Das Solarpanel gewinnt gratis Solarstrom

Solarmodule: Verschiedenste Einsatzbereiche

Im Garten, beim Campen oder auf dem eigenen Hausdach: Immer dann, wenn Sie elektrische Energie aus Sonnenlicht gewinnen möchten, sind Solarpanels erforderlich. Die Module sind dabei als Bestandteile kompletter Photovoltaikanlagen oder einzeln erhältlich. Erstere kommen zum Beispiel in Ein- und Mehrfamilienhäusern sowie Gewerbe- und Freizeitgebäuden zum Einsatz. Mobile Module finden sich hingen beim Campen. Sie sind oft faltbar, transportabel und an jedem Ort der Welt aufstellbar. Ein weiteres Einsatzfeld der Solarmodule sind große Solarparks. Hier arbeiten tausende Module zusammen, um Strom im großen Stil zu ernten.

Übrigens: Kleine mobile Solarmodule liefern etwa 100 Watt. Die größte Freiflächenanlage Deutschlands, der Solarpark Weesow-Willmersdorf, erreicht hingegen eine Leistung von bis zu 187 Megawatt. Die Anlage befindet sich im brandenburgischen Werneuchen und besteht aus etwa 465.000 Modulen.

Aufbau und Funktionsweise der Solarpanels

Solarmodule bestehen im Kern aus Solarzellen. Diese wandeln das Licht der Sonne in elektrische Energie um und sind beidseitig von einer Kunststoff- oder Gießharzschicht umgeben. Auf der zur Sonne ausgerichteten Seite befindet sich außerdem eine Glasplatte. Diese ist besonders lichtdurchlässig und schützt die Zellen vor der Witterung. Unter den Solarzellen befindet sich außerdem eine witterungsbeständige Kunststoffschicht, die zusammen mit einem Aluminium- oder Edelstahlrahmen für Stabilität sorgt.

Solarzellen aus Silizium wandeln Licht in Strom um

Kern der Solarmodule sind dünne Silizium-Elemente: Die sogenannten Solarzellen. Damit diese Strom gewinnen, müssen Hersteller die Zellen entsprechend vorbereiten. So verbinden sie zwei Silizium-Schichten unterschiedlicher Dotierung (Verunreinigung mit Fremdstoffen) miteinander. Während in der einen ein Elektronenüberschuss besteht, herrscht in der anderen Schicht ein Elektronenmangel. Zwischen beiden befindet sich eine Grenzschicht, durch die Ladungsträger nur bei auftreffender Strahlungsenergie wandern.

Scheint nun Licht auf die Zellen, lösen sich Elektronen aus dem Halbleiter Silizium. Es entstehen freie Elektronen und sogenannte Elektronen-Löcher. Ersterer wandern über Metallkontakte und Leitungen zur anderen Seite der Solarzelle und Strom fließt. Das folgende Video zeigt das noch einmal im Überblick.

Leistung und Größe: Kennzahlen typischer Solarpanels

Solarmodule sind in unterschiedlichen Größen erhältlich. Üblich sind Maße von etwa 1,6 x 1,0 Metern und 1,5 x 0,8 Metern. Während Erstere eine Leistung von 210 bis 350 Watt erreichen, liefern die kleineren Solarpanels üblicherweise 170 bis 250 Watt. Grund dafür ist, dass hier weniger Solarzellen zum Einsatz kommen. Wichtig zu wissen ist, dass die Leistung durch unterschiedliche Bestrahlungsstärken und Temperaturen ständig schwankt. Sogenannte MPP-Tracker, die in den Wechselrichter integriert sind, gleichen das aus und sorgen für einen optimalen Betrieb.

Die folgende Tabelle erklärt die wichtigsten Kennzahlen der Solarmodule, wie die kWp-Angabe, den Wirkungsgrad oder die Photovoltaik-Degradation.

