PV-Module im Vergleich
Die zentralen Elemente Ihrer Photovoltaikanlage stellen Ihre PV-Module dar, welche auf nachhaltiger Basis die im Sonnenlicht enthaltenen Photonen aufnehmen, in elektrische Energie umwandeln und unter Spannungspotenzierung an den Wechselrichter im Hausinneren weiterleiten. PV-Module können an Dächern oder auf Freiflächen im Garten installiert werden. Standardmäßig hat ein PV-Modul eine Fläche von in etwa zwischen 1,7 und 2,1 m².
PV-Module setzen sich aus den Solarzellen, Transportleitungen, einem Gehäuse, einer Schutzvorrichtung sowie optional einer Serienschaltung (Stringleitungen) zusammen. In einem PV-Modul sind handelsüblich circa 60 Solarzellen bzw. 108 bis 120 Halbzellen integriert. Halbzellen kann man sich als halbierte Solarzellen vorstellen, die bei gleicher Nennleistung eine merklich verringerte Verlustleistung aufweisen. Innerhalb dieser Solarzellen wird Strom mit Gleichspannung erzeugt und weitergeleitet. Wie genau, können Sie hier nachlesen.
Im Selfio Shop bieten wir Ihnen eine breite Auswahl an PV-Modul-Fabrikaten unterschiedlicher Größe, Wattzahl, Spannung und anderer technischer Spezifikationen zzgl. der vorgestellten (optionalen) Komponenten an. Natürlich zu gewohnt günstigen Selfio-Preisen. Nachfolgend charakterisieren wir noch kurz die wichtigsten, marktüblichen PV-Modelle.
Dickschichtmodule aus monokristallinen Solarzellen
Beschreibung
Diese Bauart von Dickschichtmodulen speisen ihre Leistungen aus Siliziumstäben, die im Rahmen von Schmelzvorgängen hergestellt und anschließend für die einzelnen Module in Scheiben („Wafer“) geschnitten werden. Dabei kommt als Schnitttechnik entweder das Sägen oder das ressourcen-sparendere „String Ribbon Verfahren“ zum Einsatz, indem Drähte die Silizium-Schmelze durchdringen und damit die Oberflächenspannung erhöhen. Aufgrund der Einkristall-Struktur und des hohen Siliziumanteils weisen PV-Module aus monokristallinen Solarzellen höhere Wirkungsgrade (bis 25%) und geringere Energieverluste auf als PV-Module aus polykristallinen Solarzellen.
Deswegen sind sie zumeist teurer und insbesondere für Einsatzzwecke geeignet, bei denen große Leistungen auf begrenzten Flächen abgerufen werden müssen. Eine Serien- bzw. Reihenschaltung wirkt sich als Anordnungsmuster positiv auf derlei Module aus, weil sie die Gesamtspannung zusätzlich potenziert. Module mit monokristallinen Solarzellen sind gekennzeichnet durch eine nüchterne dunkle Farbgebung, die von fast schwarz bis dunkelblau mit leichtem Graustich reicht.
Leistung
Sie wiegen meistens zwischen 17 und 23 Kilogramm und damit mehr als Dünnschichtmodule bei einer nennwertverlustarmen Funktionstüchtigkeit von bis zu 30 Jahren. Nennleistungen von bis zu über 400 Wp sind keine Seltenheit. Bei diffusem/gedämpftem Lichteinfall ist jedoch mit Einbußen zu rechnen. Mit Kollektorflächen von 1,7 bis etwas mehr als 2,0 m² (exkl. Rahmen) sind sie kompakt gebaut und auf Ihr Einsatzgebiet auf kleineren Wohnhausdächern in Größenordnungen von 20 bis fast 30 Einheiten zugeschnitten.
Da im Herstellungsprozess hohe Energieaufwände benötigt werden, amortisieren sich diese PV-Module etwas später als andere Varianten – mit 4 bis 6 Jahren müssen Sie in etwa rechnen. Im Endeffekt stehen bei monokristallinen Solarzellen der brachialen Leistungsstärke und dem fast unschlagbaren Wirkungsgrad, leider energiebilanztechnisch ungünstigere Herstellungsbedingungen und Leistungsverluste bei gestörten Lichtverhältnissen und hohen Temperaturen entgegen.
