Photovoltaik: Funktionsweise, Technik und Installation / 3.2 Modularten

Je nach Herstellungstechnik der Halbleiter gibt es unterschiedliche Solarzellen und daraus folgend sehr viele unterschiedliche Module.^[1] Sie können zu Modultypen zusammengefasst werden, die sich in Material, Fertigung, Wirkungsgrad und Preis unterscheiden.

Hinweis

Wirkungsgrad

Der (elektrische) Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis von erzeugter beziehungsweise abgegebener elektrischer Leistung und einfallender Lichtleistung. Er misst also, wie viel Lichtenergie unter Laborbedingungen in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Wirkungsgrad eines PV-Moduls ist darum stets etwas niedriger als der von einzelnen Solarzellen, weil selbst eine hochentspiegelte, lichtdurchlässige Abdeckung das auftreffende Sonnenlicht zum Teil reflektiert, sodass es nicht in vollem Umfang zu den Solarzellen hindurchdringt. Der Wirkungsgrad bezieht sich immer auf die Flächenleistung, er beziffert nicht die Stromausbeute in Relation zur jeweiligen Modulleistung.

Die folgenden fünf PV-Modultypen werden derzeit mit unterschiedlicher Häufigkeit verbaut:

• Monokristalline und polykristalline PV-Module,
• Dünnschicht-PV-Module mit amorphem Silizium (a-Si) oder mit Cadmium-Tellurid (CdTe) und
• CIGS-PV-Module.

[1] Siehe auch Gutmann, PV-Anlage: Funktionsweise und Aufbau von PV-Modulen.

3.2.1 Kristalline Solarmodule

Kristalline Solarmodule mit aktuell 320 bis 340 W werden aus dem Halbleitermaterial Silizium hergestellt. Die Flächenleistung liegt bei etwa 5 bis 7 m²/kWp.

• Polykristalline Solarmodule

  Insbesondere polykristalline Solarmodule sind einfach und günstig herzustellen. Sie basieren auf einer erprobten Technik, haben eine lange Lebensdauer und sind nur wenig störanfällig. Sie haben einen höheren Flächenbedarf (7 bis 10 m²/kWp) und ein hohes Gewicht pro Quadratmeter. Einbußen entstehen bei diffusem Licht, hohen Temperaturen und durch die sog. Korngrenzen an den einzelnen Wafern. Daher liegt der Wirkungsgrad polykristalliner Solarzellen nur bei 12 bis 16 %.

• Monokristalline Solarmodule

  Monokristalline PV-Module haben mit bis zu 20 % den höchsten Wirkungsgrad, da durch die einheitliche Kristallorientierung die Korngrenzen im Wafer entfallen. Dem hohen Wirkungsgrad steht allerdings der hohe Energieverbrauch gegenüber, der bei der Produktion der Siliziumkristalle anfällt. Monokristalline Solarmodule haben den geringsten Flächenbedarf (6 bis 9 m²/kWp) und sind aufgrund der erprobten Technik sehr wenig störanfällig. Sie sind aber teuer in der Fertigung, haben ein hohes Gewicht pro Quadratmeter und erleiden Einbußen bei diffusem Licht und hohen Temperaturen.

Kristalline Solarmodule sind verhältnismäßig schwer, bringen aber auch unter weniger günstigen Strahlungsbedingungen gute Leistung. Obwohl monokristalline Solarmodule deutlich teurer sind, haben sie sich wegen des höheren Wirkungsgrads gegenüber den polykristallinen Solarmodulen auf dem Markt durchgesetzt.

3.2.2 Dünnschichtmodule

Die flexiblen Dünnschichtmodule können einfach und mit deutlich weniger Material- und Energieverbrauch hergestellt werden. Sie sind sehr leicht und damit für statisch problematische Flächen und mobile Anwendungen bestens geeignet. Zudem liefern sie selbst bei schwachem oder diffusem Lichteinfall und vergleichsweise hohen Temperaturen noch gute und konstante Solarstromerträge. Sie sind günstig in der Anschaffung, benötigen aber für die gleiche Leistung eine größere Solargeneratorfläche als kristalline Module. Sie liegt bei 8 bis 15 m²/kWp. Dies macht sie für kleinere Dachflächen ungeeignet, da so auch nur eine kleine PV-Anlage mit geringer Leistung installiert werden kann.

• Insbesondere Dünnschicht-PV-Module mit amorphem Silizium (a-Si) kommen gut mit Verschattungsproblemen oder nicht optimal ausgerichteten Dächern klar. Sie können preiswert hergestellt werden und haben einen geringen Rohstoffbedarf. Wegen ihres geringen Wirkungsgrads (5 bis 7 %) rechnen sie sich jedoch erst auf großen Flächen (Scheunen, Industriegebäude). Trotz der geringen Kosten sind die Produktionszahlen seit 2012 rückläufig.
• Dünnschicht-PV-Module mit Cadmium-Tellurid (CdTe) zeichnen sich durch eine gute Aufnahmefähigkeit bei diffusem Licht aus. Sie haben einen geringen Rohstoffbedarf, sind allerdings relativ teuer in der Herstellung. Sie sind leicht, temperaturbeständig und haben eine kurze Energierücklaufzeit. Ihr Wirkungsgrad liegt bei 6 bis 8 %. Das Recycling der Module ist wegen des eingesetzten Cadmiums aufwendig. Aufgrund des besseren Verhältnisses von Wirkungsgrad und Herstellungskosten steigt ihr Marktanteil unter den Dünnschichtmodulen.
• Wie alle Dünnschichtmodule eignen sich auch Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) beziehungsweise Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-PV-Module (CIGS) besonders gut für Gebäude mit suboptimaler Dachausrichtung und bei Streulicht. CIGS-Solarmodule haben einen mittleren Wirkungsgrad (12-15 %). Sie sind leicht und haben eine geringe Störanfälligkeit. Die Fertigung ist teuer, das Recycling wegen des eingesetzten Selens aufwendig.

Hinweis

Einsatz von Dünnschicht-PV-Modulen

Dünnschicht-PV-Module können überall dort vorteilhaft install...