Photovoltaikmodule – Funktion, Kosten & Modultypen

Photovoltaikmodule sind in den letzten Jahren zu einem wichtigen Bestandteil der erneuerbaren Energien geworden. Sie wandeln die Energie des Sonnenlichts direkt in elektrischen Strom um und tragen so dazu bei, den Energiebedarf auf umweltfreundliche Weise zu decken.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftwerken, die aus fossilen Brennstoffen oder Atomkraft Strom erzeugen, produzieren Photovoltaikanlagen keine Treibhausgase oder andere Schadstoffe. Stattdessen nutzen sie die unerschöpfliche Energie der Sonne, um sauberen Solarstrom zu erzeugen.

Photovoltaikmodule bestehen im Wesentlichen aus Solarzellen, die aus Halbleitermaterialien wie Silizium gefertigt sind. Trifft Sonnenlicht auf diese Zellen, werden Elektronen angeregt und in Bewegung versetzt. Dies erzeugt einen gerichteten Stromfluss, der genutzt werden kann, um Haushaltsgeräte, Maschinen oder auch das Stromnetz zu speisen.

In den letzten Jahren sind die Kosten für Photovoltaikanlagen deutlich gesunken, die Effizienz der Module gestiegen. Photovoltaik hat sich von einer Nischentechnologie zu einer tragenden Säule der Energiewende entwickelt und leistet einen immer größeren Beitrag zur umweltfreundlichen Stromversorgung.

Funktionsweise eines Photovoltaikmoduls

Ein Photovoltaikmodul besteht im Wesentlichen aus drei Schichten:

• Negativ dotierte Schicht: Diese Schicht enthält überschüssige Elektronen.

• Grenzschicht: Sie verbindet die negativ und positiv dotierten Schichten.

• Positiv dotierte Schicht: Hier fehlen Elektronen, es liegen “Löcher” vor.

Wenn Licht auf das Modul fällt, werden Elektronen in der negativ dotierten Schicht angeregt und in die positiv dotierte Schicht gedrückt. Dadurch entsteht eine Spannung zwischen den Schichten und ein Strom kann fließen.

Der Halbleiter Silizium in den Schichten verbessert die Leitfähigkeit bei Lichteinfall. Je mehr Licht die Solarzelle erreicht, desto mehr Elektronen werden angeregt und desto mehr Strom fließt. So wandelt das Modul effizient Sonnenlicht in elektrischen Strom um.

Kristalline Module

Kristalline Photovoltaikmodule sind die am weitesten verbreitete Modulart. Sie bestehen aus Siliziumkristallen, die als Halbleiter dienen. Je nach Kristallstruktur unterscheidet man zwischen monokristallinen und polykristallinen Modulen:

Monokristalline Module

• Hergestellt aus einem einzigen großen Siliziumkristall
• Hoher Wirkungsgrad von typisch 15-22%
• Meist dunkelblau oder schwarz
• Teurer als polykristalline Module

Polykristalline Module

• Bestehen aus vielen kleinen Siliziumkristallen
• Etwas geringerer Wirkungsgrad von 13-18%
• Bläulich schimmernd
• Günstiger als monokristalline Module

Beide Modultypen zeichnen sich durch eine hohe Effizienz und lange Lebensdauer aus. Die Kristalle sorgen für eine hohe Stabilität und geringe Leistungsabnahme über die Jahre. Kristalline Module haben den höchsten Marktanteil bei Photovoltaikanlagen.

Dünnschichtmodule

Dünnschichtmodule unterscheiden sich in ihrer Bauweise deutlich von herkömmlichen kristallinen Silicon-Modulen. Anstatt aus dicken Silizium-Wafern bestehen sie aus extrem dünnen Schichten von photovoltaischen Materialien, die auf Glasscheiben oder Folien aufgedampft werden.

Die beiden gebräuchlichsten Dünnschicht-Technologien sind:

• Cadmiumtellurid (CdTe): CdTe hat den höchsten Wirkungsgrad aller Dünnschicht-Technologien von bis zu 22%. Allerdings ist Cadmium giftig und muss beim Recycling der Module richtig entsorgt werden.

• Kupfer-Indium-Diselenid (CIS): CIS Module erreichen Wirkungsgrade von etwa 15%. Sie gelten als umweltfreundlicher als CdTe, sind aber teurer in der Herstellung.

