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 Photovoltaikanlage 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.

• Welche Module passen zu meinem Dach?
• Wie wichtig ist der Wirkungsgrad?
• Und was bedeuten Begriffe wie Kilowattpeak (kWp) und String eigentlich genau?

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.

Ein Blick zurück – Die Geschichte der Photovoltaikmodule

Die Geschichte der Photovoltaik beginnt bereits im 19. Jahrhundert: 1839 entdeckte der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel den photovoltaischen Effekt – also die Fähigkeit bestimmter Materialien, unter Lichteinfluss elektrische Spannung zu erzeugen. Doch es dauerte fast ein Jahrhundert, bis daraus eine nutzbare Technologie wurde. 1954 gelang es den Bell Labs in den USA, die erste funktionsfähige Solarzelle auf Siliziumbasis mit einem Wirkungsgrad von rund 6 % zu entwickeln. Ursprünglich für Raumfahrtprojekte eingesetzt, fanden Photovoltaikmodule in den 1970er- und 1980er-Jahren langsam ihren Weg auf die Erde, etwa zur Stromversorgung abgelegener Hütten oder Navigationsbojen. Erst mit der Jahrtausendwende und dem gestiegenen Bewusstsein für Klimaschutz und Energiewende begann der weltweite Durchbruch.

Der photovoltaische Effekt – Das Funktionsprinzip eines Solarmoduls

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 Solarzellen, 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).

Was ist eigentlich ein Kilowattpeak bzw. kWp?

Wer sich mit Photovoltaikanlagen beschäftigt, stößt schnell auf die Einheit Kilowattpeak (kWp). Aber was bedeutet das eigentlich genau? Kilowattpeak, kurz kWp ist die Maßeinheit für die Nennleistung einer Photovoltaikanlage unter Standard-Testbedingungen. Sie gibt an, wie viel elektrische Leistung ein Solarmodul oder eine gesamte PV-Anlage unter optimalen Bedingungen liefern kann. Diese Bedingungen sind international genormt: 1.000 Watt Sonneneinstrahlung pro Quadratmeter, eine Zelltemperatur von 25 °C und eine klare, senkrechte Einstrahlung auf die Modulfläche.

Die tatsächliche Stromproduktion hängt aber neben der kWp-Leistung auch von Faktoren wie Dachausrichtung, Verschattung, Verschmutzung, Temperatur und natürlich der Sonneneinstrahlung vor Ort ab.

Unterschiedliche Modularten – Kristallin oder Dünnschicht?

Photovoltaikmodule gibt es in unterschiedlichen Ausführungen, die sich vor allem in der verwendeten Zelltechnologie unterscheiden. Die am weitesten verbreiteten Modularten sind kristalline und dünnschichtbasierte Module, die sich aber deutlich in Aufbau, Aussehen und Einsatzmöglichkeiten unterscheiden.

Noch vor einigen Jahren sahen typische Photovoltaikmodule 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 sehen ganz anders aus: Sie 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.

Dünnschichtmodule waren eine Zeit lang trotz ihres geringeren Wirkungsgrads sehr gefragt – vor allem, weil sie im Verhältnis zur erzeugten Leistung deutlich günstiger produziert werden konnten. Doch das hat sich verändert. Aufgrund des starken Preisverfalls bei kristallinen Modulen sind diese heute effizienter und auch wirtschaftlich attraktiver. Die deutlich höheren Wirkungsgrade bedeuten: mehr Strom auf weniger Fläche – ein entscheidender Vorteil, gerade bei privaten Dachanlagen. In der Folge sind Dünnschichtmodule nahezu vollständig vom Markt verschwunden.

Der Standard sind heutzutage kristalline Module mit unterschiedlichen Zelltypen, auf die ich in den nächsten Abschnitten eingehen möchte.

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Standard-Photovoltaikmodule – ähnlich im Aussehen, verschieden im Detail

Auf den ersten Blick sehen Standard-Photovoltaikmodule sehr gleich aus, in der Regel rechteckige Paneele mit Solarzellen, mal mit silbernem Rahmen und weißer Rückseitenfolie, mal komplett in elegantem Schwarz. 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.

Aber auch die Zelltechnik variiert: Es gibt klassische quadratische Vollzellen-Module und moderne Halbzellen-Module.

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. Die schiere Größe der Module macht die Montage auf den Dächern für unsere Monteure nicht leicht.

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 Photovoltaikmoduls. Glas-Glas Module haben deshalb noch höhere Produkt- und Leistungsgarantien.

