Solarpanel – Aufbau, Funktion & Kosten

In diesem Artikel erhalten Sie einen Überblick darüber, wie Solarmodule aufgebaut sind und wie sie funktionieren. Wir erklären die Technologie hinter der Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität durch Photovoltaik.

Sie erfahren, aus welchen Komponenten Solarmodulen bestehen und wie die einzelnen Schichten zusammenwirken, um Licht in elektrische Energie umzuwandeln. Wir gehen auf die verschiedenen Typen von Solarzellen ein und zeigen, welche Vor- und Nachteile die gängigen Module auf dem Markt haben.

Zudem geben wir einen Überblick über die Kosten von einzelnen Solarmodulen und kompletten Solaranlagen. Wir zeigen auf, unter welchen Bedingungen sich die Investition in eigene Solarmodule lohnt.

Abschließend blicken wir auf die Zukunft der Solarenergie und beantworten die wichtigsten Fragen rund um den Aufbau und die Funktionsweise von Photovoltaik-Modulen.

Aufbau von Solarpanelen

Solarpanele bestehen aus verschiedenen Schichten, die jeweils eine wichtige Funktion erfüllen.

Die oberste Schicht ist eine Glasabdeckung, die die darunterliegenden Komponenten vor äußeren Einflüssen wie Regen, Hagel oder Verschmutzung schützt. Meistens wird gehärtetes Glas verwendet, das sehr stabil und widerstandsfähig ist.

Darunter befinden sich die eigentlichen Solarzellen, die für die Umwandlung des Sonnenlichts in elektrischen Strom verantwortlich sind. Hierfür werden Halbleitermaterialien wie Silizium verwendet. Die Solarzellen bilden das Herzstück der Module.

Auf der Rückseite der Solarzellen ist eine Schicht angebracht, die als Träger dient und die Zellen fixiert. Oftmals besteht diese aus Kunststoff, Metall oder einer Verbundplatte. Die Rückseitenabdeckung schützt die empfindlichen Solarzellen und verleiht dem Modul zusätzliche Stabilität.

Zusammen bilden diese Komponenten den Aufbau eines Solarpanels, wobei die Anordnung und Zusammensetzung der Schichten je nach Hersteller variieren kann. Die optimale Abstimmung der Materialien ist entscheidend für eine hohe Lebensdauer und Effizienz der Module.

Funktionsweise

Solarmodule wandeln mit Hilfe des photovoltaischen Effekts Sonnenlicht in elektrischen Strom um. Die Solarzellen in den Modulen bestehen aus zwei Schichten dotiertem Silizium. Wenn Photonen aus dem Sonnenlicht auf die Siliziumatome treffen, werden Elektronen gelöst und können frei bewegen. Dies erzeugt eine Spannung zwischen den Siliziumschichten und einen elektrischen Stromfluss.

Der photovoltaische Effekt beschreibt diesen physikalischen Vorgang: Die Photonen übertragen ihre Energie auf die Elektronen im Siliziumkristallgitter. Haben die Photonen genügend Energie, werden die Elektronen aus ihrer Bindung gelöst und stehen für einen Stromfluss zur Verfügung. Ohne den photovoltaischen Effekt könnten Solarzellen keinen Strom erzeugen. Er ist die Grundlage der Umwandlung von Licht in elektrische Energie.

Solarzellen – Siliziumatome wandeln Licht in Strom um

Herzstück eines jeden Solarmoduls sind die Solarzellen. Sie sind dafür verantwortlich, das Sonnenlicht in elektrischen Strom umzuwandeln. Technisch wird dies als Photovoltaik bezeichnet.

Die Solarzellen bestehen aus zwei übereinander geschichteten Wafern aus Silizium, die unterschiedlich dotiert sind. Dotieren bedeutet, dass dem reinen Silizium gezielt Verunreinigungen in Form von Phosphor oder Bor hinzugefügt werden. Dadurch entsteht im Silizium ein Überschuss an negativen Ladungsträgern (Elektronen) auf der n-dotierten Seite und ein Überschuss an “Löchern” auf der p-dotierten Seite. Zwischen den beiden Wafern entsteht somit ein elektrisches Feld.

Trifft nun Licht in Form von Photonen auf die Oberfläche der Solarzelle, werden Elektronen aus den Siliziumatomen herausgelöst. Diese freien Elektronen wandern entlang des elektrischen Feldes zur n-Seite und erzeugen einen kleinen elektrischen Strom, der über metallische Kontakte abgegriffen werden kann. So wandeln die Siliziumatome in der Solarzelle durch den photoelektrischen Effekt das Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um.

