Ein Leitfaden für Anfänger zu Solarmodulen

10. September 2021

Wenn Sie mit Solarmodulen noch nicht vertraut sind, können sowohl die Technologie als auch der Installationsprozess komplex erscheinen. Aus diesem Grund haben wir diesen Einsteigerleitfaden für Solarmodule zusammengestellt.

Wir behandeln die Grundlagen und gehen tiefer in das ein, was Sie über den Einsatz von Solarenergie und das Verständnis von Solarmodulen wissen müssen.

Was sind Solarmodule?

Ein Solarpanel ist eine Ansammlung von Photovoltaikzellen (PV), die Sonnenlicht absorbieren und in Strom umwandeln.

Bei den meisten Installationen verbinden Techniker mehrere Solarmodule, um eine Solaranlage zu erstellen. Zu den Komponenten eines Solarmoduls gehören die Solarzellen, das Glasgehäuse, die Rückseitenfolie, der Metallrahmen und die Verkabelung zur Stromübertragung.

Eine kurze Geschichte der Solarstromtechnologie

Thomas Edison entwickelte Gleichstrom (DC), einen Stromkreis, in dem Elektronen in eine Richtung fließen. Gleichstrom funktioniert ähnlich wie eine Batterie, die eine Glühbirne mit Strom versorgt: der Standard in den USA bis in die 1880er Jahre.

Nikola Tesla glaubte, dass Wechselstrom (AC) eine bessere Lösung sei, da Wissenschaftler ihn leicht in verschiedene Spannungen umwandeln könnten. Dadurch konnte Wechselstrom leichter über große Entfernungen transportiert werden.

Das Blatt begann sich zu wenden, als George Westinghouse 1893 auf der Weltausstellung in Chicago die Technologie von Tesla wählte. Wechselstrom wurde zum Standard für das Stromnetz in den USA

Tatsächlich ist Tesla, Inc. heute der Name eines Unternehmens, das Elon Musk gegründet hat. Das Unternehmen nutzt Wechselstrom für seine energieeffizienten Fahrzeuge und Solartechnologien.

(Siehe auch: Tesla bringt das nachhaltigste Viertel der Nation nach Austin)

Die Energie der Sonne ist für alles Leben auf der Erde von entscheidender Bedeutung, und die Menschen haben schon immer Wege gefunden, ihre Energie zu nutzen. Wie wir sie heute kennen, gibt es Solar-PV-Technologie, seit Bell Labs 1954 die erste Siliziumzelle entwickelte. Bis 1960 hatte sich der Solarzellenwirkungsgrad von 4 % auf 14 % verbessert.

Die Solarenergiebranche expandierte in den folgenden Jahrzehnten weiter. Die Solartechnologie verbesserte sich aufgrund von Forschungs- und Entwicklungsinvestitionen und regulatorischen Rahmenbedingungen für die Solarverbindung, die von Bundes- und Landesregierungen geschaffen wurden. Beide beinhalteten Richtlinien wie Steuergutschriften, Rabatte und Standards für erneuerbare Energien.

(Verwandt: Leitfaden zu bundesstaatlichen Anreizen für Solarmodule)

Bis 1999 erreichte die kumulierte installierte Solarkapazität 1.000 Megawatt (MW). Während Astronauten im Jahr 2000 auf der Internationalen Raumstation Sonnenkollektoren installierten, erfanden die Sandia Laboratories den modernen Wechselrichter. Dieser Wechselrichter hat die Systemsicherheit bei Stromausfällen deutlich verbessert.

In den darauffolgenden Jahrzehnten sind die Kosten für Solarmodule aus zwei Hauptgründen dramatisch gesunken:

• Innovationen beim Design von Solarmodulen
• Verbesserungen des Regalsystems, die die Installation einfacher und schneller machen

Laut Statista stieg die weltweite Netto-Photovoltaik-Stromerzeugung von 2000 bis 2019 von 1.288 MW auf 633.700 MW.

Die Innovation in der Solartechnologie wird weiter voranschreiten. Diese Fortschritte wiederum werden es Durchschnittsbürgern erleichtern, hocheffiziente Panels zu erwerben. Neue Systeme werden sich wahrscheinlich auch auf Materialien konzentrieren, die über oder zusätzlich zu Silizium hinausgehen.

Jüngste Durchbrüche bei Perowskiten könnten beispielsweise zu Panels mit höherer Effizienz und der Möglichkeit führen, Oberflächen genauso einfach mit Solarenergie zu beschichten wie Lackieren.