Dickschichtmodule aus polykristallinen Solarzellen
Beschreibung
Photovoltaik-Module, in denen polykristalline Solarzellen eingesetzt werden, gehören ebenso zu den Dickschichtmodulen. Ihre Herstellung ist weitaus kostengünstiger, was sich auch im Kaufpreis niederschlägt. Daher sind die charakteristisch königsblauen Module weiter verbreitet, als Module mit monokristallinen Solarzellen. Das Silizium wird eingangs in Tiegeln geschmolzen, anschließend in blockartige Gussformen überführt und nach sukzessivem Abkühlen in Scheiben („Wafer“) geschnitten (Blockgussverfahren).
Eine andere Möglichkeit ist, die Schmelze gleich im Tiegel abzukühlen und zwar in einer Senke, die sich unterhalb der Schmelztemperatur von Silizium befindet. Mit der Zeit setzt sich der Erstarrungsprozess bis nach oben fort („Bridgman-Stockbarger-Methode„). Bei beiden Verfahren entstehen, der Name lässt es schon erahnen, unterschiedlich beschaffene Siliziumkristalle, die geringere Reinheitsgrade aufweisen, sodass polykristalline Solarzellen geringere Wirkungsgrade (nur ca. 15 – 17 %) haben, als monokristalline Solarzellen.
Aufgrund der Spannungspotenzierung fällt auch bei PV-Modulen mit polykristallinen Solarzellen die erste Wahl auf die Serien-/Reihenschaltung, wobei Parallelschaltungen auch möglich sind. Der günstigere Preis in Kombination mit der geringeren Leistung sorgen dafür, dass polykristalline Solarzellen vor Allem für größere Flächen wie Industriedächer und Freilandanlagen geeignet sind.
Leistung
Bei einer herstellerseitig garantierten Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren, die vergleichbar mit den Lebensdauern anderer Dickschichtmodule ist, verharrt die Nennleistung jedoch oft unter 300 Wp. Die Module sind mit circa 1,6 bis 1,85 m² Kollektorfläche etwas kleiner beschaffen, als Module mit monokristallinen Solarzellen, dafür aber auch mit 20 bis 25 Kilogramm etwas schwerer.
Im Zuge der verminderten Leistung gegenüber monokristallinen Solarzellen und der kleineren Kollektorflächen erweisen sich PV-Module mit polykristallinen Solarzellen für den Privatgebrauch meist als nicht rentabel. Aufgrund der günstigeren Preise profitieren (kleinere) Industriebetriebe von den Modulen.
Dünnschichtmodule
Beschreibung
Bei Dünnschichtmodulen wird als Halbleitermaterial nicht nur Silizium, sondern auch Cadmium-Tellurid (CdTe) oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid verwendet. Vorteilhaft an diesen Modulen ist, dass sich der Materialeinsatz in Grenzen hält, was eine automatisierte Fertigung in hohen Stückzahlen begünstigt. Hier wird nicht wie bei Dickschichtmodulen ein aufwendiger thermisch-chemischer Prozess bei der Herstellung angestoßen. Die Halbleiter werden stattdessen in 1 bis 5 Mikrometer dicken Schichten, also mit dem bloßen Auge so gut wie nicht erkennbar, auf Glas- oder Folienträger aufgesprüht oder aufgedampft.
Da die Module somit nicht aus kristallinen Zellen bestehen, haben sie keine quadratischen oder linienförmigen Muster auf Ihrer Oberfläche und daher ein eher homogenes Erscheinungsbild „aus einem Guss“. Meistens sind sie schwarz. Dünnschichtmodule gleichen eine Kehrseite von PV-Modulen mit monokristallinen Solarzellen aus: Sie sind auch für nicht-südlich ausgerichtete Dächer geeignet, die von diffusem Lichteinfall betroffen sind.
