Solarmodule

Solarmodule haben die Aufgabe, Sonnenlicht auf direktem Wege in elektrische Energie umzuwandeln. Ein Solarmodul besteht dabei in der Regel aus mehreren, miteinander verbundenen Solarzellen. In Reihe geschaltete Solarmodule (60V) können eine Spannung von bis zu 1000V generieren. Eingesetzt werden Solarmodule beispielsweise zur Energieversorgung von Satelliten oder auch zur Energieeinspeisung, die dem öffentlichen Stromnetz zugutekommt. Solarmodule sollten eine hohe Lebensdauer haben, Ertrag gewinnend und Zuverlässig arbeiten.
Die Auslegung der Module sollte für den mitteleuropäisches Klimaraum sein. Je nach Einsatzort gibt es Sonderausführungen, z.B. in der Nähe von Salzwasser oder für hohe Temparaturen.

Solarmodul
Bild: Solarmodul

Modulaufbau

Solarmodule existieren in vielen verschiedenen Variationen. Ein weltweit häufig verwendeter Modultyp verfügt dabei zunächst über ein Einscheiben-Sicherheitsglas an der Seite des Moduls, das der Sonne zugewandt ist. Zweck des Sicherheitsglases ist es unter anderem, das Solarmodul vor schädlichen Umwelteinflüssen wie beispielsweise Hagel zu schützen. Unter dem Sicherheitsglas befinden sich die miteinander verschalteten Solarzellen, die in eine Kunststoffschicht eingelassen sind. Schließlich verfügt die durch einen Aluminiumrahmen geschützte Moduleinheit über eine entsprechende Anschlussdose.

Anforderungen an Solarmodule

Damit ein Solarmodul geeignet ist, es in eine Photovoltaikanlage zu integrieren, muss das Modul verschiedene Voraussetzungen erfüllen. So muss ein Modul beispielsweise die enthaltenen eher spröden Solarzellen vor mechanischen Einwirkungen und auch vor eindringender Feuchtigkeit schützen. Außerdem muss ein Solarmodul die enthaltenen Solarzellen ausreichend kühlen können. Solarmodule sollten ebenfalls den Witterungsbedingungen standhalten, wie z.B. vor Frost, Hagel und Druck durch Schneebelastungen sowie Strahlungsfestigkeit aufweisen. Soll die Anlage nah an der Küste errichtet werden, muss diese auch vor Salznebel geprüft sein.

Leistung eines Solarmoduls

Jedes Solarmodul verfügt über eine bestimmte Spitzen-Nennleistung, die in Wp (Watt Peak) angegeben wird. Die Angabe der Spitzenleistung ist ein wichtiges Kennzeichen eines Solarmoduls. Allerdings wird diese Spitzenleistung in der Regel nur unter kontrollierten Laborbedingungen erreicht.
Dass in der Praxis diese Laborbedingungen häufig nicht erreicht werden können, kann von Faktoren abhängen wie einem nicht idealen Einfallswinkel des Sonnenlichts auf ein Solarmodul, wolkenbehangenen Tagen oder auch hohen Außentemperaturen im Sommer; Letztere können die Leistung eines Solarmoduls einschränken.
Die allgemeine Leistungsfähigkeit von Solarmodulen hängt unter anderem ab von der Art des Moduls und auch von dessen Hochwertigkeit; in der Regel steigt die Leistung von Solarmodulen mit deren Qualität. Darüber hinaus spielen aber auch Aspekte wie ein geeigneter Standpunkt eines Moduls eine wichtige Rolle.
Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen haben oftmals Solarmodule mit einer Leistung von 100 - 300 Watt, oftmals 200 W. Solarmodule unter 100 Watt werden oft in netzunabhängigen Anlagen eingesetzt. Die Herrsteller geben die Leistung mit einer Toleranz von 3-5% (kristalline Solarzellen) an. Bei Dünschichtzellen kann diese bei bis zu 10% liegen.
Ein 100W Modul kann dann zwischen 90 Watt und 110 Watt an Leistung liefern. Die Größe eines Moduls kann z.B. 1,6m Höhe x 1m Breite betragen.

Leistungsabgabe eines Solarmoduls

Die Leistungsabgabe des Moduls wird in W angegeben und lässt sich aus P = U x I berechnen, was der Leistung entspricht.
Spannung (P) und Strom (I) der Soarzellen sind u.a abhängig von der Einstrahlungsstärke und der Temparatur der Solarzellen.
Die Spannung (U) ist zu 1/5 von Temparatur abhängig (20% Schwankungen).
Der Strom (I) kann von 0 – 100% von der Sonne abhängen.
Für jede Situation von Einstrahlung und Solarzellentemparatur gibt es eine Komibination von Spannung und Strom, der Arbeitspunkt.
Der Arbeitspunkt ist wo das Solarmodul die maximale Leistung liefert (MPP - Maximum Power Point). Der MPP wird vom Netzeinspeisegerät (NEG) optimiert bzw. geregelt.

UI-Kennlinie-Solarmodul
Bild: Verhältnis von Spannung und Strom bei der Sonneneinstrahlung

Die Nennleistung eines Moduls ist die Spitzenleistung (Wp). Gemessen wird dieser unter Standard Test Bedingungen, (engl. STC - Standard Test Conditions) damit die Solarmodule vergleichen werden können. Für Anwender zählt der tatsächliche Ertrag der Anlage. Man sollte den Fachhändler nach den zu erwarteten Ertrag fragen.

Qualitätskrinterien eines Solarmoduls

  • Nennleistung (Wp)
  • Verhalten bei Schwachlicht und hohen Temparaturen
  • Der Zahlenwert des Temparaturkoeff zeigt Aufschluss über den Einfluss je Grad Celsius, Silizium -0,4 und -0,5 % je Grad. Pro höheren Grad liefert das Modul 0,5% weniger Strom. NOCT Wert.

  • Verarbeitungsqualität
  • Wirkungsgrad (Leistung pro Fläche)
  • Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls ist kleiner als der der Solarzelle.

  • Leistungsgarantie (ca. 25 Jahre mit 80% der Mindestleistung)
  • Produktgarantie (2-10 Jahre)
  • Prüfzertifikate
  • Garantieversprechen sollten bei einer Rückversicherungsgesellschaft rückversichert sein.
    Solarmodule haben eine Lebensdauer von bis zu 40 Jahren. Die anfälligsten Komponenten einer Anlage ist die Elektronik.

    Wiederverwertbarkeit

    Ein nicht mehr verwendetes Solarmodul ist meist zu einem Anteil von ca. 96 % zu recyceln. Dabei bedarf die Herstellung neuer Solarmodule aus recycelten Materialen wie beispielsweise Silizium außerdem weniger Energieaufwand als eine Herstellung aus neu produziertem Material.