Angesichts der Tatsache, dass die Menge an Sonnenlicht, die stündlich auf die Erde fällt, ausreicht, um den gesamten Strombedarf der Erde ein Jahr lang zu decken, verfügt Solarenergie über praktisch unbegrenztes Potenzial.

Arten von Solarmodulen

Hersteller von Solarmodulen verwenden verschiedene Solarzellen und Solartechnologien, aber das häufigste Solarzellenmaterial ist Silizium (Si). Silizium ist eine Schlüsselkomponente verschiedener Solarmodultypen, die jeweils einzigartige Vor- und Nachteile haben. Aber je nachdem, wie Sie Solarenergie nutzen, ist es wichtig, die Vorteile neuer Solarzellentechnologien unter Verwendung zusätzlicher Techniken oder Materialien zu kennen.

Hersteller stellen Solarzellen aus Silizium her und bauen sie mit einer positiven und negativen Schicht auf, die ein elektrisches Feld erzeugen, ähnlich einer Batterie. Die meisten Solarmodule bestehen entweder aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium.

Monokristallines Silizium

• Durchschnittlicher Wirkungsgradbereich: Der durchschnittliche Wirkungsgrad beträgt 15 % bis 24 %.
• Wie es hergestellt wird: Wafer werden aus einem einzigen Kristallblock aus hochreinem Silizium mit Zellen geschnitten, die eine charakteristische Form bilden.
• Aussehen: Monokristalline Zellen haben ein einheitliches Aussehen aus kleinen schwarzen Quadraten mit eingekerbten Ecken. Mit diesen Solarzellen hergestellte Solarmodule haben normalerweise eine weiße oder schwarze Rückseitenfolie.
• Eigenschaften: Diese Module leiten Strom effizienter und funktionieren bei hohen Temperaturen und im Schatten besser, wodurch sie mehr Solarstrom erzeugen als andere Module derselben Größe. Da es sich bei dieser Technologie um die am weitesten verbreitete Technologie handelt, hat sie sich auch in puncto Haltbarkeit bewährt. Allerdings sind sie die teuersten Panels und erzeugen im Herstellungsprozess mehr Abfall.

Polykristallines (oder multikristallines) Silizium

• Durchschnittlicher Wirkungsgradbereich: Der durchschnittliche Wirkungsgrad beträgt 12 % bis 16 %.
• Wie es hergestellt wird: Fragmente mehrerer Siliziumkristalle werden erhitzt, geschmolzen und komprimiert, um eine große Solarzelle zu bilden.
• Aussehen: Diese Solarzellen haben eine vielschichtige, ungleichmäßige, edelsteinartige Oberfläche und sind meist blau gefärbt.
• Merkmale: Polykristalline Solarmodule sind weniger effizient, aber kostengünstiger und verursachen bei der Siliziumherstellung weniger Verschwendung. Dies sind die weltweit am weitesten verbreiteten Solarmodule, was vor allem auf den Produktionsboom in China in den letzten Jahren zurückzuführen ist. Darüber hinaus werden diese Solarzellen von einem Glasgehäuse abgedeckt, das typischerweise aus entspiegeltem Glas besteht (um die Absorption von Sonnenlicht zu erhöhen und die Effizienz von Solarmodulen zu verbessern), und eine Rückseitenfolie schützt sie.

Dünnschicht-Solarmodule

• Durchschnittlicher Wirkungsgradbereich: Ihr durchschnittlicher Wirkungsgrad beträgt 7 % bis 13 %.
• Wie sie hergestellt werden: Eine dünne Schicht aus PV-Material oder einer Materialkombination wie nichtkristallines amorphes Silizium (a-Si), Cadmiumtellurid (CdTe) oder Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) wird auf einer Oberfläche wie Glas abgeschieden , Kunststoff oder Metall.
• Aussehen: Dünnschicht-Siliziumplatten sind im Allgemeinen größer und haben ein gleichmäßiges, durchgehend schwarzes Aussehen.
• Merkmale: Diese Panels verwenden neuere, im Handel erhältliche Technologie und eignen sich für Privathaushalte oder Unternehmen, in denen der Platz kein Problem darstellt. Dünnschicht-Solarmodule sind kostengünstig, einfach herzustellen, flexibel, tragbar und leicht. Allerdings sind sie weniger langlebig und haben eine kürzere Lebensdauer.

Zusammenfassung zu Silizium-Solarmodulen

Andere Solarzellentechnologien

Mehrfachsolarzellen basieren auf den gleichen Prinzipien wie Zellen auf Siliziumbasis. Allerdings konstruieren die Hersteller sie mit mehreren Schichten unterschiedlicher Halbleiter, die einen größeren Teil des Lichtspektrums einfangen können.