Verschiedene Solarpanel-Typen

Es gibt verschiedene Arten von Solarpanelen, die sich in ihrer Zusammensetzung und Effizienz unterscheiden.

Monokristalline Paneele

Die effizienteste, aber auch teuerste Art von Solarmodulen sind monokristalline Paneele. Sie bestehen aus Siliziumscheiben, die aus einem einzigen Kristall gezüchtet werden. Die geordnete atomare Struktur der einkristallinen Zellen sorgt für einen Wirkungsgrad von bis zu 22%. Allerdings ist die Herstellung der Monokristalle aufwendig und energieintensiv, was die Module teuer macht. Sie haben typischerweise eine einheitlich dunkle Farbe.

Polykristalline Paneele

Polykristalline Paneele sind die am häufigsten verwendeten Solarmodultypen. Sie bestehen aus vielen kleinen kristallinen Silizium-Stücken, die zusammengeschmolzen werden.

Im Vergleich zu monokristallinen Modulen sind polykristalline Paneele günstiger in der Herstellung, da der Herstellungsprozess weniger aufwendig ist. Allerdings sind sie auch etwas weniger effizient, mit Wirkungsgraden von typischerweise 15-17%.

Der Vorteil der einfacheren und kostengünstigeren Produktion macht polykristalline Module aber dennoch zu einer beliebten Wahl für viele Anwendungen. Insgesamt bieten sie ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis für Solarenergie-Systeme.

Dünnschicht-Solarmodule

Dünnschicht-Solarmodule sind die günstigste Alternative unter den Solarpanelen. Sie bestehen aus einer dünnen Schicht eines photovoltaischen Materials auf einem Trägermaterial wie Glas oder Kunststofffolie.

Die dünne Schicht sorgt dafür, dass deutlich weniger Rohstoffe bei der Produktion benötigt werden. Dadurch sind die Herstellungskosten sehr gering. Allerdings ist auch die Effizienz deutlich niedriger als bei herkömmlichen kristallinen Solarzellen.

Die drei gebräuchlichsten Arten von Dünnschicht-Solarzellen sind:

• Amorphe Silizium-Zellen: Sie haben eine Effizienz von 6-8%.

• Cadmiumtellurid-Zellen (CdTe): Sie erreichen Effizienzen von 9-11% .

• Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Zellen (CIGS): Ihre Effizienz liegt bei 10-12%.

Trotz der vergleichsweise geringen Wirkungsgrade eignen sich Dünnschicht-Module aufgrund der kostengünstigen Produktion sehr gut für große Solarparks. Zudem können sie auch bei diffusem Licht Strom erzeugen.

Solaranlagen

Mehrere Solarmodule werden zu größeren Solaranlagen zusammengeschaltet. Dies ermöglicht die Erzeugung der benötigten Strommenge. Die Anzahl der verbundenen Solarmodule richtet sich nach dem gewünschten Ertrag der Photovoltaikanlage.

Bei kleinen Solaranlagen für Privathäuser kommen meistens 10 bis 30 Module zum Einsatz. Große Freiflächenanlagen, wie sie von Energieunternehmen betrieben werden, bestehen aus hunderten oder tausenden von Solarmodulen.

Die Module einer Solaranlage sind in Reihen angeordnet. Der erzeugte Gleichstrom wird über Kabel zu einem Wechselrichter geleitet, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. So kann der Solarstrom in das normale Stromnetz eingespeist werden oder direkt im Haus genutzt werden.

Durch die Kombination vieler Solarmodule lassen sich also größere Mengen an umweltfreundlichem Solarstrom erzeugen. Moderne Solaranlagen liefern sauberen Strom für ganze Haushalte oder sogar Stadtteile.

Kosten für Solarmodule

Ein handelsübliches Solarmodul mit einer Leistung von etwa 400 Watt kostet zwischen 100 und 150 Euro. Die Preise haben in den letzten Jahren deutlich nachgegeben. Während man früher noch über 5 Euro pro Watt zahlte, liegen die Kosten heute bei unter 0,5 Euro pro Watt Peak.

Die Preise variieren etwas je nach Modultyp. Monokristalline Paneele sind teurer als polykristalline Module. Auch spezielle Dünnschicht-Solarmodule können mehr kosten.