Weitere Vorteile von Dünnschichtmodulen:

• Geringes Gewicht und flexible Module möglich
• Weniger Silizium nötig, kostengünstiger
• Einfachere Produktion als kristalline Module
• Bessere Leistung bei diffusem Licht und hohen Temperaturen

Nachteile sind der oft niedrigere Wirkungsgrad und die geringere Langzeitstabilität gegenüber kristallinen Modulen. Dünnschichtmodule eignen sich daher besonders für Anwendungen mit wenig Platzangebot.

Preisentwicklung bei Photovoltaikmodulen

Die Preise für Photovoltaikmodule sind in den letzten 10-15 Jahren enorm gesunken. Lag der Preis pro Watt Modulleistung zu Beginn der 2000er Jahre noch bei über 5 Euro, so ist er bis heute auf unter 0,20 Euro gefallen.

Dieser starke Preisverfall ist vor allem auf zwei Faktoren zurückzuführen:

• Technologische Verbesserungen und Skaleneffekte in der Produktion haben die Herstellungskosten gesenkt. Durch optimierte Fertigungsprozesse und Massenproduktion konnten die Kosten pro Modul deutlich reduziert werden.

• Ein harter Wettbewerb zwischen den Modulherstellern, insbesondere aus Asien, hat zu sinkenden Verkaufspreisen geführt. Die gestiegene Nachfrage nach Solarmodulen weltweit sorgte für eine Ausweitung der Produktionskapazitäten.

Dadurch entstand ein Verdrängungswettbewerb mit fallenden Modulpreisen. Chinesische Hersteller konnten dabei mit besonders günstigen Preisen punkten. Der Preisverfall bei Solarmodulen hat die Energiewende und den Ausbau der Photovoltaik in Deutschland und weltweit entscheidend begünstigt.

Aktuelle Preise für Photovoltaikmodule

Die Preise für Photovoltaikmodule sind in den letzten Jahren stark gefallen. Aktuell liegen die Preise bei Direktbezug vom Hersteller bei etwa 0,12 bis 0,25 Euro pro Watt Peak.

Bei kleineren Mengen, wie sie für private Hausdächer benötigt werden, liegen die Preise eher im oberen Bereich. Großabnehmer können aufgrund von Mengenrabatten oftmals günstigere Konditionen aushandeln.

Die Preisentwicklung wurde durch eine Reihe von Faktoren begünstigt. Dazu gehören technologische Fortschritte in der Produktion, Skaleneffekte durch eine stark gestiegene Nachfrage sowie ein intensiver Wettbewerb auf dem Weltmarkt für Solarmodule.

Viele Experten gehen davon aus, dass der Preisverfall sich in den kommenden Jahren weiter fortsetzen wird. Jedoch mit einer abnehmenden Dynamik, da die Grenzkosten der Produktion allmählich erreicht werden. Dennoch werden Photovoltaikanlagen noch deutlich günstiger und damit wettbewerbsfähiger gegenüber konventionellen Stromquellen.

Kosten für Endverbraucher

Die Preise für Photovoltaikmodule sind in den letzten Jahren stark gefallen. Bei einem direkten Herstellerbezug liegen die Kosten derzeit etwa zwischen 0,12 und 0,25 Euro pro Watt Peak. Für Endverbraucher, die eine Photovoltaikanlage kaufen, liegen die Kosten inklusive Montage aktuell bei circa 0,20 bis 0,40 Euro pro Watt Peak.

Ein günstiges Standardmodul mit einer Leistung von 400 Watt Peak ist somit ab etwa 85 Euro erhältlich. Hocheffiziente Premium-Module mit besonders hohem Wirkungsgrad liegen preislich eher bei 100 bis 150 Euro pro Modul.

Durch die gesunkenen Modulpreise lassen sich Photovoltaikanlagen heutzutage mit vergleichsweise geringen Kosten und kurzen Amortisationszeiten realisieren. Die Investition in eine eigene Solaranlage auf dem Dach lohnt sich daher für viele Hausbesitzer.

Modularten

Es gibt verschiedene Arten von Photovoltaikmodulen, die sich in ihrem Aufbau und ihren Eigenschaften unterscheiden:

Glas-Folie-Module

Bei Glas-Folie-Modulen befindet sich auf der Vorderseite eine Glasscheibe, auf der Rückseite eine Folie. Die Solarzellen sind zwischen Glas und Folie eingekapselt. Diese Bauart ist sehr leicht und dadurch auch kostengünstig. Allerdings kann die Folie im Laufe der Jahre spröde werden und brechen, was die Modul-Lebensdauer verkürzt.