Heteroübergang mit intrinsischer Dünnschicht (Hit)

HIT-Solarzellen verwenden dünne intrinsische amorphe Siliziumschichten auf der Ober- und Unterseite eines kristallinen Siliziumwafers. Interessanterweise hat Panasonic sie erfunden.

Perowskite

Diese Solarzellen bestehen aus Perowskit, einem Teil einer Kristallfamilie, die nach dem russischen Geologen Lev Perovski benannt ist. Perowskite sind weniger stabil als Silizium, können aber eine ähnliche Solarenergieeffizienz wie monokristalline Zellen erreichen. Sie tun dies auch zu geringeren Kosten.

Diese vielversprechende Technologie ist noch nicht kommerziell verfügbar. Hersteller könnten es jedoch schon bald als Folie über bestehende Zellen auf Siliziumbasis auftragen, um die Standardeffizienz von Solarmodulen zu steigern. Oxford PV testet die Produktion dieser Technologie in Deutschland.

(Siehe auch: Wer stellt die besten Solarmodule her)

Wie Solarmodule funktionieren

Die Funktionen von Solarpanelsystemen sind einfacher als man denkt.

Die Sonne setzt winzige Energiepakete frei, sogenannte Photonen. Diese Photonen wandern zur Erde und das Sonnenlicht trifft je nach Ausrichtung und Standort unterschiedlich stark auf die Panels.

Sonnenkollektoren wandeln dann die Energie (Photonen) der Sonne in Elektrizität um, wenn sie auf eine Solarzelle trifft, indem sie Elektronen aus ihren Atomen lösen. Diese Elektronen fließen dann durch eine Leitung zu einem Wechselrichter.

Wechselrichter wandeln diese elektrische Energie von Gleichstrom in Wechselstrom um. Natürlich verwenden wir Wechselstrom für Lichter, Geräte und Geräte (alles, was Sie an eine Steckdose anschließen). Der Wechselstrom fließt dann zu Ihrem Stromzähler, um Ihr Zuhause oder das Stromnetz Ihrer Stadt mit Strom zu versorgen.

Wenn die Sonne nicht scheint und die Solarmodule keine Solarenergie zur Umwandlung in Strom haben, versorgt das Stromnetz Ihr Zuhause weiterhin mit Strom. Wenn Ihre Solaranlage zu einem bestimmten Zeitpunkt mehr Strom erzeugt, als Sie verbrauchen, fließt dieser Strom von Ihrem Zuhause zurück ins Netz. Viele Versorgungsunternehmen haben Net-Metering-Richtlinien, die Ihnen den überschüssigen Solarstrom, den Sie erzeugen, gutschreiben.

(Verwandt: Wie funktionieren Sonnenkollektoren?)

Arten von Wechselrichtern

Ein weiterer wichtiger Bestandteil einer Solarstromanlage ist die Wechselrichtertechnologie. Es gibt drei Haupttypen von Wechselrichtern:

• String-Wechselrichter: Der Gleichstrom aus Ihrer Solaranlage wird durch einen einzelnen Wechselrichter geleitet, der dann an Ihre Schalttafel angeschlossen wird. String-Wechselrichter sind die kostengünstigste Wechselrichterlösung, erschweren jedoch die Beurteilung von Leistungsproblemen bei einzelnen Modulen.
• Mikrowechselrichter: Mikrowechselrichter werden an der Rückseite jedes Panels angebracht. Sie sind tendenziell teurer, ermöglichen aber eine Überwachung auf Panelebene.
• Hybrid-Wechselrichter: Dies bietet eine Mittellösung, die einen zentralen Wechselrichter mit Leistungsoptimierern auf jedem Panel kombiniert. Leistungsoptimierer sind eine DC-DC-Wandlertechnologie, die die Leistung verbessert, indem sie den Ausgang jedes Panels an den Wechselrichter anpasst. Die Hybrid-Wechselrichtertechnologie bietet einige der gleichen Systemleistungsvorteile wie Mikro-Wechselrichter – jedoch zu geringeren Kosten.

Wechselrichter bieten für uns über die Umwandlung von elektrischem Strom hinaus zusätzliche Funktionen. Zu diesen Funktionen gehören der Erdschlussschutz sowie Einblicke in die Energieproduktion und die Verfolgung maximaler Leistungspunkte.

(Siehe auch: Wer stellt die besten Solarmodule her)

In welche Richtung sollten Solarmodule ausgerichtet sein?

