauweise aus. Sie lassen sich sogar falten oder zusammengerollt in einer Tasche transportieren. Weitere Vorteile wie die kostengünstige Herstellung sorgen für ein großes Zukunftspotenzial dieser Module.

Wirkungsgrad: 8 bis 12 Prozent

Organische Feststoff-Solarzellen

Wenn man von organischen Feststoff-Solarzellen spricht, differenziert man in der Regel noch einmal zwischen „Small Molecule Solar Cells“ (SMSC) und solchen Solarzellen, die über große makromolekulare Materialien verfügen. Inzwischen wird an metall-organischen Gerüstverbindungen, sogenannten „Metal-Organic Frameworks“ (MOF) geforscht. Charakteristisch für dieses Material ist seine besondere Flexibilität.

Organische Farbstoff-Solarzellen

Die aus der Bionik stammende organische Farbstoffsolarzelle verwendet zur Absorption von Licht, wie der Name schon andeutet, organische Farbstoffe. Genauer gesagt, nehmen organische Moleküle das Sonnenlicht auf, während anorganische Nanopartikel als Elektronenakzeptor fungieren. An der Oberfläche der Nanopartikel sind organische Farbstoffpartikel verankert. Die angeregten Elektronen können diese durch Hilfe des Farbstoffs auf den anorganischen Partner übertragen. Organische Farbstoff-Solarzellen werden auch „Dye-Sensitized Solar Cell“ (DSSC) oder Grätzel-Zelle genannt.

Tandem-Solarzellen

Module der Konzentratorphotovoltaik bestehen häufig aus Tandem-Solarzellen, die auch Mehrfachsolarzellen bzw. Stapelsolarzellen genannt werden. Tatsächlich handelt es sich hier um übereinander montierte Teil-Solarzellen aus verschiedenen Materialien, die mit absteigender Bandlückenenergie das breitbandige Sonnenlicht noch effizienter absorbieren sollen. Die Module bündeln das auftreffende Sonnenlicht, um es zu einem höheren Anteil in elektrischen Strom umzuwandeln.

Die Solarmodul Art der Tandem-Solarzellen hat im Vergleich zu herkömmlichen Zellen einen signifikant höheren Wirkungsgrad. Mit teilweise über 40 Prozent liegt dieser fast doppelt so hoch, wie der einer kristallinen Solarzelle. Tandem-Solarzellen können aus indirekten Halbleitern bestehen oder auch aus Kombinationen direkter III-V-Halbleiter mit anderen Absorberschichten.

Konzentratorphotovoltaik wird regelmäßig mit „CPV” abgekürzt, was für das englische „concentrated photovoltaics” steht. Die noch in der Weiterentwicklung befindliche Technologie birgt großes Potenzial.

Wirkungsgrad: 30 bis 47 Prozent

PERC-Solarmodule

Der Name „PERC” steht für „Passivated Emitter and Rear Cell”, was mit „Zelle mit passivierter Emissionselektrode und Rückseite” zu übersetzen ist. Normalerweise dringt ein Teil des Lichts bis zur Rückseite der Zelle ohne Strom zu erzeugen. Durch die Rückseitenpassivierung der PERC-Solarzelle wird dieses Licht hingegen wieder in die Zelle reflektiert. Vor allem bei jenen Lichtverhältnissen, bei denen Blaulicht stärker gestreut wird, kann diese Zell-Technologie Vorteile einbringen. Allgemein erhöht sich durch die optimierte Lichtausbeute der Wirkungsgrad des Solarmoduls. Auch aus diesem Grund gelten PERC-Solarmodule als eine besonders zukunftsträchtige Solarmodul Art.

Wirkungsgrad: 21 bis 22 Prozent

Perowskit-Solarmodule

Forscher halten es für realistisch, dass Perowskit-Module künftig Wirkungsgrade von 34 Prozent erreichen können. Unter allen Solarmodul Arten zählen diese Module zu den großen Zukunftshoffnungen der Photovoltaikbranche. Vom Aufbau her betrachtet, bestehen Perowskit-Solarmodule aus mindestens zwei Subzellen. Diese weisen einen unterschiedlichen Absorptionsbereich auf, eine sogenannte Bandlücke. Materialseitig bestehen Perowskit-Solarmodule aus den halborganischen Halid-Perowskiten. Diese enthalten Halid Anionen, Blei Kationen und organische molekulare Kationen.

Wirkungsgrad: 20 bis 30 Prozent

Hybride Solarmodule

Kennzeichnend für diese Modulart ist, wie der Name schon andeutet, dass zwei verschiedene Solarmodul Arten in einem Solarmodul miteinander kombiniert werden. Denn Hybridmodule können Sonnenlicht sowohl in elektrischen Strom als auch in Wärme umwandeln. Neben „Hybridmodul” wird diese Variante auch „Kombimodul”, „PVT” (Photovoltaik-Thermie) oder „Photothermie” genannt.

Bei niedrigeren Temperaturen können die Photovoltaikmodule eine höhere Leistung erbringen. Erhitzen sich die Hybridmodule durch ansteigende Temperaturen, kann diese Wärme abgeführt und für die Warmwasserbereitung eingesetzt werden. Die Technik findet jedoch nur vereinzelt Anwendung.

Wirkungsgrad: 8 bis 14 Prozent

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