So wird aus Sonnenlicht Strom gewonnen: Alles über Solarzellen und PV-Module

Möchtest du eine Photovoltaikanlage anschaffen, bist aber noch nicht genau über den Prozess der Stromgewinnung aus Sonnenlicht informiert? Hier erfährst du alles über Solarzellen und PV-Module sowie die verschiedenen Arten von Solarzellen und ihre technischen Aspekte.

Wie funktioniert die Solarzelle?
Die Solarzelle, auch Photovoltaik-Zelle genannt, ist ein elektronisches Bauteil, das auf dem photoelektrischen Effekt basiert. Sie wandelt Sonnenlicht in elektrische Energie um, indem sie ein Halbleitermaterial nutzt. In 95 % der Fälle besteht dieses Material aus Silizium, das sich aufgrund seiner hohen Leistungsfähigkeit unter Wärmezufuhr besonders gut eignet. Die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom geschieht durch die Anregung der Elektronen im Halbleitermaterial, die sich daraufhin in Bewegung setzen. In der Grenzschicht zwischen zwei Schichten aus Silizium und Bor bzw. Silizium und Phosphor entsteht durch die Bewegung der Elektronen ein elektrisches Feld, das den Strom erzeugt. Der so erzeugte Strom wird über Metallkontakte an beiden Enden der Solarzelle abgeleitet.

Um den erzeugten Gleichstrom als haushaltsüblichen Wechselstrom nutzen zu können, muss er zunächst mit Hilfe eines Wechselrichters umgewandelt werden. Danach steht der Strom für die Nutzung im Haushalt oder auch zur Einspeisung ins lokale Stromnetz zur Verfügung.

Welche Arten von Solarzellen gibt es?
Die Solarzelle ist ein entscheidender Bestandteil der PV-Anlage und beeinflusst maßgeblich deren Ertrag. Im Privatbereich kommen derzeit hauptsächlich monokristalline Solarzellen, polykristalline Solarzellen und Dünnschichtsolarzellen zum Einsatz. Hier ein Überblick über die wichtigsten Punkte der unterschiedlichen Ausführungen.

Monokristalline Zellen Monokristalline Solarzellen werden aus einem einzelnen Siliziumkristall hergestellt. Sie haben mit bis zu 22% den höchsten Wirkungsgrad bei direkter Sonneneinstrahlung und sind deshalb besonders geeignet für kleine Hausdächer, Einfamilienhäuser oder als Ergänzung zu Solarthermieanlagen. Die Herstellung ist jedoch aufwändig, was sich im höheren Preis niederschlägt.

Polykristalline Zellen
Polykristalline Zellen bestehen aus mehreren Siliziumkristallen und sind günstiger in der Herstellung als monokristalline Zellen. Ihr Wirkungsgrad liegt bei etwa 15-20%, was weniger leistungsstark ist als bei monokristallinen Zellen, und sie benötigen mehr Fläche, um gute PV-Erträge zu liefern.

Dünnschichtzellen
Dünnschichtsolarzellen bestehen aus amorphem Silizium und sind durch die Vermischung mit anderen Materialien kostengünstiger in der Produktion als kristalline Zellen. Ihr Wirkungsgrad von etwa 5-7% ist geringer als bei den anderen Solarzellen-Typen, was jedoch durch eine größere Modulfläche ausgeglichen wird. Derartige Modulen können oft auch gefaltet oder aufgerollt werden.

Wie groß sind Photovoltaikmodule und was sind bifaziale Module?
Die Größe eines Photovoltaikmoduls hängt davon ab, wie viele Solarzellen miteinander verschaltet sind. Es gibt zwar keine genormten Standardgrößen, jedoch sind PV-Module mit 60 Solarzellen am häufigsten anzutreffen. Diese haben in der Regel eine Größe von ca. 1700 mm x 1000 mm, da die verwendeten Solarzellen meist 156 x 156 mm messen. Heutzutage werden auch immer öfter Halbzellen eingesetzt, die ca. 156 x 78 mm pro Zelle messen.

400-Watt-Module haben typischerweise eine Größe von 1755 mm x 1038 mm, 1722 mm x 1134 mm oder 2096 mm x 1039 mm, wobei es hier je nach Hersteller zu Abweichungen von ca. +/- 3 Prozent kommen kann.

Um eine Leistung von 10 kWp zu erzielen, benötigt man etwa 25 PV-Module mit einer Leistung von 400 Wp (0,40 kWp).

Bifaziale Module sind doppelseitige PV-Module, bei denen auf beiden Seiten Solarzellen angebracht sind. Die Solarzellen auf der Vorderseite fangen das direkt einfallende Licht auf, während die auf der Rückseite das reflektierte Licht nutzen. Mit bifazialen Modulen können höhere Erträge als mit herkömmlichen Modulen erzielt werden, insbesondere zu Tageszeiten, an denen die Sonne noch sehr niedrig steht. Dabei ist das Rückstrahlvermögen und der Abstand des Moduls zum Untergrund entscheidend für den Mehrertrag auf der Rückseite.

Zusammenfassend sind Solarzellen und die Ausrichtung der Module entscheidend für die Stromproduktion einer PV-Anlage.