Solarmodule: Arten, Eigenschaften und Einsatz

Abhängig von der Art der verwendeten Solarzellen, sind verschiedene Solarmodule erhältlich. So gibt es neben Dünnschichtmodulen auch Solarpanales mit poly- oder monokristallinen Solarzellen. Die folgende Übersicht erklärt die Unterschiede:

• Monokristalline Solarzellen  bestehen aus reinem, einkristallinem Silizium. Sie sind aufwendig und teuer herzustellen, erreichen aber Wirkungsgrade von über 20 Prozent. Im Vergleich zu anderen Modularten ernten sie auf der gleichen Fläche den meisten Strom. Erkennbar sind Solarpanels mit monokristallinen Solarzellen an der gleichmäßigen blauen bis schwarzen Oberfläche.
• Polykristalline Solarzellen  bestehen aus unterschiedlich großen Siliziumkristallen. Sie sind günstiger herzustellen, erreichen aber geringere Wirkungsgrade. Üblich sind Werte von etwa 15 Prozent. Erkennen können Sie Solarmodule mit polykristallinen Zellen an der gut sichtbaren Kristallstruktur.
• Amorphe Solarzellen (Dünnschichtmodule)  bestehen aus hauchdünnen Silizium-Schichten, die Hersteller auf ein Trägermaterial aufdrucken oder aufdampfen. Die Produktion ist vergleichsweise günstig und flexibel. Denn Dünnschichtmodule sind in jeder Form herstellbar. Selbst gebogene und verformbare Oberflächen lassen sich so zum Solarmodul gestalten. Nachteilig ist der mit fünf bis sieben Prozent sehr geringe Wirkungsgrad.
• Organische Solarzellen  bestehen aus Kohlenstoffverbindungen. Sie lassen sich einfach und günstig herstellen, sind allerdings noch nicht ausgereift. So liegen übliche Wirkungsgrade bei etwa sieben bis acht Prozent. Die Herausforderung der Hersteller ist es, passende Materialien zu finden. Da sich die Eigenschaften der Zellen nur schwer theoretisch bestimmen lassen, erfolgt das nach dem „Versuch und Irrtum“-Verfahren. In Zukunft sollen Wirkungsgrade von über zehn Prozent möglich sein. Laborversuche zeigen bereits heute, dass das bei  organischen Solarzellen  funktioniert.

Wann welche Solarmodule zum Einsatz kommen, hängt von den individuellen Anforderungen ab.  Geht es darum, große, teils flexible Flächen mit Solarzellen zu belegen, sind Dünnschichtmodule die beste Wahl. Für die Stromerzeugung auf Hausdächern bieten Solarpanels mit polykristallinen Zellen das beste Preis-Leistungs-Verhältnis. Bei knappen Platzverhältnissen oder ungünstigen Ausgangsbedingungen kommen hingegen die leistungsstarken monokristallinen Zellen in den Modulen zum Einsatz. Sind die Module auf beiden Seiten dem Licht der Sonne ausgesetzt, erignen sich sogenannte bifaziale Panels. Diese haben zwei solar aktive Oberflächen und kommen zum Beispiel für Solarzäune infrage.  

Sichere Installation auf dem Dach

Für die Montage einer Photovoltaikanlage kommen Unterkonstruktionen aus Alu oder Stahl zum Einsatz. Diese lassen sich auf einem bereits eingedeckten Dach montieren und sind in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich.

Eine Alternative bieten Indach-Solarmodule. Diese ersetzen die Dachhaut teilweise oder komplett. Für hohe Erträge sind die Anlagen allerdings gut zu belüften. Andernfalls erwärmen sich die Module, wodurch ihre Leistung sinkt.

Individuelle Planung ist wichtig für hohen Ertrag  

Geht es um die Planung einer Photovoltaikanlage, ist die Auslegung und Anordnung der Solarmodule besonders wichtig. Neben der optimalen Ausrichtung und Neigung kommt es dabei auch darauf an, dass die mit Solarpanels belegten Dachflächen nicht beschattet sind. Einen Überblick über die wichtigsten Werte und hilfreiche Tipps geben wir im Beitrag  Photovoltaikanlage planen.

