Photovoltaikmodule – Machen dein Dach zur Energie-Quelle

Die Sonne liefert uns jeden Tag ein enormes Energiepotenzial – kostenlos und sauber.  Der Schlüssel, um das zu nutzen, sind Photovoltaikmodule: Sie bilden die Basis jeder Solaranlage und wandeln Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Damit sind sie der erste und wichtigste Schritt auf dem Weg zu einer dezentralen und nachhaltigen Energieversorgung.

Mein Name ist Peter Knuth, Diplom-Ingenieur und Mitbegründer von enerix. Seit 2001 bin ich in der Solarbranche tätig und durfte in dieser Zeit unzählige Projekte begleiten. Aus dieser Erfahrung heraus weiß ich: Der Wunsch nach einer eigenen PV-Anlage ist oft mit vielen Fragen verbunden – vor allem, wenn es um die Auswahl der richtigen Module geht. Denn der Markt ist riesig und unübersichtlich: Unterschiedliche Technologien und zahlreiche Hersteller sorgen schnell für Verwirrung.

In diesem Beitrag möchte ich dir einen Einblick in die Welt der Photovoltaikmodule geben. Du erfährst, welche Modultypen es gibt, welche Vor- und Nachteile sie bieten und worauf du bei der Auswahl achten solltest. Außerdem zeige ich dir, welche aktuellen Entwicklungen den Markt bewegen – und gebe dir zehn praxisnahe Tipps aus unserem Alltag. Damit du eine fundierte Entscheidung treffen und das volle Potenzial deiner Solaranlage ausschöpfen kannst.

Bei den Produktempfehlungen am Ende des Artikels handelt es sich um Produkte, die ich mir auch selbst installieren würde und zum Teil auch habe. Viel Spaß beim Lesen.

Der photovoltaische Effekt – Das Funktionsprinzip der Photovoltaik

Die Grundfunktion eines Solarmoduls basiert auf dem sogenannten photovoltaischen Effekt. Dieser tritt auf, wenn Licht auf bestimmte Halbleitermaterialien – meist Silizium – trifft. Die Photonen (Lichtteilchen) regen dabei Elektronen im Material an, sodass sie sich lösen und in Bewegung geraten. Das ist dann elektrischer Strom.

Ein Solarmodul besteht aus vielen PV-Zellen, die miteinander verschaltet sind. Jede Zelle ist aus zwei unterschiedlich dotierten Siliziumschichten aufgebaut: einer negativ (n-Schicht) und einer positiv (p-Schicht) dotierten Halbleiterschicht. An der Grenzfläche entsteht ein elektrisches Feld, das die freigesetzten Elektronen in eine bestimmte Richtung lenkt – so entsteht Gleichstrom (DC).

Wie die ersten Solarmodule entwickelt wurden, erfährst du in dem Ratgeber Geschichte der Photovoltaik.

Unterschiedliche Modularten – Kristallin oder Dünnschicht?

Solarmodule gibt es in unterschiedlichen Ausführungen, die sich vor allem in der verwendeten Zelltechnologie unterscheiden. Die am weitesten verbreiteten PV-Modulart sind kristalline und früher dünnschichtbasierte Module.

Noch vor einigen Jahren sahen typische Solarmodule so wie links aus. Die Maße lagen in der Regel bei ca. 80 cm x 150 bzw. 160 cm.

1. Kristalline Module ist die heute am häufigsten eingesetzte Modulart. Sie bestehen aus festen Siliziumscheiben (Wafern), die in einem Laminat aus Folien und Glas und zur Stabilisierung in einem Alurahmen eingebettet sind. Diese Module erkennt man an den einzelnen Zellen – früher Quadrate, heute Rechtecke, die etwas voneinander auf einer weißen oder schwarzen Folie liegen.
2. Dünnschichtmodule wirken wie eine schwarze Scheibe mit dünnen Streifen. Statt dicker Siliziumscheiben wird bei ihnen eine hauchdünne Schicht lichtempfindlichen Materials auf eine Trägerfläche – etwa Glas oder Folie – aufgetragen. Diese Module sind nicht ganz so leistungsstark wie die kristalline Variante. Früher waren sie aufgrund ihres günstigen Preises sehr gefragt. Doch das hat sich verändert: Aufgrund des starken Preisverfalls bei kristallinen Modulen sind diese heute effizienter und auch wirtschaftlich attraktiver. In der Folge sind Dünnschichtmodule nahezu vollständig vom Markt verschwunden.

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Standard-Photovoltaikmodule – ähnlich im Aussehen, verschieden im Detail

Auf den ersten Blick sehen Standard-PV-Module sehr gleich aus: rechteckige Paneele mit Solarzellen. Doch bei näherem Hinsehen zeigen sich feine, aber wichtige Unterschiede: Manche Module bestehen aus einer Glas-Folie-Kombination, andere aus Glas-Glas, was sie noch robuster macht.