Standard Glas-Folienmodule

Standard Glas-Folienmodule sind die aktuell am häufigsten verbauten Module. Die Modulmaße sind bei nahezu allen Herstellern Standard, nur beim Aufbau und bei den Leistungen unterscheiden sich die Produkte. Bisher hatten Standardmodule 60 Vollzellen und Maße von 1 m x 1,7 m. Seit ein paar Jahren
geht jedoch die Entwicklung zu Modulen mit Halbzellen. Heutige Standardmodule haben 120 Halbzellen, Maße von circa 1,1 m x 1,75 m und Modulleistungen von 380 bis 420 Wp. Die Zellen liegen wettergeschützt in einem Glas-Folien-Laminat.

Glas-Glas-Module

Glas-Glas-Module besitzen die gleichen Modulleistungen und unterscheiden sich von den Standardmodulen nur darin, dass auf der Rückseite des Moduls statt einer Folie ein weiteres Glas
verbaut wird. Die Zelle wird dadurch noch besser geschützt und das erhöht die Lebensdauer des Photovoltaikmoduls. Glas-GlasModule haben besonders hohe Produkt- und Leistungsgarantien.

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. Dennoch bieten sie eine perfekte Lösung für alle, die Funktionalität und Design verbinden möchten.

Sonder-Photovoltaikmodule

Neben den benannten herkömmlichen Solarmodulen gibt es auch andere Module, die sich im Aussehen, der Funktion und der Effizienz deutlich vom Standard unterscheiden.

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. Solardachziegel sind wetterfest, langlebig und bieten eine umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Dächern. 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 Photovoltaikmodulen 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 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 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.

Moderne Zelltechnologien im Überblick

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

Bifaziale Module

Diese 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.

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 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 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.

Qualitätsmerkmale von Photovoltaikmodulen – worauf es wirklich ankommt

Nicht jedes Solarmodul ist gleich – auch wenn auf den ersten Blick vieles ähnlich aussieht. Neben Leistung und Wirkungsgrad 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?

Nur auf den ersten Blick gleicht ein Modul dem anderen und selbst als Fachmann ist es nicht einfach bei der Menge an Modulherstellern das richtige Produkt auszuwählen. Module müssen allen Witterungen trotzen und das über einen möglichst langen Zeitraum. Von über 30 Grad im Sommer oder minus 15 Grad mit riesigen Schneemengen im Winter. 

Deshalb ist man gut beraten gerade an dieser Komponente nicht zu sparen, weil eine Reparatur dann schnell mal aufwendig und teuer werden kann und ein Fehler ist nicht immer schnell auffindbar. Bei der Wahl muss man neben der Modulleistung auf weitere wichtige Details achten.

Meine persönliche Empfehlung

Du siehst: Bei der Auswahl des richtigen Moduls spielen viele Faktoren eine Rolle – nicht nur der Wirkungsgrad auf dem Papier. Denn nicht immer ist das Modul mit der höchsten Nennleistung auch dasjenige, das über das Jahr hinweg den meisten Strom liefert.

Wenn ich heute eine neue PV-Anlage planen würde, würde ich mich für ein vollflächig schwarzes Halbzellen-Glas-Glas-Modul mit moderner ABC-Zelltechnologie entscheiden. Diese Module sind nicht nur optisch ansprechend, sondern auch technisch auf dem neuesten Stand. 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.

FAQs – Photovoltaikmodule

Welche Module sind besser poly- oder monokristalline Module?

Der wesentliche Unterschied zwischen poly- und monokristallinen Photovoltaikmodulen ist der verwendete Zelltyp bzw. der optische Unterschied der beiden Zelltypen. Vom Aufbau sind beide Modultypen identisch. Anders als die vorherrschende Meinung stimmt es nicht, dass monokristalline Module mehr Ertrag liefern. Richtig ist, dass es durch die höhere Leistungsdichte Monomodule mit höheren Leistungen bei gleicher Modulgröße gibt, womit man letztlich auf gleicher Fläche mehr Ertrag erwirtschaftet kann. Bei direktem Vergleich, leistungsgleicher Module, erwirtschaften beide Modultypen den identischen Jahresertrag. 

Beide Modultypen sind qualitativ vergleichbar und eine Entscheidung für das ein oder andere Modul kann man nach Kriterien entscheiden. Hat man beispielsweise nur eine sehr begrenzte Dachfläche, die man maximal nutzen möchte, sollte man sich für ein Monomodul entscheiden. Ist die Dachfläche mehr als ausreichend groß und steht die Wirtschaftlichkeit im Vordergrund kann man auch ein leistungsschwächeres und günstigeres Polymodul nutzen.

• Monomodule bzw. Monozellen haben eine höhere Lichtausbeute bei Schwachlicht als Polymodule.
• Monokristalline Zellen haben dadurch gegenüber polykristalliner Zellen eine etwas höhere Leistung bei gleicher Zellgröße.
• Optisch unterscheiden sich die Zellen heute nur noch gering. Polyzellen wirken eher blau, Monomodule dagegen schwarz oder dunkelbau. Bei älteren Zellen war der Unterschied wesentlich größer. Monomodule erkannte man durch die stark abgerundeten Ecken und Polyzellen durch die marmorierte Zellstruktur.
• Durch die günstigere Produktion kristalliner Zellen sind die Module etwas günstiger.
• Der Temperaturkoeffizent ist bei Polymodulen geringer als bei Monomodulen. Polymodule verlieren deshalb weniger Leistung als Monomodule bei steigenden Modultemperaturen.