Leistung
Diesem Vorteil steht allerdings der Nachteil gegenüber, dass der Käufer sich mit einem geringeren Wirkungsgrad (10 – 13 %) zufrieden stellen muss. Zudem sind die filigranen Module nicht so robust und beständig gegen äußere Einflüsse thermischer, chemischer oder mechanischer Art und auch die Montage ist aufwendiger. Handelsübliche Nennleistungen von 50 bis 100 Wp und die kleinen Kollektorflächen von unter 1,0 m² sorgen dafür, dass erheblich mehr Einheiten mit einer viel größeren Gesamtfläche für den gleichen Bedarf erworben werden müssen, als bei Dickschichtmodulen.
Oftmals werden auch die gesetzlichen Mindestgarantien von 2 bis 5 Jahren nicht um eine Herstellerproduktgarantie ausgeweitet. Die Rentabilität erschließt sich bei Dünnschichtmodulen mit der Masse, sodass man sie am Besten in großen Solarparks und Freilandsystemen einsetzt.
Bifaziale Module
Beschreibung
Die bisher betrachteten monofazialen Modulvarianten sammeln Sonnenenergie über Ihre vom jeweiligen Trägerobjekt abgewandten Seiten. Bifaziale Module dagegen, sind dazu in der Lage, über beide Seiten Energie aufzunehmen. Denn sie können auch das Licht verarbeiten, was zuerst auf die freie Dachfläche trifft, von dort abstrahlt und auf die Unterseite der Module reflektiert wird, weil diese auch dort mit Solarzellen sowie einer strahlungsdurchlässigen Schicht aus Folie oder Glas bestückt sind. Je nach Einfallswinkel, Strahlungsintensität und Aufstellhöhe der Module werden so 10 – 25%ige Mehrerträge erreichbar. Besonders auf Flachdächern kann man so den sonst verschenkten Wärmeeinfall effektiv nutzen.
Bifaziale Module haben in der Regel einen Bifazialitätsgrad von 60 bis 90%, was bedeutet, dass die Rückseiten der Module zwischen 60 und 90% der Erträge der jeweiligen Vorderseiten erbringen können. Die beidseitige Ertragsgewinnung bringt auch mit sich, dass diffuse Einstrahlungen sehr gut aufgenommen werden können. Die Herabschwächung der Mehrerträge auf 10 – 25 % (statt 60 – 90 %, wie man rechnerisch von ausgehen könnte) kommt durch zusätzliche Verschattungsbereiche auf den Rückseiten und den verschiedenen Abstrahlungseigenschaften (Rückstrahlvermögen) verschiedener Untergründe zustande.
PERC-Module
Man unterscheidet grundlegend zwei Arten von bifazialen Modulen: PERC-Module und Heterojunction-Module. PERC-Module sind dazu in der Lage, energiearmes und langwelliges rotes Licht besser in den Solarzellen zu verarbeiten, welches vor Allem morgens und abends stark in Erscheinung tritt. Über das Prinzip der Rückseitenpassivierung kann dieses rote Licht, welches sich normalerweise kaum zur Stromerzeugung eignet, besser reflektiert und von den Zellen zur Energieumwandlung genutzt werden. Diese Verlustverhinderung kann den Modulwirkungsgrad um 0,5 bis 1,5% steigern.
Die entscheidenden Nachteile der PERC-Module, die aktuell noch Ihre Durchsetzungsfähigkeit auf dem Gesamtmarkt einschränken, liegen In ihrer altersbedingten und lichtinduzierten Degradation. Das heißt, dass PERC-Module einerseits einem schnellen zeitlichen Verschleiß anheimfallen und bei der ersten Inbetriebnahme die Solarzellen noch empfindlich auf den Lichteinfall reagieren, was den Modulwirkungsgrad dauerhaft etwas herabsinken lässt. Laut Forschern sind die hohen Degradationseffekte bei PERC-Solarzellen auf Ihre dielektrischen Schichten zurückzuführen, die den Eintritt von Wasserstoff in die Solarzellen begünstigen. Ihr Bifazialitätsfaktor beträgt um die 70%, was in Ordnung, aber durchaus ausbaufähig ist. In Summe lässt sich feststellen, dass PERC-Module besonders auf kleineren Flächen ohne günstige Südausrichtung und bei regelmäßigen Bedarfsspitzen am Morgen und Abend die beste Performance erbringen.
