Solarzellen & PV-Module: So wird Sonnenlicht zu Strom
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Die Anschaffung einer Photovoltaik-Anlage hast du schon ins Auge gefasst – doch wie genau entsteht aus Sonne Strom? Was sind PV-Module oder Solarzellen? Welche Arten von Solarzellen gibt es überhaupt? Hier ein Überblick über die wichtigsten technischen Aspekte.
Wie funktioniert die Solarzelle?
Solarzellen, auch Photovoltaik-Zellen genannt, sind ein elektronischer Bauteil, der den photoelektrischen Effekt nutzt und Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt. PV-Zellen bestehen aus einem Halbleitermaterial – in 95% Fällen ist es Silizium, weil es sich unter Wärmezufuhr durch eine höhere Leistungsfähigkeit auszeichnet. Als zweithäufigstes Element der Erde ist Silizium außerdem leichter verfügbar.
Umwandlung von Sonnenlicht zu Strom
Der Kern der Solarzellen setzt sich aus zwei Siliziumschichten zusammen, die durch eine Grenzschicht getrennt sind. Die obere Schicht besteht aus Silizium und Bor, die untere Schicht besteht aus Silizium und Phosphor. Wenn Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, werden die Elektronen im Halbleiter angeregt und setzen sich in Bewegung. In der Grenzschicht entsteht durch die Bewegung der Elektronen ein elektrisches Feld, das die Elektronen nach oben bzw. unten leitet. Der so erzeugte Strom wird dann über Metallkontakte an beiden Enden der Solarzelle abgeleitet.
Damit der erzeugte Gleichstrom als haushaltsüblicher Wechselstrom genutzt werden kann, muss er allerdings erst umgewandelt werden. Darum kümmern sich die Wechselrichter. Danach steht der Strom für die Nutzung im Haushalt oder auch zur Einspeisung ins lokale Stromnetz zur Verfügung.
Welche ist die beste Solarzelle?
Die Solarzelle ist einer der wichtigsten Teile der PV-Anlage und ausschlaggebend dafür, wie hoch der Ertrag ausfällt. Im Privatbereich kommen derzeit hauptsächlich monokristalline Solarzellen, polykristalline Solarzellen bzw. Dünnschichtsolarzellen zum Einsatz. Hier die wichtigsten Punkte der unterschiedlichen Ausführungen im Überblick.
Was ist der Unterschied zwischen monokristallinen und polykristallinen Zellen?
Sowohl monokristalline als auch polykristalline Solarzellen zählen zu den sogenannten Wafer-Solarzellen, da sie in dünnen Scheiben von einem Siliziumstück geschnitten werden (engl. wafer = dünne Scheibe). Trotz allem unterscheiden sie sich dennoch deutlich in der Herstellung und im Wirkungsgrad.
Übrigens: Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel der einfallenden Sonnenenergie durch die PV-Anlage in Strom umgewandelt werden kann. Heute gängige Solarzellen liegen bei rund 20%.
Monokristalline Zellen
Monokristalline Solarzellen werden aus einem einzelnen Siliziumkristall hergestellt, also aus einem Stück geschnitten. Mit bis zu 22% haben sie den höchsten Wirkungsgrad bei direkter Sonneneinstrahlung, was einen höheren Stromertrag pro Quadratmeter bedeutet. Deshalb kommen sie oft bei kleinen Hausdächern, Einfamilienhäusern, aber auch als Ergänzung zu Solarthermieanlagen zum Einsatz. Wegen der aufwändigen Herstellung sind sie teurer als andere Modelle, gleichen den höheren Kostenaufwand durch die sehr guten PV-Erträge allerdings wieder aus.
Polykristalline Zellen
Polykristalline Zellen bestehen aus mehreren Siliziumkristallen. Da bei der Herstellung Kristalle in unterschiedlichen Größen kombiniert werden, muss das Silizium nicht so rein sein. Das schlägt sich auch im geringeren Preis nieder. Mit einem Wirkungsgrad von etwa 15 - 20 % sind sie allerdings weniger leistungsstark als monokristalline Zellen und brauchen daher auch mehr Fläche, um gute PV-Erträge zu liefern.