Reihen- oder Parallelschaltung der Module

Vor der Inbetriebnahme einer Photovoltaikanlage sind die einzelnen Solarpanels miteinander zu verkabeln. Infrage kommen dabei zwei Lösungen: Die Reihen- und die Parallelschaltung. Bei der Reihenschaltung befinden sich alle Module hintereinander in einem Stromkreis (auch String). Bei der Parallelschaltung entstehen hingegen mehrere parallele Strings. Welche Lösung zum Einsatz kommt, hängt vor allem von der Anlage und vom Wechselrichter ab. So muss die Leistung der Module den Eigenschaften der  Wechselrichter  entsprechen, ohne diese zu überlasten. Auf Hausanlagen schalten Experten die Module meist in Reihe, da die Leistung hier nicht sehr hoch ist.

Solarmodule auf verschiedenen Dachflächen

Wer Solarpanels auf zwei Dachseiten mit unterschiedlicher Ausrichtung anbringen lässt, sollte zwei Strings parallelschalten. Andernfalls könnte der geringe Stromertrag der verschatteten Module den Gesamtertrag schwächen. Der Grund dafür ist, dass durch alle in Reihe geschalteten Module immer die gleiche Strommenge fließt.

Module unterschiedlicher Leistung anschließen

Lassen sich zwei Module unterschiedlicher Leistung in Reihe oder parallel an einen Laderegler anschließen? Nein, das ist nicht sinnvoll. Denn das würde die Leistung der Anlage negativ beeinflussen. Besser ist es, nur gleiche Solarpanels miteinander zu verbinden. Sollen diese einen Batteriespeicher beladen, sind zwei Laderegler erforderlich.

Die typische Alterung der Solarmodule

Auch wenn viele Hersteller die Haltbarkeit der Module mit 20 bis 25 Jahren angeben, halten die Elemente in der Praxis oft länger. So lassen sich durchaus auch Werte von 30 bis 40 Jahren erreichen, bevor Sie  Solarmodule entsorgen  müssen. Problematisch ist es allerdings, wenn in der Zwischenzeit einzelne Module zu Schaden kommen oder gestohlen werden. Denn der Austausch ist nicht immer ohne Weiteres möglich. Möchten Sie die hohe Förderung aus dem Jahr der Inbetriebnahme weiterhin behalten, ist der Modulersatz nach § 48 (4) EEG 2023 nur aus folgenden Gründen zulässig:

• Diebstahl der Anlage oder einzelner Module
• Beschädigung wie Glasbruch oder Ähnliches
• technischer Defekt (zum Beispiel übermäßige Photovoltaik-Degradation)
  

Im Detail heißt es im Gesetz:  "Solaranlagen [...], die aufgrund eines technischen Defekts, einer Beschädigung oder eines Diebstahls Solaranlagen an demselben Standort ersetzen, sind abweichend von § 3 Nummer 30 bis zur Höhe der von der Ersetzung an demselben Standort installierten Leistung von Solaranlagen als zu dem Zeitpunkt in Betrieb genommen anzusehen, zu dem die ersetzten Anlagen in Betrieb genommen worden sind. Der Anspruch nach § 19 Absatz 1 entfällt in den Fällen der Sätze 1 und 2 für die ersetzten Anlagen endgültig."

Kosten moderner Solarpanels im Überblick

Solarmodule kosten heute zwischen 0,50 und 0,80 Euro pro Watt peak. Für eine Leistung von vier kWp können Sie daher mit Modulpreisen von 2.000 bis 3.200 Euro rechnen. Entscheidend ist hier die Art der Solarzellen sowie die Herkunft der Solarpanels. Da sich die Fertigungsprozesse ständig verbessern, sinken die Kosten im Laufe der Zeit immer weiter. So fielen die Preise allein im Zeitraum von 2012 bis 2023 um etwa 50 Prozent.