Photovoltaik-Module – welche sind die richtigen?

Photovoltaik-Module sind das Herzstück jeder stromerzeugenden Solaranlage – denn sie fangen die Energie der Sonne ein. Ihre Ausgestaltung beeinflusst die Anschaffungskosten, die Leistungsfähigkeit der Anlage und die mögliche Stromersparnis. Doch welche Module eignen sich für welchen Zweck? In diesem Ratgeber erfahren Sie, wie Photovoltaik-Module genau funktionieren, welche Unterschiede es zwischen verschiedenen Modulen gibt und welche sich am besten für Ihre Solaranlage eignen.

Wie funktionieren Photovoltaik-Module?

Jedes Photovoltaik-Modul besteht aus vielen einzelnen Solarzellen, die für die Stromerzeugung zuständig sind. Die Zellen werden von einem Gehäuse umschlossen, das sie vor Witterung schützt. Die PV-Module bestehen in der Regel aus einer Kunststoffverbundfolie üblicherweise aus Ethylen-Vinylacetat (EVA), einer Schicht Kunststoff oder Gießharz, den Solarzellen, einer weiteren lichtdurchlässigen Kunststoff- oder Gießharzschicht sowie einer gehärteten, lichtdurchlässigen Glasscheibe.

Mitunter finden auch sogenannte Glas-Glas-Module Verwendung, bei denen Vorder- und Rückseite gleichermaßen aus Glas bestehen. Aufgrund ihrer Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit eignen sich Glas-Glas-Module zum Beispiel für Solar-Carports, Solar-Wintergärten, Solarzäune oder Solarfassaden besonders gut – genauso wie für Regionen mit starkem Schneefall Also immer dort, wo besonders hohe Belastungen gegeben oder Festigkeiten gefordert sind.

Die Solarzellen im Inneren der Module bestehen aus einem Halbleiter-Material – in der Regel Silizium. Silizium wird aus herkömmlichem Sand gewonnen und ist daher ein weitverbreitetes und günstiges Material.

Durch die Anreicherung des Siliziums mit destabilisierenden Elementen wie Phosphor und Bor entstehen innerhalb der Zelle eine negativ (n-dotiert) und eine positiv geladene (p-dotierte) Elektrode. Die Elektronen, die den Siliziumkern umkreisen, lassen sich einfach lösen. Sobald Photonen (Licht) auf die Solarzelle treffen, geschieht genau das: Die Energie der Sonne sorgt dafür, dass sich die Elektronen vom Siliziumkern lösen und sich aufgrund ihrer negativen Ladung zur positiv geladenen Seite der Solarzelle bewegen.

Der Fluss der Elektronen durch die Zellen des Solarmoduls ist nichts anderes als Gleichstrom. Der Wechselrichter der Solaranlage wandelt diesen dann in Wechselstrom um, den wir im Haushalt über die Steckdosen beziehen können.

Innerhalb der Photovoltaik-Module sind die einzelnen Solarzellen miteinander verschaltet. Dies geschieht entweder in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung:

• Reihenschaltung ist die üblichere Variante und wird vor allem in kleineren PV-Anlagen verwendet. Hier fließen die Elektronen nacheinander durch alle Zellen. Ein Nachteil: Die Verschattung einer einzelnen Zelle reduziert gleichermaßen die Leistung aller anderen Zellen des Moduls. Der Solarstrom der verschatteten Zelle gibt also automatisch den Strom aller anderen in der Reihe geschalteten Zellen vor. Da aber verschattete Zellen über Bypass-Dioden abgeschaltet und grundsätzlich höhere Spannungen in Reihenschaltung erreicht werden können, sind Reihenschaltungen in vielen Fällen die Technik der Wahl.
• Bei der Parallelschaltung arbeiten die Zellen unabhängiger voneinander. Hier bleibt die Spannung gleich, die Ströme addieren sich allerdings. Fällt Schatten auf einen Teil des Moduls, erbringen die Zellen außerhalb des Schattens weiterhin ihre volle Leistung. Die größeren Ströme bedingen einen aufwendigeren Aufbau und höhere Verluste. Deshalb kommt die Parallelschaltung bei den Modulen deutlich seltener zum Einsatz als die Reihenschaltung. Genutzt wird sie allerdings mit der Reihenschaltung zusammen, um die einzelnen Module untereinander sinnvoll zu verbinden. So werden die einzelnen Module häufig in Reihenschaltung zu einem String zusammengefasst und diese dann in Parallelschaltung.