Was sind Dünnschichtzellen?
Dünnschichtsolarzellen bestehen aus amorphem Silizium. Bei der Herstellung wird Silizium mit anderen Materialien vermischt und in einer dünnen Schicht auf einen Träger (z.B. Glas) aufgedampft. Das macht sie deutlich kostengünstiger in der Produktion als kristalline Zellen, der geringere Wirkungsgrad von 5 % bis 7 % muss dann aber durch eine größere Modulfläche ausgeglichen werden. Je nach Trägermaterial kann man die Module in manchen Fällen auch aufrollen oder falten und somit in fast jede gewünschte Form bringen.
Welche Größe haben Photovoltaikmodule?
PV-Module entstehen durch die Verschaltung von mehreren Solarzellen. Die Größe eines PV-Moduls hängt also davon ab, aus wie vielen Solarzellen es sich zusammensetzt. Genormte Standardgrößen für PV-Module gibt es zwar nicht, dabei sind PV-Module mit 60 Solarzellen am gängigsten. Da die verwendeten Solarzellen meist 156 x 156 mm messen, entspricht das einer Modulgröße von ca. 1700 mm x 1000 mm. Auch Halbzellen kommen heutzutage immer öfter zum Einsatz (Maße ca. 156 x 78 mm pro Zelle).
Wie groß sind 400-Watt-Module?
PV-Module mit einer Leistung von ca. 400 Watt-Peak (Wp = 0,40 kWp) findet man am häufigsten in den Größen 1755 mm x 1038 mm, 1722 mm x 1134 mm und 2096 mm x 1039 mm. Hier gilt es allerdings zu beachten, dass dies nur Richtwerte sind. Je nach Hersteller kann es zu Abweichungen kommen, diese liegen in den meisten Fällen bei ca. +/- 3 Prozent (Länge und Breite).
Wie viele PV-Module brauche ich für eine Leistung von 10 kWp?
Um mit einer PV-Anlage eine Leistung von 10 Kilowatt-Peak (kWp) zu erzeugen, benötigst du ca. 25 PV-Module mit einer Leistung von jeweils 400 Wp (0,40 kWp).
Was sind bifaziale Module?
Bifaziale Module sind doppelseitige PV-Module. Das bedeutet, dass sie auf beiden Seiten mit Solarzellen ausgestattet sind. Die Solarzellen auf der Vorderseite des Moduls fangen das direkt einfallende Licht auf, die Solarzellen auf der Rückseite das indirekte Licht, das vom Untergrund reflektiert wird bzw. ungenutzt durch das Modul geht. Mit bifazialen Modulen können somit höhere Erträge als mit herkömmlichen Modulen erzielt werden.
Entscheidend für den Mehrertrag auf der Rückseite ist dabei das Rückstrahlvermögen (Albedo) sowie der Abstand des Moduls vom Untergrund – je höher das Rückstrahlvermögen bzw. je größer der Abstand, desto höher der Mehrertrag. Besonders zu Tageszeiten, wo die Sonne noch sehr niedrig steht, kann die Rückseite von bifazialen Modulen so einen starken zusätzlichen Beitrag zum Gesamtertrag leisten.
Fazit
Solarzellen sind das Kernstück einer jeden PV-Anlage und zusammen mit der Ausrichtung der Module ausschlaggebend dafür, wie viel Strom tatsächlich aus dem Sonnenlicht gewonnen werden kann. Hier bei HALLOSONNE beraten wir dich umfassend und helfen dir, jene Konfiguration für dein Zuhause zu finden, die genau deinen Bedürfnissen entspricht. Egal, ob du eine PV-Anlage mieten oder kaufen möchtest, sichere dir ganz unkompliziert eine autarke, nachhaltige Energieversorgung.
