Das Solarpanel im Detail – Aufbau und Funktion von Solarmodulen
Solarpanels bilden das Kernstück einer jeden Solar- und Photovoltaikanlage. Sie sind jene Teile, in denen die Lichtenergie der Sonne in elektrische Energie umgewandelt wird. Jedes Solarpanel (auch Solarmodul oder Photovoltaikpanel genannt) besteht aus mehreren Solarzellen, die miteinander verbunden sind. Fügt man mehrere Solarpanels zusammen, bilden sie eine Solaranlage. Dieser Artikel erklärt, was hinter den technischen Innovationen steckt und wie sie funktionieren!
Geschichte und Entwicklung von Solarpanels
Solarpanels wurden für die Raumfahrt entwickelt. Sie versorgen Satelliten mit Energie. Im Laufe der Jahre erkannte die Wissenschaft, welchen Mehrwert diese Technologie auch hier auf der Erde hat. So begann die Entwicklung von Solarmodulen für den privaten Gebrauch. In den letzten zehn Jahren wurden aufgrund intensiver Forschungsarbeiten und hoher Investitionen massive Verbesserungen erreicht. So konnte einerseits die Effektivität der Panels erhöht und andererseits ihr Preis deutlich reduziert werden. Je nach Anzahl und Fläche der verbundenen Panels wird unterschiedlich viel sauberer Ökostrom produziert. Solaranlagen entwickeln sich in unserer Zeit mehr denn je zu den attraktivsten Alternativen, um auf saubere und günstige Energie umzusteigen!
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Aufbau und Struktur von Solarpanels
Solarpanels müssen vielerlei Anforderungen entsprechen. Die empfindlichen Solarzellen im Inneren der Anlage müssen nicht nur vor Wind und starkem Regen oder Schneefall, sondern auch vor mechanischen Einflüssen und Tieren geschützt werden. Die Abdeckung muss transparent sein, damit das Sonnenlicht ungehindert auf die Solarzelle treffen kann. Zudem muss die Solarzelle ausreichend gekühlt werden, so dass sie an heissen Tagen nicht überhitzt.
Damit die Solarmodule sicher und stabil verbaut werden können, müssen sie gut zu handhaben sein und hochwertige Befestigungsmöglichkeiten aufweisen.
Jedes Solarpanel besteht aus vielen für die Energiegewinnung zuständigen Solarzellen. Wie viel Strom ein Solarmodul tatsächlich erzeugen kann, hängt von der Qualität der Anlage und von den örtlichen Gegebenheiten ab. Hier spielen die Ausrichtung der Panels und die durchschnittlich pro Tag zu erwartenden Sonnenstunden eine entscheidende Rolle.
Die vielen Schichten eines Solarmoduls
Ein Solarpanel muss einiges bieten. Die verschiedenen Schichten eines Moduls erfüllen jeweils wichtige Aufgaben: Die oberste Schicht bildet eine Frontglasscheibe, darunter liegt eine Schicht aus Kunststoff. Diese beiden Schichten schützen die darunterliegenden Komponenten vor äusseren Einwirkungen wie Regen und Schnee oder Hagel.
Unter diesen ersten Schutzschichten befinden sich die Solarzellen, die ebenfalls mehrere Schichten aufweisen. Die oberste Schicht der Solarzellen, die sogenannte Antireflektionsschicht, verhindert, dass Sonnenlicht reflektiert wird. Diese Funktion steigert den Ertrag des Solarmoduls. Eine Ebene darunter liegen voneinander getrennte Photonen- und Elektronengitter. Hier findet die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie statt.
Müssen Solarpanels gereinigt werden und was muss hierbei beachtet werden? Mehr dazu erfahren Sie in unserem Artikel zum Thema Reinigung von Solarpanels.
Die unterste Schicht des Panels dient noch einmal als Schutz. Wie die oberste Schicht besteht sie aus Glas und/oder Kunststoff und schützt die Anlage von unten. Umschlossen werden alle drei Schichten von einem Aluminiumrahmen. Er verhindert, dass Feuchtigkeit und andere Umwelteinflüsse seitlich eindringen können.
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Arten von Solarpanels
Typischerweise unterscheidet man drei Kategorien von Solarpanels: Monokristalline, polykristalline Solarzellen und Dünnschichtmodule. Für private Haushalte sind die ersten beiden interessant.
Monokristalline Solarmodule bestehen aus einem reinen Siliziumkristall und erreichen einen Wirkungsgrad von bis zu 22 %. Da die Produktion der gleichmässig ausgerichteten Kristalle aufwändig ist, kosten monokristalline Solarpanels etwas mehr als die günstigeren Alternativen.
Polykristalline Solarzellen werden aus Siliziumblöcken herausgeschnitten. Dieses Verfahren ist kostengünstiger als die Herstellung von monokristallinen Solarzellen. Die Siliziumkristalle sind allerdings nicht gleichmässig ausgerichtet, was den Wirkungsgrad auf 15-20 % senkt.