Besonders leistungsstark sind darüber hinaus die innovativen Halbzellenmodule. Hier werden die Solarzellen zwar ebenfalls in Reihe geschaltet, jedoch zusätzlich in zwei Hälften geschnitten. Die Vorteile der Halbierung sind vielseitig: Es kommt zu weniger Leistungsverlust und einer stärkeren Lichtreflexion zwischen den halbierten Solarzellen – das erhöht den Wirkungsgrad der Module. Die Module bestehen nun aus doppelt so vielen Solarzellen, die zumeist in einer oberen und einer unteren Hälfte getrennt in Reihe geschaltet werden – parallel über die Teilmodule. Dank der Parallelschaltung bleiben die Teilmodule bei Verschattung ihres Pendants unbeeinflusst. Auf diese Weise steigt der Wirkungsgrad der sogenannten Half-Cut- oder Halbzellenmodule, während der negative Einfluss von Verschattung abnimmt. Der Materialaufwand von Halbzellenmodulen ist dabei im Normalfall nicht größer als bei klassischen Vollmodulen.

Aus welchem Material bestehen Solarmodule?

Solarmodule nutzen die Halbleiter-Technologie, um Strom zu erzeugen. Doch in Bezug auf die Ausgestaltung des Materials gibt es Unterschiede: So können Käufer im Wesentlichen zwischen monokristallinen, polykristallinen und Dünnschicht-Modulen wählen.

• Das Silizium in monokristallinen Photovoltaik-Modulen ist so aufbereitet, dass es aus nur einem Kristall besteht. Die Module sind dunkelblau bis schwarz und optisch glatt. Ihr Wirkungsgrad ist mit über 20 Prozent am höchsten. Zwar liegen die Herstellungskosten bei monokristallinen Modulen etwas höher als bei anderen Modellen, allerdings macht der höhere Wirkungsrad dies in der Regel wett.
• Polykristalline Solarmodule bestehen aus mehreren Siliziumkristallen. Sie haben eine glänzende Oberfläche und sind blau gefärbt. Der Wirkungsgrad dieser Module beträgt heute 13 bis 17 Prozent. Aufgrund ihrer relativ niedrigen Kosten werden polykristalline Module trotz ihres geringeren Wirkungsgrades heute etwa gleich häufig verbaut wie monokristalline Module.
• Die heute eher in geringerer Stückzahl verbauten Dünnschicht-Module bestehen aus einem Glas, das mit einer dünnen Schicht amorphen Siliziums bedampft oder besprüht ist. Amorph bedeutet ungeordnet – das Silizium liegt hier also nicht in kristalliner Form vor. Diese Module sind etwa 100-mal dünner als die kristallinen Ausführungen, äußerst leicht und funktionieren auch bei diffuser Strahlung und ungünstiger Ausrichtung. Ihr Wirkungsgrad ist mit um die 10 Prozent vergleichsweise gering. Dünnschicht-Module eignen sich daher vor allem für die großflächige Nutzung in Landwirtschaft und Industrie, oder – aufgrund ihres geringen Gewichts – auch auf Gebäuden mit schwächer ausgelegter Statik und für spezielle Anwendungsfälle.

Leistungsfähigkeit von Solarmodulen

Der Wirkungsgrad von Solarzellen gibt an, wie viel Strom im Verhältnis zur einfallenden Sonnenstrahlung erzeugt wird:

Wirkungsgrad = erzeugter Strom / Sonnenstrahlung

Neben dem Wirkungsgrad lässt sich die Leistung eines Photovoltaik-Moduls auch in der Maßeinheit Kilowattpeak (kWp) messen. Kilowattpeak gibt die unter standardisierten Bedingungen gemessene Leistung des Moduls an. Diese Angabe finden Sie im jeweiligen Moduldatenblatt. Im Schnitt entspricht 1 Kilowattpeak in Deutschland etwa 1.000 Kilowattstunden Strom pro Jahr – im Norden etwas weniger, im Süden etwas mehr.