Glas-Glas-Module

Hier sind sowohl Vorder- als auch Rückseite mit einer Glasscheibe versehen. Glas-Glas-Module zeichnen sich durch eine sehr hohe Stabilität und Langlebigkeit aus, da Glas witterungsbeständiger als Folien ist. Sie sind allerdings auch etwas schwerer. Die Hersteller geben teilweise Garantien von 25 Jahren und mehr.

Flexible Dünnschichtmodule

Flexible Module bestehen aus einer dünnen Schicht aus Dünnschicht-Solarzellen, die auf ein flexibles Substrat aufgebracht sind. Sie sind leicht und lassen sich an gekrümmte Oberflächen anbringen. Allerdings ist der Wirkungsgrad dieser Module geringer als bei starren Modulen. Sie eignen sich für spezielle Anwendungen wie Fahrzeuge oder Gebäudefassaden.

PERC-Technologie steigert Modulwirkungsgrad

Die PERC-Technologie (Passivated Emitter and Rear Cell) ist eine Weiterentwicklung der herkömmlichen Solarzelle, die den Wirkungsgrad von Photovoltaikmodulen um bis zu 1% steigern kann.

Bei PERC-Solarzellen wird die Rückseite der Solarzelle passiviert, also mit einem Dielektrikum versehen, das die Reflexion des Lichts erhöht. Dadurch können mehr Photonen in der Zelle absorbiert werden. Zusätzlich wird die Vorderseite texturiert, also mit einer nanostrukturierten Oberfläche versehen, welche die Lichtstreuung und damit die Absorption weiter verbessert.

Insgesamt führen diese Maßnahmen dazu, dass PERC-Solarzellen mehr Strom aus der gleichen Lichteinstrahlung erzeugen können. Der höhere Wirkungsgrad wirkt sich direkt auf die Modulleistung aus. Bei gleicher Fläche liefern PERC-Module rund 5-10% mehr Ertrag über die Lebensdauer.

Die PERC-Technologie ist inzwischen zum Standard bei vielen Modulherstellern geworden. Sie ermöglicht kostengünstig einen höheren Ertrag und damit eine bessere Stromausbeute pro Quadratmeter Modulfläche. PERC-Solarzellen sind eine wichtige Innovation, um die Effizienz von Photovoltaikmodulen weiter zu steigern.

Wichtige Kennzahlen eines Photovoltaikmoduls

Beim Kauf von Photovoltaikmodulen sollten einige wichtige Kennzahlen beachtet werden:

Leistung: Die Nennleistung gibt an, welche elektrische Leistung das Modul bei Standardtestbedingungen (STC) erbringt. Üblich sind heute Leistungen zwischen 300 und 400 Watt pro Modul. Die Leistungstoleranz gibt an, um wie viel Prozent die Ist-Leistung von der Nennleistung abweichen darf.

Wirkungsgrad: Der Modulwirkungsgrad gibt das Verhältnis von eingestrahlter Sonnenenergie zu erzeugter elektrischer Leistung an. Bei kristallinen Siliziummodulen liegt er typischerweise zwischen 15 und 22%, bei Dünnschichtmodulen meist darunter. Je höher der Wirkungsgrad, desto mehr Strom wird erzeugt.

Gewicht: Das Gewicht der Module ist vor allem für die Statik des Daches wichtig. Standardmodule wiegen etwa 18-21 kg/m2. Bei Dünnschichtmodulen liegt das Gewicht deutlich niedriger, bei 10-15 kg/m2. Leichtere Module ermöglichen unter Umständen einfachere und kostengünstigere Dachkonstruktionen.

Hersteller

Es gibt viele Hersteller von Photovoltaikmodulen auf dem Markt. Drei der weltweit größten und bekanntesten sind:

Jinko Solar

Jinko Solar aus China ist derzeit der weltgrößte Hersteller von Solarmodulen. Das Unternehmen produziert jährlich Module mit einer Kapazität von über 20 Gigawatt. Jinko setzt auf hocheffiziente PERC- und Half-Cut-Module und bietet lange Produkt- und Leistungsgarantien.