Neben den reinen Produktionskosten machen die Materialkosten einen großen Anteil aus. Silizium als Basisrohstoff hat hier den größten Einfluss. Auch andere Faktoren wie Lohnkosten oder Nachfrage spielen eine Rolle. Insgesamt ist die Preisentwicklung aber fallend.

Durch Skaleneffekte, technische Innovationen und einen intensiven Wettbewerb konnte der Preis pro Watt Leistung drastisch gesenkt werden. Für Endkunden bedeutet dies, dass die Investition in eine Solarstromanlage heute deutlich günstiger ist als noch vor 10 Jahren.

Kosten für Solaranlage

Eine vollständig installierte Solaranlage mit 10 kWp Leistung kostet in etwa 15.000 Euro.

Die Preise für Solaranlagen variieren je nach Größe der Anlage, den verwendeten Komponenten und der Dachbeschaffenheit. Bei einer kleineren Anlage mit 5 kWp liegen die Kosten im Schnitt bei 9.000 bis 11.000 Euro. Eine große Anlage mit 20 kWp kostet ca. 25.000 bis 30.000 Euro.

Die größten Kostenfaktoren bei der Anschaffung einer Solaranlage sind die Solarmodule und der Wechselrichter. Bei einer 10 kWp Anlage machen diese Komponenten etwa 60-70% der Gesamtkosten aus. Der Rest entfällt auf Kabel, Unterkonstruktion, Montage und die Installation.

Neben den reinen Hardwarekosten kommen oft noch Kosten für die Planung und Genehmigung hinzu. Auch mögliche Umbauten am Dach oder die Entsorgung von Asbest können zusätzliche Ausgaben verursachen.

Mit den richtigen Fördermitteln und Zuschüssen von Bund, Ländern und Kommunen lassen sich die Kosten einer Solaranlage jedoch deutlich senken. Eine gute Amortisationszeit liegt bei 10 bis 15 Jahren. Danach produziert die Solaranlage kostenlosen Solarstrom.

Vorteile von Solarstrom

Solarstrom hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber konventionellen Energiequellen.

• Erneuerbar: Die Sonne ist eine praktisch unerschöpfliche Energiequelle. Anders als bei fossilen Brennstoffen gibt es keine Endlichkeit. Solarenergie kann genutzt werden, solange die Sonne scheint.

• Umweltfreundlich & sauber: Bei der Stromerzeugung durch Photovoltaik entstehen keine Treibhausgase oder andere Schadstoffe. Solarstrom ist damit wesentlich umweltfreundlicher als Kohle- oder Atomkraft.

• Unabhängigkeit: Mit einer Solaranlage kann man seinen eigenen Strom erzeugen und ist unabhängig von den großen Energieversorgern. Die Solarenergie ist überall verfügbar.

• Skalierbar: Solaranlagen lassen sich modular erweitern. Vom kleinen Balkonkraftwerk bis zur großen Freiflächenanlage ist alles möglich.

• Wirtschaftlich: Die Preise für Solarmodule sinken stetig, wodurch Solarenergie immer wettbewerbsfähiger wird. Langfristig rechnen sich Solaranlagen auf jeden Fall.

Mit diesen Eigenschaften ist Solarenergie eine der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen der Zukunft mit großem Potenzial. Der Solarstrom durch Photovoltaik bietet eine nachhaltige Möglichkeit, den eigenen Strombedarf klimafreundlich zu decken.

Nachteile von Solaranlagen

Die Installation einer Solaranlage ist mit hohen Kosten verbunden. Auch wenn die Preise in den letzten Jahren deutlich gesunken sind, ist die Anschaffung einer Photovoltaikanlage immer noch eine größere Investition für private Haushalte.

Zudem sind Solarmodule von Sonnenlicht abhängig, um Strom zu erzeugen. Bei bewölktem Himmel oder in der Nacht gibt es keine Energieproduktion. Auch im Winter ist die Stromausbeute geringer als in den sonnenreichen Sommermonaten. Ohne zusätzliche Speichermöglichkeiten, wie Batterien, deckt eine PV-Anlage daher nicht vollständig den Energiebedarf eines Haushalts.

Eine Solaranlage auf dem Dach erfordert ausreichend Platz und eine geeignete Ausrichtung der Module. Nicht alle Hausdächer eignen sich für eine Installation. Mieter haben zudem kaum die Möglichkeit auf dem Dach einer Mietwohnung oder eines Mehrfamilienhauses Solarmodule anzubringen.