1 kWp ≈ 1.000 kWh pro Jahr

Neben der unter Standardbedingungen gemessenen Leistung (Standard-Test-Condition, STC-Wert) ist im Datenblatt meist noch der NOCT-Wert (NOCT = Normal Operating Cell Temperature) vermerkt. Dieser soll die Leistung der Module bei durchschnittlichen Außentemperaturen widerspiegeln und einen realistischen Eindruck der Leistung abbilden.

Größe von Photovoltaik-Modulen

Die Abmessungen von Photovoltaik-Modulen sind nicht standardisiert und variieren je nach Hersteller. Häufig werden Module mit 60 Solarzellen verwendet (zum Beispiel 1 m x 1,6 m), die in sechs Spalten und zehn Reihen angeordnet sind. Die einzelnen Zellen sind meist jeweils 6 Zoll (156 mal 156 Millimeter) groß. Aber auch Zellen mit nur 5 Zoll und Module mit 36 bis 72 Zellen in 9, 10 oder 12 Reihen kommen zum Einsatz. Bei Halbzellenmodulen sind dementsprechend 120 Zellen üblich, wobei sich die beanspruchte Fläche üblicherweise nicht von anderen Modultypen unterscheidet.

Länge und Breite der Module können daher weniger als einen Meter bis hin zu über zwei Metern betragen. Dünnschicht-Module haben aufgrund ihrer besonderen Beschaffenheit oft ebenfalls abweichende Größen. Das ist vorteilhaft, da auf jedem Dach unterschiedlich viel Platz zur Verfügung steht und Fenster, Schornsteine sowie Gauben oftmals individuelle Abmessungen erfordern.

Auswahl der richtigen Solarmodule

Um herauszufinden, welche Solarmodule für Ihre Photovoltaikanlage infrage kommen, sollten Sie sich über folgende Punkte Gedanken machen:

• Strombedarf
• Witterungsbedingungen
  • Schneefall
  • Sonneneinstrahlung
• Beschaffenheit des Dachs
  • Größe
  • Stabilität
  • Ausrichtung
  • Nutzbare Fläche
  • Schräg- oder Flachdach

Zum Glück sind PV-Anlagen heute wesentlich effizienter als früher. Insofern lassen sich heute auch für immer komplexere Anwendungsfälle in der Regel geeignete Lösungen finden. Am besten lassen Sie sich professionell beraten, um die richtigen Module für Ihren Standort zu ermitteln – zum Beispiel von den Solar-Experten bei EWE.

Strombedarf

Der individuelle Strombedarf, den Sie mit der Photovoltaikanlage decken möchten, sowie der vorhandene Platz auf Dach, Carport etc. beeinflussen die Auswahl der Module maßgeblich: Benötigen Sie viel Strom, sollten Sie auf leistungsstärkere Module zurückgreifen (zum Beispiel monokristalline Solarzellen oder Module mit hoher Leistung) oder entsprechend viele und große Module installieren. Letzteres setzt voraus, dass Sie auf Ihrem Dach ausreichend Platz zur Verfügung haben und die Dachfläche nicht durch Fenster, Gauben und Schornsteine eingeschränkt wird.

In einer Beratung mit unserem Expertenteam finden Sie die ideale PV-Anlage. Hier ermitteln Sie schnell, welche Solaranlage Ihren Bedarf deckt, wie viel Stromkosten Sie einsparen und welchen Anteil Ihres Stromverbrauchs Sie mit der Anlage unabhängig produzieren können. Die PV-Anlagen von EWE sind üblicherweise aus leistungsfähigen monokristallinen Solarzellen gefertigt.

Die Dimensionierung Ihrer Solaranlage wird auch davon bestimmt, ob Sie einen Batteriespeicher anschaffen möchten. Denn mit einem integrierten Stromspeicher können Sie auch abends und nachts auf den Strom aus Ihrer Solaranlage zurückgreifen. Aber auch nachträglich ist die Kombination mit einem Stromspeicher problemlos möglich, etwa wenn sich die gleichzeitige Installation aus finanziellen Gründen nicht umsetzen lässt. Die Priorität sollte darauf liegen, mit der Nutzung der Sonnenenergie zu beginnen, anstatt auf ideale Voraussetzungen zu warten.

