PV-Modul ist nicht gleich PV-Modul. Es existieren verschiedene Modularten, die sich unter anderem in ihrer Materialität, Effizienz und ihrem Preis unterscheiden. Im Folgenden erfahren Sie kompakt alles Wissenswerte über die verschiedenen PV-Modularten, ihre jeweiligen Vor- und Nachteile und welche Modulart möglicherweise für Ihre Bedürfnisse die richtige ist.
Sie sind erfreulicherweise ein immer häufigerer Anblick, wenn man zu Fuß, im Auto, Zug etc. den Blick über Dächer schweifen lässt: PV-Module. Sie erzeugen durch die Kraft der Sonne umweltfreundlich Strom und spielen damit eine wichtige Rolle in der Energiewende. Doch auch wenn PV-Module von weitem ähnlich aussehen, können sie sich in ihrer Materialität und Bauform fundamental voneinander unterscheiden. Hier erfahren Sie, welche Modularten es gibt, was ihre Vor- und Nachteile sind und auf welche Modulart Sie setzen sollten, aber vorerst …
…eine (sehr) kurze Geschichte der Photovoltaik-Module
Als Erfinder der Frühform eines PV-Moduls gilt Alexandre Edmond Becquerel, der 1839 erstmals eine elektrolytische Zelle konstruierte, welche bei der Aussetzung mit Licht elektrische Energie lieferte. Erste erfolgreiche Einsätze von PV-Modulen fanden in der Raumfahrttechnik statt. Für die Energieversorgung eines Radiosenders wurden im Jahr 1958 Solarzellen auf dem US-Satelliten Vanguard I montiert. Die Mission zeigte sich als enorm erfolgreich, da die PV-Module noch lange funktionsfähig blieben, selbst nachdem die herkömmlichen Batterien des Satelliten an Leistung verloren hatten. Vanguard markierte somit den Beginn einer Ära von PV-betriebenen Satelliten. In den 1970er-Jahren begann dann die Massenproduktion von PV-Modulen für terrestrische Anwendungen, angetrieben durch die Ölkrise von 1973. Die 1980er-Jahre sahen eine Verbreitung von PV-Modulen für mobile und netzunabhängige Geräte, während in den 1990er-Jahren Deutschland und andere Länder Programme zur Förderung von PV-Systemen einführten. China übernahm ab den 2000er-Jahren dann die Führung in der PV-Modulproduktion und erreichte bis 2018 einen Marktanteil von etwa 65 %, während Europa und die USA Marktanteile verloren. Heute bieten Massenproduktionsmodule eine Effizienz von etwa 20–22 % und sind hauptsächlich in netzgebundenen Anwendungen verbreitet, obwohl auch netzunabhängige Anwendungen in entlegenen Gebieten und Entwicklungsländern zunehmen.
Die Modularten
Im Nachfolgenden wird auf die herkömmlichsten Modularten und deren jeweilige Vor- und Nachteile eingegangen:
- Kristalline Silizium-Module (monokristallin und polykristallin): Diese sind mit 90 % die am weitesten verbreiteten Typen von Solarmodulen. Monokristalline Module bestehen aus Siliziumkristallen mit einer einheitlichen Struktur, während die etwas weniger effizienten polykristallinen Module aus verschiedenen Siliziumkristallen bestehen. Sie sind langlebig, kristalline Siliziummodule können über 25 Jahre funktionieren, und robust. Aufgrund der energieintensiven Herstellung von hochreinem Silizium sind sie aber vergleichsweise teuer. Negativ zu erwähnen ist auch ihr hohes Gewicht, womit sie für das Lastgewicht von Dächern eine Belastung darstellen können.
- Dünnschicht-Module: Diese Art von Modulen ist die am zweithäufigsten installierte, wobei sie sich in ihrer Materialität unterscheiden können. So werden Schichten von amorphem Silizium, Cadmiumtellurid oder Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) verwendet. Sie sind flexibler, leichter und auch billiger als kristalline Module, haben aber normalerweise eine geringere Effizienz. Das heißt damit auch, dass sie mehr Fläche benötigen, um dieselbe Menge Energie zu erzeugen. Weiteres degradieren sie schneller im Laufe der Zeit, ihre Effizienz sinkt also schneller als bei kristallinen Modulen. Trotz der niedrigeren Anfangskosten können die geringere Effizienz und potenziell höheren Wartungskosten die langfristige Wirtschaftlichkeit damit beeinträchtigen. Positiv zu vermerken ist, dass Dünnschichtmodule in bestimmten Umgebungen (z. B. bei diffusem Licht oder höheren Temperaturen) hinsichtlich ihrer Effizienz besser als kristalline Module abschneiden können.