Standardmodule bestehen heute aus 120 Halbzellen, messen rund 1,1 m x 175 m und erreichen Modulleistungen zwischen 400 und 450 Wp. Die Solarzellen sind egal bei welchem Modul wettergeschützt in einem Glas-Folien-Laminat oder in einem Glas-Folien-Glas-Laminat (Glas-Glas) eingebettet, das für Stabilität und Langlebigkeit sorgt.

Eine andere Form von Standardmodulen sind Glas-Glas-Module. Sie besitzen die gleichen Modulleistungen und unterscheiden sich von den Glas-Folienmodule nur darin, dass auf der Rückseite statt einer Folie ein weiteres Glas verbaut wird. Die Zelle wird dadurch noch besser geschützt und das erhöht die Lebensdauer des Solarmoduls. Glas-Glas Module haben deshalb noch höhere Produkt- und Leistungsgarantien. Wie genau diese Module aufgebaut sind, kannst du noch weiter im Detail lesen: Photovoltaikmodularten.

Sonder-Photovoltaikmodule

Neben den benannten herkömmlichen Solarmodulen gibt es auch andere Module, die sich deutlich vom Standard unterscheiden.

Farbige Solarmodule

Farbige Solarmodule bieten eine ästhetische Alternative zu klassischen Standardmodulen. Sie sind in verschiedenen Farben erhältlich und fügen sich harmonisch in die Dachgestaltung ein, wodurch sie weniger auffallen. Diese Module sind ideal für Gebäude, bei denen das Design eine wichtige Rolle spielt. Daher finden sich farbige Solarmodule vor allem bei Projekten im Denkmalschutz wieder. Allerdings haben diese Module meist eine geringfügig niedrigere Leistung und sind etwas teurer.

Solardachziegel

Solardachziegel kombinieren Funktionalität und Ästhetik. Sie ersetzen herkömmliche Dachziegel und erzeugen gleichzeitig Strom aus Sonnenenergie. Diese Lösung ist ideal für Häuser, bei denen Wert auf Design gelegt wird, da die Ziegel sich nahtlos ins Dach einfügen. Zwar sind sie teurer als Standard-Solarmodule, doch überzeugen sie durch ihre unauffällige Integration und die Verbindung von Energiegewinnung und Eleganz.

PVT- Module kombinieren Strom und Wärme

Neben klassischen Solarmodulen gibt es eine interessante Hybridlösung: sogenannte PVT-Module. Sie erzeugen nicht nur Strom aus Sonnenlicht, sondern nutzen gleichzeitig die entstehende Wärme – und liefern damit Photovoltaik und Solarthermie in einem Modul. Das spart Platz auf dem Dach und kann die Effizienz deutlich steigern, vor allem bei hohem Wärmebedarf im Haushalt. Erfahre hier mehr über die Funktionsweise und Vorteile von PVT-Modulen.

Kristalline Solarzellen – Welche PV-Zelltypen gibt es und worin unterscheiden sie sich?

Bei kristallinen Photovoltaikmodulen, also dem heute gängigen Standard auf unseren Dächern, kommen verschiedene Zelltypen zum Einsatz. Auch wenn alle auf dem Grundmaterial Silizium basieren, gibt es feine, aber entscheidende Unterschiede in der Herstellung, im Aufbau und in der Leistung.

1. Monokristalline PV-Zellen bestehen aus einem einzigen, durchgehenden Siliziumkristall. Das sorgt für eine gleichmäßige Struktur, die man gut an der tiefschwarzen Farbe der Module erkennt. Durch ihre hohe Reinheit erreichen sie die besten Wirkungsgrade und liefern die höchsten Erträge bei gleicher Fläche.
2. Polykristalline Solarzellen bestehen, wie der Name schon aussagt aus vielen einzelnen Siliziumkristallen, die beim Abkühlen der geschmolzenen Masse entstehen. Diese Zellstruktur ist nicht ganz gleichmäßig. Der Wirkungsgrad ist etwas niedriger als bei monokristallinen Zellen, dafür waren sie lange Zeit günstiger in der Herstellung. Heute werden monokristalline Solarzellen jedoch deutlich häufiger eingesetzt als polykristalline Zellen.

Moderne Zelltechnologien im Überblick

Wie auch beim Aufbau der Photovoltaikmodule, gibt es innerhalb bei den verschiedenen Photovoltaik-Zellen viele unterschiedliche Technologien.