In Dünnschichtzellenpanels bestehen die Solarzellen selbst nicht aus Silizium. Hier wird das Silizium oder ein anderer Halbleiter auf ein kostengünstigeres Trägermaterial aufgedampft. Das Resultat sind deutlich dünnere Panels mit stark reduziertem Anschaffungspreis. Da der Wirkungsgrad von Dünnschichtmodulen nur bei circa 10 % liegt, werden grosse Flächen benötigt, um dieselbe Menge an elektrischem Strom zu gewinnen. Daher kommen sie nur selten auf Hausdächern zum Einsatz.
Wie viel Strom erzeugt ein Solarpanel?
Eine der wichtigsten Fragen rund um Solarmodule, ist natürlich, wie viel Leistung sie auf der dafür vorgesehen Fläche am eigenen Haus tatsächlich bringen. Erst mit der Antwort kann man entscheiden, ob sich ein Kauf lohnt beziehungsweise wie viel Energiekosten man in Zukunft sparen kann.
Um die Leistung eines Solarmoduls zu beschreiben, müssen zuvor einige Begriffe aus der Physik näher erklärt werden:
Die Kilowattstunde (kWh)
kWh ist die Masseinheit für die Stromproduktion. Eine Anlage mit einer Leistung von 1 kW erzeugt 1 kWh Strom pro Stunde. Mit einer Kilowattstunde Strom kann man zum Beispiel eine Ladung Wäsche in der Waschmaschine waschen, einen Kuchen backen oder sieben Stunden fernsehen.
Kilowatt-Peak (kWp)
Bei Solaranlagen gibt man die Leistung aber meistens nicht in kWh, sondern in Kilowatt-Peak (kWp) an. Diese Abkürzung steht für die Höchstleistung der Anlage, also wie viel Kilowatt Strom die Anlage bei voller Auslastung pro Stunde erzeugen kann.
Dieses Mass wird verwendet, weil Solarpanels nicht immer die gleiche Leistung erbringen können. Unterschiedliche Bedingungen wie das Wetter und die Temperatur beeinflussen die Effektivität der Solarzellen. Um die Leistung verschiedener Anlagen vergleichen zu können, gibt es also den Kilowatt-Peak. Jede Anlage wird unter festgelegten Bedingungen getestet und die Standardwerte werden im Datenblatt verzeichnet.
Individuelle Leistung einer Anlage
Will man nun wissen, mit welchem ungefähren kWp man rechnen kann, multipliziert man die ausgewiesenen Kilowattstunden mit der Anzahl der verbauten Solarmodule. Besteht eine Anlage aus 10 Modulen mit jeweils einer Leistung von 400 Kilowattstunden, so erbringt die ganze Solaranlage 4000 Wp bzw. 4 kWp.
Im Schweizer Mittelland erzeugt eine Anlage mit 1 kWp grob 1000 kWh Strom pro Jahr. Das kann aber je nach Ausrichtung und Lage innerhalb der Schweiz stark schwanken. Die Stromproduktion und der Stromverbrauch hängen stark von der Jahres- und der Tageszeit (Tag/Nacht) ab. Um einen Verbrauch von 1000 kWh abzudecken, müssen mehr als 1 kWp Photovoltaik installiert oder die Anlage mit einem Stromspeicher ergänzt werden. Der typische Ertrag einer Solaranlage auf einem Einfamilienhaus liegt zwischen 7000 und 15000 kWh im Jahr, wobei der durchschnittliche jährliche Verbrauch eines Vier-Personen-Haushalts bei 4500 kWh liegt. Die meisten Anlagen können also mehr als 100 % des Strombedarfs abdecken!
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Kosten von Solarmodulen
Dank technischer Entwicklungen, grösserem Konkurrenzdruck zwischen den Mitbewerbern und steigender Produktion, sind die Kosten für Solaranlagen in den letzten Jahren stark gesunken.
Der grösste Kostenfaktor ist nach wie vor die gewünschte Leistung der Anlage. Auch Faktoren wie Verfügbarkeit, Nutzfläche und nicht zuletzt die Hersteller spielen eine bedeutende Rolle. Die Wahl des Herstellers beeinflusst nicht nur die Kosten, sondern auch die Qualität und Lebenserwartung der verbauten Solarpanels.
Zu den führenden Herstellern zählen heute
- SunPower
- JA Solar
- FuturaSun
- LONGiSolar
- Trina
- Hyundai
- Canadian Solar
- REC
- Suntech
Weil die Qualität und die Art der Panels eine so entscheidende Rolle spielen, bleibt es schwierig, einen Richtpreis für Solarmodule zu nennen. Die meisten Angebote bewegen sich aber zwischen 150 - 400 Franken pro Modul.
Eine gute Alternative zum Kauf einer eigenen Photovoltaikanlage ist die Miete. So bekommt man das Beste aus zwei Welten: Keine Aufwände für die Anschaffung und man spart Energiekosten.
Egal ob Miete oder Direktkauf, holen Sie sich Ihren persönlichen Kostenvoranschlag.
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