Es existieren verschiedene Modularten mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen. (Adoba Stock)
Bei bifazialen Modulen handelt es sich um Module, die das Licht sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite des Moduls absorbieren können. Dies erhöht ihre Effizienz. Sie sind oft teurer als die oben genannten Modularten, bieten jedoch einen höheren Energieertrag, insbesondere in Umgebungen mit reflektiertem Licht, wie z. B. in schneebedeckten oder sandigen Gebieten. Die Nutzung von bifazialen Modulen bietet dadurch, dass sie Licht von beiden Seiten aufnehmen, auf Flachdach- und Freiflächenanlagen erhebliche Vorteile. Der Mehrertrag dieser Module hängt stark von der Bodenreflexion ab und kann durch verbesserte reflektierende Untergründe gesteigert werden. Der Aufstellwinkel spielt ebenfalls eine entscheidende Rolle: Ein steilerer Winkel begünstigt den rückseitigen Ertrag, während der frontseitige Ertrag bei Winkeln über 30 Grad unter mitteleuropäischen Bedingungen sinkt. Die Anordnung und der Bodenabstand der Module können den Ertrag um 5 bis 15 % erhöhen. Bei Glas-Glas-Modulen und Glas-Folie-Modulen handelt es sich um solche bifazialen Module:
- Glas-Glas-Module: Im Gegensatz zu herkömmlichen Modulen, die eine Kunststoffrückseite haben, sind Glas-Glas-Module auf beiden Seiten mit Glas abgedeckt. Dies macht sie langlebiger und widerstandsfähiger gegen Umwelteinflüsse. Glas-Glas-Module sind theoretisch umweltfreundlicher durch ihre längere Lebensdauer und höhere Recyclingfähigkeit, obwohl das Recyclingpotenzial leider oft ungenutzt bleibt. Nachteilig wirkt sich das hohe Gewicht und die damit zusammenhängende potenziell aufwendigere Montage aus. Glas-Glas-Module sind aktuell teurer als andere Modularten, jedoch könnte sich dies mit effizienteren Produktionsmethoden und günstigeren Materialien in Zukunft ändern. Glas-Glas-Module sind besonders in Regionen beliebt, in denen extreme Wetterbedingungen vorherrschen oder wo zusätzliche Langlebigkeit und Zuverlässigkeit erforderlich sind.
- Glas-Folie-Photovoltaikmodule: Bei dieser Art von Photovoltaikmodulen besteht die Vorderseite aus Glas und die Rückseite aus einer speziellen Kunststofffolie. Diese Konfiguration ist in der Solarindustrie populär, da sie eine gute Balance zwischen Schutz, Effizienz und Kosten bietet. Sie sind in der Regel günstiger in der Herstellung als Glas-Glas-Module, da die Kunststofffolie auf der Rückseite kostengünstiger ist als Glas. Das Glas auf der Vorderseite schützt die Solarzellen vor Umwelteinflüssen wie UV-Strahlung und mechanischen Beschädigungen, während die Folie auf der Rückseite zusätzlichen Schutz gegen Feuchtigkeit und mechanische Einwirkungen bietet.
Last but not least gibt es noch die organische Photovoltaik (OPV): Diese verwenden organische Halbleitermaterialien, die flexibel und leicht sind. OPV-Module sind noch in der Entwicklungsphase und haben derzeit eine geringere Effizienz im Vergleich zu kristallinen Modulen, bieten jedoch Potenzial für Anwendungen auf gebogenen Oberflächen und integrierte Elektronik, aber auch tragbare Geräte oder Kleidung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarzellen, die auf anorganischen Materialien wie Silizium basieren, nutzen organische Photovoltaikzellen kohlenstoffbasierte Moleküle oder Polymere. Forschungen laufen, OPV durch kostengünstige Druckverfahren ähnlich dem Drucken von Zeitungen herzustellen. Die Nachteile sind die geringere Energieeffizienz von Spitzenwerten um 15 % gegenüber 20 % bei besseren Siliziumzellen. Außerdem müssen trotz der potenziellen Kostenvorteile bei der Herstellung noch viele technische und wirtschaftliche Hürden überwunden werden, um OPV für großflächige kommerzielle Anwendungen attraktiv zu machen.
Bei rund 90 % der installierten Photovoltaikmodule handelt es sich um kristalline Silizium-Module.
Für welche Modulart man sich auch entscheidet, eines steht fest: Man tut der Umwelt etwas Gutes. (Adobe Stock)
Welche Modulart für Sie?
Und welche Modulart ist für Sie die richtige? Nun, wie erwähnt, handelt es sich bei 90 % der installierten Module um kristalline Silizium-Module und grundsätzlich sollte man zu dieser Lösung greifen, auch da sie ein zufriedenstellendes Verhältnis zwischen Preis und Effizienz bieten. Bifaziale Module können allerdings die bessere Lösung sein, wenn Sie in einer sonnenarmen Gegend wohnen. Durch eine optimale Installation kann nämlich noch einiges an Effizienz herausgeholt werden. Glas-Glas-Module sind indes die bessere Lösung, wenn Sie mehr Wert auf Ästhetik legen und mit dem Bau einer PV-Anlage auch künstlerische Ambitionen verfolgen.
Eines eint die Module: Sie liefern alle so gut wie gratis Strom. Sollten Sie also Platz haben, zögern Sie nicht, in PV-Module zu investieren, Sie tun damit der Umwelt und Ihrer Geldbörse etwas Gutes.