Beschaffenheit des Dachs und Witterungsbedingungen

Die Ausrichtung und Neigung Ihres Dachs spielt eine wichtige Rolle bei der Planung Ihrer idealen PV-Anlage. Ganz klar: Je ungünstiger die Bedingungen, desto weniger Strom erzeugen die Module. Allerdings werden die verfügbaren Module immer leistungsfähiger, weshalb sich PV-Anlagen mittlerweile auch auf weniger optimalen Dächern lohnen.

Ein nach Süden, Südosten oder Südwesten ausgerichtetes Dach profitiert am meisten von der Sonne, aber auch West- und Ost-Dächer eignen sich für effiziente Solar-Module, da sie den Strom passgenau erzeugen, wenn er im Haushalt benötigt wird – und zwar am frühen Vormittag und späten Nachmittag. Selbst Norddächer mit einer Neigung bis zu etwa 20 Grad werden heute immer öfter eingebunden.

Über das ganze Jahr verteilt ist ein Neigungswinkel zwischen 30 und 45 Grad ideal. Aufgrund der sich verändernden Position der Sonne können jedoch auch andere Neigungen je nach Jahreszeit einen guten Ertrag erzielen. Müssen Sie aufgrund der Ausrichtung und Neigung Ihres Dachs Abstriche bei der Stromproduktion in Kauf nehmen, können Sie zum Ausgleich der Verluste leistungsstärkere Module in Erwägung ziehen. Mit dem Fortschritt der Solarzellenentwicklung steigt der Wirkungsgrad der Solarzellen immer weiter an, sodass der Dachneigung und -ausrichtung heute ein immer kleinerer Stellenwert zukommt.

Handelt es sich bei Ihrem Dach um ein Flachdach, benötigen Sie Module, die sich mit einer Standvorrichtung auf dem Dach positionieren und optimal ausrichten lassen. Verfügen Sie über ein Gebäude mit großer Fläche und gegebenenfalls eingeschränkter Tragfähigkeit, können Dünnschicht-Module ebenfalls eine Lösung sein.

Aufgrund ihres geringen Gewichts lassen sich Dünnschicht-Module auf weniger tragfähigen Dächern anbringen. In ausreichender Zahl sorgen auch sie für einen hohen Ertrag. Dünnschichtmodule spielen im Privatkundenbereich aber eine eher untergeordnete Rolle. Schauen Sie bitte immer auch auf die vom Hersteller angegebene Belastbarkeit der Module, denn unterschiedliche Materialen und je nach Aufbau halten die Module auch unterschiedlich viel aus.

Abwägung der Kosten

Beachten Sie nicht zuletzt, dass sich die Entscheidung für oder gegen eine bestimmte Größe, Leistung oder Funktionsweise der Photovoltaik-Module auch auf die Kosten Ihrer Solaranlage auswirkt. Denn selbstverständlich sollten die Anschaffungskosten der Solarmodule nicht Ihren finanziellen Rahmen übersteigen.

Als zukunftsweisende und klimafreundliche Technologie stellen Bund und Länder für die Photovoltaik verschiedene Förderprogramme bereit. In unserem Ratgeber finden Sie wertvolle Informationen zu Förderprogrammen und Förderkrediten.

Möchten bzw. können Sie die notwendigen Investitionen nicht stemmen, ist die Miete bzw. Pacht ggf. eine Möglichkeit für Sie doch sofort mit dem Umweltschutz und dem Erzeugen regenerativen Stromes zu beginnen. Schauen Sie doch bei EWE einmal rein.

Fazit: Welche Photovoltaik-Module sind die besten?

Welche PV-Module die besten sind, lässt sich nicht pauschal sagen. Um bei der Abwägung zwischen Leistung, Material, Größe und Preis nicht den Überblick zu verlieren, lassen Sie sich vor dem Kauf Ihrer Solarmodule am besten umfassend beraten.

Indem unsere Solarexperten Ihre Bedürfnisse und die auf Ihrem Dach gegebenen Voraussetzungen genau analysieren, können wir Ihnen passende Photovoltaik-Module empfehlen. Wir erstellen für Sie ein individuelles Angebot – nehmen Sie gerne Kontakt zu uns auf.

FAQ zu Photovoltaik-Modulen