Heterojunction-Module
Von weniger Degradation sind die Heterojunction-Module betroffen. Dies liegt maßgeblich daran, dass bei Ihnen im Herstellungsprozess p-Silizium, anstatt das degradationsbegünstigende n-Silizium zum Einsatz kommt. Die Heterojunction-Solarzellen stellen einen Hybrid aus monokristallinen und Dünnschichtsolarzellen dar. Ähnlich, wie bei den PERC-Modulen, wird bei den Heterojunction-Modulen der Ladungstransport verstärkt – hier zurückzuführen auf unterschiedliche Dotierungen und Fertigungsmaterialien der beiden Zellenarten. Dadurch werden auch hohe Wirkungsgrade von über 24% ermöglicht. Die oberen Seiten mit dem kristallinen Silizium-Wafer bilden eine positive, p-dotierte Schicht mit einem positiven Ladungsüberschuss. Die in der Mitte befindliche, kristalline Schicht sowie die Dünnschichtzelle auf der phosphor-legierten Unterseite sind dagegen n-dotiert mit Elektronenüberhang. Im Zuge dieses Prinzips wird ein elektrisches Feld erzeugt, dass den Elektronentransport in der Solarzelle vorantreibt und die Spannung erhöht.
Es handelt sich also um Zellen, die Elektronenverluste gezielt unterbinden und effizient arbeiten. Ausgezeichnete Bifazialitätsfaktoren von 90% sind daher bei Heterojunction-Modulen keine Seltenheit, sodass sie unter den bifazialen Modulen die bevorzugte Wahl darstellen. Zudem sind sie aufgrund niedrigerer Herstellungskosten auch günstiger in der Anschaffung als PERC-Module. Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass Heterojunction-Module sowohl als monofaziale, als auch als bifaziale Module konzipiert sein können und so in Kombination mit anderen Modulformen sehr gut ihre eigenen Vorteile (hoher Wirkungsgrad + hoher Bifazialitätsfaktor) einbringen können.
Glas-Folie-Module
Beschreibung
Neben der allgemeinen Dicke bzw. Stärke der Module und der Beschaffenheit Ihrer Solarzellen kann man PV-Module ebenso nach ihrem Verbundmaterial klassifizieren. Nach diesem Unterscheidungskriterium gibt es Glas-Folien-Module und Glas-Glas-Module.
Glas-Folien-Module sind aufgrund ihrer materialsparenden Bauweise und ihrer günstigeren Preise weitaus häufiger verbreitet. Sie sind der Klassiker unter den Dickschichtmodulen (können aber auch als Dünnschichtmodule in Erscheinung treten). Auf der vorderen, zu den Sonnenstrahlen hingewandten Seite, befindet sich eine antireflexive (Sicherheits-)Glasschicht. Diese muss darüber hinaus temperatur-, witterungs- und erschütterungsbeständig sein. Darunter befindet sich zunächst noch eine transparente, lichtdurchlässige Einbettungsfolie aus Ethylen-Vinyl-Acetat, damit darunter wiederrum die monokristallinen bzw. polykristallinen Solarzellen sicher verwahrt werden können. Natürlich dürfen Anschlüsse und Lötverbindungen nicht fehlen, da sonst kein Energietransport stattfinden kann.
An der hinteren Seite des Moduls, die nach erfolgreicher Montage in Richtung Dach zeigt, befindet sich noch eine reißbeständige Rückseitenfolie, die zumeist aus Poly-Vinyl-Fluorid (Tedlar) gefertigt ist. Diese Rückseitenfolie bringt Gewichts- aber auch Schutzeinsparungen mit sich, die zumeist verkraftbar sind, wenn man nicht beabsichtigt, wie bei bifazialen Modulen, auch noch über die Rückseite potenziell eintreffende Lichtstrahlen für die Energiegewinnung mitzuverwerten. Mehr Stabilität liefern hingegen jene Glas-Folien-Module, die noch in einen Aluminiumrahmen eingebettet sind. Das Farbspektrum von Glas-Folien-Module ist vielfältig und reicht von milchig weiß über dunkelblau bis hin zu dunkelgrau, jeweils in Abhängigkeit von den verbauten Glas- und Folienbestandteilen.