Insgesamt überwiegen jedoch die Vorteile von Solarstrom mit klimafreundlicher Energiegewinnung. Durch Fortschritte in der Technologie und Kostensenkungen wird die solare Stromerzeugung zukünftig noch attraktiver.

Zukunft der Solarenergie

Die Solarenergie hat in den letzten Jahren eine enorme Entwicklung durchgemacht. Die Kosten für Solarmodule sind deutlich gesunken, während gleichzeitig die Effizienz der Module immer weiter gestiegen ist.

Dieser Trend wird sich voraussichtlich auch in den kommenden Jahren fortsetzen. Durch technologische Innovationen und Skaleneffekte in der Massenproduktion werden die Preise für Solarstrom weiter sinken. Gleichzeitig arbeiten Wissenschaftler daran, den Wirkungsgrad von Solarzellen kontinuierlich zu verbessern.

Neue Solarzellentechnologien wie die Perowskit-Solarzellen, welche schon jetzt Wirkungsgrade von über 20% erreichen, werden in Zukunft eine immer größere Rolle spielen. Mit abnehmenden Kosten und steigender Effizienz wird die Solarenergie wettbewerbsfähiger und kann einen immer größeren Anteil an der weltweiten Stromerzeugung übernehmen.

Die Solarenergie hat also trotz der bereits erreichten Erfolge noch enormes Zukunftspotenzial. Ihre Bedeutung als erneuerbare Energiequelle wird in den kommenden Jahrzehnten weiter zunehmen.

FAQ Solarpaneele

Was sind die Komponenten eines Solarpanels?

Ein Solarpanel besteht aus einer gehärteten Glasscheibe als Schutz, den eigentlichen Solarzellen und einer rückseitigen Abdeckung. Die Solarzellen enthalten Siliziumatome, die bei Lichteinfall Elektronen freisetzen.

Wie funktioniert ein Solarpanel?

Ein Solarpanel funktioniert nach dem photoelektrischen Effekt. Photonen aus dem Sonnenlicht treffen auf die Siliziumatome in den Solarzellen und lösen Elektronen. Dadurch entsteht elektrischer Strom, der über Metallstreifen abgeleitet wird. Mehrere Solarzellen werden in Reihe verschaltet und bilden ein Solarmodul.

Welche Typen von Solarpanels gibt es?

Es gibt hauptsächlich drei Typen von Solarpanels:

• Monokristalline Solarpaneele: Sie haben den höchsten Wirkungsgrad von 15-22%, sind aber teurer.

• Polykristalline Solarpaneele: Sie sind günstiger, haben aber nur einen Wirkungsgrad von 13-17%.

• Dünnschicht-Solarmodule: Sie sind flexibel einsetzbar, haben aber den geringsten Wirkungsgrad.

Wie hoch sind die Kosten für ein Solarpanel?

Ein handelsübliches Solarpanel mit ca. 400 Watt Leistung kostet zwischen 100-150 Euro. Ein Panel zur Aufdachmontage mit Rahmen ist etwas teurer. Die Preise sinken aber stetig durch technischen Fortschritt. Eine 10 kWp Solaranlage mit Montage kostet ca. 15.000 Euro.

Fazit

Solarstrom durch Photovoltaik ist in den letzten Jahren zu einer bedeutenden erneuerbaren Energiequelle für Haushalte geworden und bietet eine nachhaltige Möglichkeit, den eigenen Strom zu produzieren. Mit sinkenden Kosten und steigender Effizienz werden Solarmodulen eine immer wichtigere Rolle bei der umweltfreundlichen Stromerzeugung spielen. Photovoltaikanlagen ermöglichen es, unabhängiger von den stetig steigenden Strompreisen zu werden. Trotz der höheren Anschaffungskosten amortisiert sich eine PV-Anlage in der Regel nach wenigen Jahren. Solarenergie ist sauber, praktisch unerschöpflich und trägt dazu bei, den CO2-Ausstoß zu reduzieren. Mit technologischen Fortschritten und Kostensenkungen wird die Solarenergie weiter an Bedeutung gewinnen. Für Hausbesitzer und Unternehmen, die langfristig und nachhaltig denken, sind Photovoltaikanlagen eine sinnvolle Investition in die Zukunft.