Was bedeutet die Leistungsgarantie bei Photovoltaikmodulen?

Üblicherweise bieten Hersteller von Modulen neben der Produktgarantie eine Leistungsgarantie. Diese Garantie besagt, dass das Modul nach einer Lebensdauer von 10 Jahren mindestens noch 90 Prozent, nach einer Lebensdauer von 25 Jahren mindestens noch 80 Prozent der anfänglichen Leistung liefern muss. Diese Leistungsgarantien sind freiwillige Leistungen der Hersteller und variieren im Detail von Hersteller zu Hersteller.
Sie gilt grundsätzlich nur dann, wenn die Leistungsminderung auf eine Degradation der Solarmodule zurückzuführen ist. Leisten die Solarmodule beispielsweise wegen Beschädigungen oder Verschmutzungen weniger, ist das kein Fall für die Garantie.

Tipp:

Papier ist geduldig und es ist aufwendig eine Leistungsminderung nachzuweisen. Achten Sie deshalb auf die Qualität der Produkte. Ein vermeintlich billiges Modul kann sich im Nachgang als sehr teuer herausstellen. Qualitätsprodukte liefern hingegen auch nach 25 Jahren weit mehr als die garantierten 80 Prozent.

Warum sinkt die Leistung eines PV-Moduls bei höheren Temperaturen?

Die Photoltaikzelle besteht wie der Speicher im PC aus einer Halbleitertechnik, deren Leitfähigkeit mit zunehmender Temperatur schlechter wird. Das ist auch der Grund, warum Computer und Laptops mit einem Lüfter gekühlt werden. Bei den PV-Modulen wird diese Eigenschaft mit dem Temperaturkoeffizienten angeben. 

Dieser liegt bei ca. 0,4 Prozent pro einem Grad. Die Nominalleistung der Module wird bei 25 Grad Umgebungstemperatur und bei 1.000 Watt Sonneneinstrahlung gemessen. Steigt die Temperatur um beispielsweise 10 Grad sinkt die Modulleistung um 4 Prozent, das sind bei einem 280 Watt-Modul 11,2 Watt. Die Temperatur steigt aber in der Regel wenn die Sonne scheint. Das heißt, die Leistung steigt im gleichen Verhältnis durch die höhere Einstrahlung. Scheint die Sonne an einem kühlen Frühlingstag mal richtig intensiv, dann wird die Leistung auch mal überschritten.  

Wir groß und wie schwer sind Module?

Typische 120-zellige Halbzellen-Glas-Glas-Module haben ein Maß von 1,1 m x 1,75 m x 30 mm Stärke und wiegen ca. 25 kg. Dieses Modulmaß hat sich in den vergangenen Jahren durchgesetzt und wird nahezu von jedem Modulhersteller mit mono- oder polykristallinen Zellen hergestellt. Verschiedene Hersteller bieten noch weitere Maße an, die Leistung der Module ist proportional der Fläche.

Besonderheit Glas-Glas Module:

Einzelne Hersteller, wie beispielsweise der Hersteller Solarwatt produzieren statt der typischen Glas-Folien-Module, Glas-Glas-Module, die eine noch höhere Lebenserwartung besitzen. Diese Module sind ca. 15 Prozent schwerer.

Halten Photovoltaikmodule auch Hagel stand?

Photovoltaikmodule sind in der Regel robust und für verschiedene Wetterbedingungen ausgelegt. Hochwertige Module werden auf Hagelbeständigkeit getestet, oft mit Hagelkörnern von bis zu 25 mm Durchmesser, die mit 80 km/h auf die Oberfläche treffen. Solche Tests entsprechen den Standards wie IEC 61215. Schäden können jedoch bei extremem Hagel oder minderwertigen Modulen auftreten. Eine Versicherung für Sturmschäden bietet zusätzlichen Schutz. Regelmäßige Wartung sichert die Lebensdauer.

Wie oft muss man Solarmodule reinigen?

Die Reinigung von Solarmodulen ist in der Regel selten erforderlich, da Regen Schmutz wie Staub oder Pollen weitgehend entfernt. In staubigen Regionen, bei starken Verschmutzungen durch Vogelkot oder bei langen Trockenperioden kann eine Reinigung sinnvoll sein, um den Ertrag zu maximieren. Eine Überprüfung der Module alle 1-2 Jahre ist ratsam. Reinigung sollte schonend mit weichem Wasser und ohne aggressive Chemikalien erfolgen, um die Oberfläche nicht zu beschädigen.