Bifaziale Module

Diese PV-Module nutzen auch das Licht, das vom Boden oder umliegenden Flächen reflektiert wird. Das kann die Energieausbeute deutlich steigern, besonders bei Freiflächenanlagen oder großen Industriedächern mit genügend Abstand zur Montagefläche. Bifaziale Module sind besonders sinnvoll bei Aufständerungen über hellen Untergründen (z. B. Kies, Beton oder Schnee).

Halbzellen – clever geteilt für mehr Leistung

Halbzellen sind eine Weiterentwicklung klassischer Solarzellen. Dabei werden herkömmliche mono- oder polykristalline Zellen mithilfe von Lasertechnologie in zwei Hälften geschnitten und im PV-Modul neu verschaltet – meist zu 120 oder 144 Zellen statt der üblichen 60 bzw. 72. Diese Bauweise reduziert elektrische Verluste, verbessert die Leistungsfähigkeit bei Teilverschattung und macht die Module robuster. Halbzellenmodule bieten mehr Ertrag und höhere Zuverlässigkeit – ohne dass sich die Größe des Moduls wesentlich verändert. Sie sind heute bei vielen Herstellern Standard und haben sich in der Praxis der Photovoltaik bestens bewährt.

Der Wirkungsgrad von PV-Modulen – Energie pro Fläche

Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls gibt an, wie viel Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie tatsächlich in elektrischen Strom umgewandelt werden. Je höher dieser Wert, desto besser nutzt das Modul das Sonnenlicht und desto mehr Strom bekommst du pro Quadratmeter Dachfläche. Das ist besonders wichtig, wenn dein Dach nicht unbegrenzt Platz bietet oder du den maximalen Ertrag aus einer bestimmten Fläche herausholen möchtest.

Gemessen wird der Wirkungsgrad unter sogenannten Standard-Testbedingungen (STC). Diese normierten Laborbedingungen beinhalten:

• eine Lichtstärke von 1000 Watt pro Quadratmeter (entspricht etwa der Mittagssonne),
• eine Zelltemperatur von 25 °C,
• und ein fester Sonnenstand (Lichtspektrum AM 1.5), wie er etwa in Mitteleuropa zur Mittagszeit typisch ist.

Unter diesen Bedingungen wird die elektrische Leistung des Moduls ermittelt und ins Verhältnis zur einfallenden Sonnenenergie gesetzt.

Dieser Unterschied summiert sich über Jahre und wirkt sich direkt auf die Rentabilität deiner Anlage aus. Aus diesem Grund entscheiden sich viele Anlagenbesitzer für ein Repowering, also einer Aufrüstung oder Erneuerung ihrer Anlage. Mehr zum Thema Repowering erfährst du in unserem Ratgeber.

Qualitätsmerkmale von Photovoltaikmodulen – worauf es wirklich ankommt

Nicht jedes Solarmodul ist gleich. Neben der Leistung gibt es eine Reihe technischer Qualitätsmerkmale, die darüber entscheiden, wie zuverlässig, langlebig und ertragreich ein Photovoltaikmodul über die Jahre wirklich ist. Wer langfristig von seiner PV-Anlage profitieren möchte, sollte auf diese Punkte achten:

Zertifizierungen und unabhängige Tests

Hochwertige Module werden regelmäßig von unabhängigen Instituten getestet. Relevante Normen sind z.B: IEC 62804 (PID Resistenz), IEC TS 6329 (Langlebigkeit und Degradation).

Worauf sollte man beim Kauf von Solarmodulen achten?

Selbst als Fachmann ist es manchmal nicht einfach bei der Menge an Modulherstellern das richtige Produkt auszuwählen. Module müssen allen Witterungen über einen möglichst langen Zeitraum trotzen. Von über 30 Grad im Sommer oder minus 15 Grad mit riesigen Schneemengen im Winter. 

Deshalb ist man gut beraten an dieser Komponente nicht zu sparen, weil eine Reparatur der Module schnell mal aufwendig und teuer werden kann.

Meine persönliche Empfehlung

Wenn ich heute eine neue Photovoltaik planen würde, würde ich mich für ein vollflächig schwarzes Halbzellen-Glas-Glas-Modul mit moderner ABC-Zelltechnologie entscheiden. Diese PV-Module sind nicht nur optisch ansprechend, sondern auch technisch auf dem neuesten Stand der Photovoltaik. Sie liefern dank ihrer rückseitigen Kontaktierung eine besonders hohe Leistung bei Teilverschattung und damit insgesamt einen stabileren und höheren Jahresertrag. Die etwas höheren Anschaffungskosten rechnen sich schnell – durch den zusätzlichen Stromertrag und die längere Lebensdauer.

Häufig gestellte Fragen zu Photovoltaikmodulen