Idealerweise sollten auf einem Standarddach montierte Solarmodule nach Süden ausgerichtet sein, um eine maximale Produktion zu ermöglichen. Wenn Ihre Module nach Südosten oder Südwesten ausgerichtet sind, können Sie damit rechnen, dass sie etwa 10 % weniger Strom erzeugen. Dennoch kann das immer noch ausreichen, um Ihr Zuhause mit Strom zu versorgen.

Wenn Sie Ihre Solarmodule nicht nach Süden ausgerichtet installieren können, ziehen Sie diese Alternativen in Betracht:

• Installation von Paneelen in eine andere Richtung: Paneele, die nach Westen oder Südwesten ausgerichtet sind, können möglicherweise genug Energie produzieren, um Ihr Haus ganz oder teilweise mit Strom zu versorgen. Ihr Installationsfachmann kann diese Entscheidung treffen.
• Installation weiterer Module: Solarmodule, die nicht nach Süden ausgerichtet sind, erhalten nicht so viel direktes Sonnenlicht, aber Sie können dies möglicherweise durch die Verwendung weiterer Module ausgleichen.
• Installation Ihrer Module auf dem Boden oder an der Wand: Es ist ein weit verbreitetes Missverständnis, dass Sie Solarmodule nur auf Ihrem Dach installieren können. Wenn Ihnen die Optik nicht gefällt oder Ihr Dach nicht nach Süden ausgerichtet ist, können Sie Ihr System an einer nach Süden ausgerichteten Wand installieren, die direktem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Sie können sich für eine Freilandanlage entscheiden, solange Sie den Platz dafür haben, und manche Leute bevorzugen diese Option. Die Installation und Wartung ist günstiger als bei einem wandmontierten System.

Schauen Sie sich unseren benutzerfreundlichen Solarpotenzialrechner an, um eine Schätzung des Solarpotenzials Ihres Hauses zu erhalten. Ein Installationsfachmann kann die Technologie auch nutzen, um zu verfolgen, wie die Sonne auf Ihr Zuhause trifft. Mit diesem Wissen können sie Ihre Paneele in der richtigen Richtung und mit der richtigen Neigung installieren.

Wann sollten Sie auf Solarenergie umsteigen?

Die Umstellung auf Solarenergie ist jederzeit eine kluge Lebensentscheidung. Die meisten Vorteile bringt Ihnen jedoch die Installation Ihrer Solaranlage kurz vor dem Sommer.

Sie können Ihr Zuhause möglicherweise um bis zu 5 Grad Fahrenheit kühler halten, indem Sie Ihr Dach beschatten. Das ist natürlich besonders in den warmen Sommermonaten hilfreich – es bedeutet eine Reduzierung der jährlichen Kühllast Ihres Hauses um 38 %.

Durch die Umstellung auf Solarenergie sparen Sie nicht nur Geld bei Ihrer Stromrechnung, sondern können auch dabei helfen, das Licht anzuschalten, wenn die Sommerhitze zunimmt – und Ausfälle wahrscheinlicher sind.

Da die Strompreise im Sommer schwanken können, ist es sinnvoll, vor Beginn der heißen Jahreszeit auf Solarenergie umzusteigen. Um es klar zu sagen: Es ist jederzeit ein guter Zeitpunkt, um auf Solarenergie umzusteigen.

(Verwandt: Vorbereitung auf das Unerwartete: Batterien vs. Generatoren für die Stromversorgung zu Hause)

Finden Sie einen vertrauenswürdigen Solarinstallateur, der Sie bei der Umstellung auf Solarenergie unterstützt

Wir hoffen, dass Ihnen unser Einsteigerleitfaden zu Solarmodulen dabei hilft, sich mit den vielen beweglichen Teilen der Solarenergie besser vertraut zu machen.

Die Umstellung auf Solarenergie bietet zahlreiche Vorteile: Sie gewinnen Energieunabhängigkeit und sparen gleichzeitig Geld. Es ist eine der klügsten Finanzinvestitionen, die Sie in Ihrem Leben tätigen können.

Lassen Sie nichts zwischen Ihnen und der Installation des Systems Ihrer Träume stehen. Ein erfahrener, vertrauenswürdiger Installateur von Solarmodulen kann Ihnen helfen, die Kraft der Sonne zu nutzen, egal wo Sie leben oder in welche Richtung Ihr Dach ausgerichtet ist.

Als erfahrenes Solarmodulunternehmen, Freedom Solar, sind wir führend bei der Installation von Solaranlagen für Gewerbe und Privathaushalte und würden Ihnen gerne helfen. Kontaktieren Sie uns noch heute für eine kostenlose Beratung zum Einstieg.