Canadian Solar

Der chinesische Hersteller Canadian Solar gehört mit einer jährlichen Produktionskapazität von über 10 Gigawatt ebenfalls zu den führenden Anbietern. Canadian Solar fertigt vor allem sehr leistungsstarke Module für Freiflächenanlagen. Das Unternehmen hat Niederlassungen auf allen Kontinenten.

LG Electronics

Der koreanische Elektronikkonzern LG produziert hochwertige Czochralski-Module in Deutschland. LG Solarmodule zeichnen sich durch eine sehr geringe Degradation und lange Garantien aus. Qualität und Langlebigkeit haben bei LG höchste Priorität.

Zusammenfassung

Photovoltaikmodule wandeln Sonnenlicht effizient in elektrischen Strom um. In den letzten Jahren sind die Preise für PV-Module deutlich gefallen, während die Leistung und Lebensdauer gestiegen sind. Beim Kauf sollte man wichtige Kennzahlen wie die Nennleistung, den Wirkungsgrad und die Produkt- und Leistungsgarantie beachten.

Die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom durch Photovoltaikmodule ist eine saubere und nachhaltige Technologie. Mit sinkenden Preisen und steigender Effizienz wird Solarenergie immer wettbewerbsfähiger. Bei der Wahl des richtigen Moduls für die eigene Solaranlage helfen Garantien, Qualitätssiegel und der Vergleich wichtiger technischer Daten. So lässt sich eine profitable und zukunftssichere Investition tätigen.

Häufige Fragen

Wie viel Strom erzeugt ein PV-Modul?

Ein einzelnes Modul mit einer Standard-Leistung von z.B. 400 Watt erzeugt bei optimaler Sonneneinstrahlung ca. 400 Watt. Bei durchschnittlichen Wetterbedingungen in Deutschland liegt die jährliche Stromerzeugung eines solchen Moduls bei circa 500 kWh. Für eine grob überschlägige Berechnung der Jahresertrag kann man von etwa 1000 kWh pro kWp Spitzenleistung der Anlage ausgehen.

Wie viel Platz braucht man für PV-Module auf dem Dach?

Für eine Anlage mit 5 kWp benötigt man je nach Modulgröße und -leistung etwa 25-35 qm Dachfläche. Faustregel: Pro kWp werden etwa 5-7 qm Fläche benötigt. Wichtig ist, dass die Module nach Süden ausgerichtet sind und keine Verschattungen bestehen.

Hält ein PV-Modul Schnee und Stürmen stand?

Moderne Solarmodule sind sehr widerstandsfähig gegenüber Umwelteinflüssen. Sie halten in der Regel problemlos Schneelasten von bis zu 5400 Pa (entspricht ca. 550 kg/m2) und Windgeschwindigkeiten von bis zu 130 km/h stand. Wichtig ist die fachgerechte Montage und Befestigung gemäß Herstellerangaben.

Fazit

Photovoltaik bietet eine Reihe von Vorteilen, die ihre Beliebtheit erklären:

• Unerschöpfliche Energiequelle: Die Sonne strahlt jeden Tag enorme Mengen an Energie auf die Erde. Solarstrom nutzt diese unerschöpfliche Ressource und ist praktisch unbegrenzt verfügbar.

• Dezentrale Stromerzeugung: PV-Anlagen können überall errichtet werden, wo Sonnenlicht vorhanden ist. Dies ermöglicht eine dezentrale Stromerzeugung und macht lange Übertragungswege überflüssig.

• Modulare Skalierbarkeit: PV-Anlagen lassen sich modular aufbauen und an den jeweiligen Bedarf anpassen. Vom Einfamilienhaus bis zum Solarpark ist alles möglich.

• Schnelle Amortisation: Dank stark gesunkener Preise und attraktiver Einspeisevergütung amortisieren sich PV-Anlagen bereits nach wenigen Jahren.

• Wertsteigerung der Immobilie: Eine PV-Anlage steigert den Wert einer Immobilie und ist bei Käufern beliebt.

• Klimaschutz: Solarstrom ist emissionsfrei und trägt zum Klimaschutz bei. Jeder Quadratmeter PV tut Gutes.

• Unabhängigkeit: Mit Solarenergie kann man unabhängiger von steigenden Strompreisen und fossiler Energie werden.

Photovoltaik ist eine zukunftsfähige und attraktive Technologie zur sauberen Stromerzeugung. Die Vorteile überwiegen klar, sodass sich PV sowohl für Hausbesitzer als auch Investoren lohnt.