Leistung
Es gilt: Je weniger transparent die Rückseitenfolie ist, desto höher der Wirkungsgrad, weil das eingetroffene Licht dann weniger verloren geht und stattdessen stärker zu den Solarzellen zurückreflektiert wird. Analog zu den Charakteristika der Dickschichtmodule variieren die Wirkungsgrade von Glas-Folien-Modulen von circa 15 bis 25%, je nachdem, ob es sich um ein monokristallines oder polykristallines Modul handelt.
Dem günstigeren Preis und der leichteren Handhabung steht als Nachteil gegenüber, dass Glas-Folien-Module aufgrund Ihrer geringeren Schutzmaßstäbe anfälliger sind für äußere Schäden jeglicher Art, insbesondere für Riss- und Brandschäden, sodass sie weniger haltbar sind und schneller defekt gehen können, als Glas-Glas-Module.
Glas-Glas-Module
Beschreibung
Glas-Glas-Module sind, wie der Name schon vorzeichnet, sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite mit (Sicherheits-)Glasschichten bestückt. Diese Bauweise sorgt dafür, dass sie allgemein widerstands- und strapazierfähiger sind, als Glas-Folien-Module und sowohl an Dächern, als auch an Fassaden oder anderen exponierten Stellen angebracht werden können. Außerdem sind sie weniger schadenanfällig für äußere Störfaktoren wie Extremwetterlagen. Auch das Eindringen unerwünschter Stoffe, wie z.B. von Wasserstoff, sowie leistungsmindernde Verbiegungen werden verhindert.
Lebensdauern von bis zu 30 Jahren sind für die circa 20 Kilogramm schweren Module üblich und werden auch in diesen Dimensionen von den Herstellern garantiert. Da die schutzverstärkenden Glasschichten in der Fertigung immer dünner werden (mittlerweile nur noch ungefähr 2 mm dick), relativieren sich die Gewichtsunterschiede zu den Glas-Folien-Modulen immer mehr. Trotzdem sind sie heute noch im Mittel zwischen 10 und 15 % teurer als das Pendant. Im Regelfall handelt es sich bei Glas-Glas-Modulen um bifaziale Module bzw. PERC-Module, sodass sich mit Ihnen beidseitig Sonnenstrahlen aufnehmen lassen.
Leistung
Im direkten Vergleich zu Glas-Folien-Modulen bestechen die Glas-Glas-Module durch eine bessere Wärmeleitfähigkeit und im Zuge dessen auch durch eine höhere Leistung, von im Durchschnitt über 22% Modulwirkungsgrad. Aus der Sicherheitsperspektive fällt auch noch die Brandsicherheit äußerst positiv ins Gewicht, da Glas de facto nicht entflammbar ist. (Glas beginnt erst bei circa 600 Grad Celsius sich zu verformen). Die Glasschichten sorgen für einen sehr guten Transport der auf die Module treffenden Photonen aus den Sonnenstrahlen, weil die Durchlässigkeit zu den Solarzellen hervorragend ist.
Über die zeitliche Distanz behalten Glas-Glas-Module zudem Ihre Nennleistung besser bei, als Glas-Folien-Module. Erstere weisen nach 25 Jahren circa noch 89-90 % Ihrer ursprünglichen Nennleistung auf. Bei den Glas Folien-Modulen sind es dagegen nur noch 85-87 %. Mit dem Einsatz von Glas-Glas-Modulen tut man vor Allem der Umwelt etwas Gutes. Einerseits sorgen die längere Einsatzfähigkeit und Leistungsbeständigkeit der Module für eine längere Taktung in der Entsorgungsrate. Andererseits können die Glaskomponenten leichter entsorgt und durch Einschmelzen wiederverwendet werden.
Neben der höheren Bepreisung sind die höheren Gewichte dafür verantwortlich, dass die Montage von Glas-Glas-Modulen kostenintensiver ist, als bei anderen Modulen – es werden robusterer Schienen und mehr Haken benötigt und damit einhergehend auch mehr Zeit.
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PV-Bedarf muss nicht immer einzeln gekauft werden. Sparen Sie sich Rechercheaufwände und Geld, indem Sie herstellerseitig gebündelte PV-Pakete erwerben.
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