Das Solarpanel im Detail – Aufbau und Funktion von Solarmodulen
Solarpanels bilden das Kernstück einer jeden Solar- und Photovoltaikanlage, denn sie sind jene Teile, in denen die Lichtenergie der Sonne in elektrische Energie umgewandelt wird. Jedes Solarpanel (auch Solarmodul genannt) besteht aus mehreren Solarzellen, die miteinander verbunden sind; mehrere Solarpanels wiederum bilden dann die gesamte Solaranlage. Dieser Artikel erklärt, was hinter den Technikwundern steckt und wie sie funktionieren!
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Geschichte und Entwicklung von Solarpanels
Solarpanels wurden für die Raumfahrt entwickelt, um Satelliten mit Energie zu versorgen. Im Laufe der Jahre erkannte die Wissenschaft, welchen Mehrwert diese Technologie auch hier auf der Erde haben konnte, und so begann die Entwicklung von Solarmodulen für den privaten Gebrauch. Gerade innerhalb der letzten zehn Jahre 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, wodurch Solaranlagen heute mehr denn je eine exzellente Möglichkeit darstellen, auf saubere und günstige Energie umzusteigen! Je nach Anzahl und Fläche der verbundenen Panels kann dann unterschiedlich viel sauberer Ökostrom produziert werden.
Lass dich von Experten beraten.Aufbau und Struktur von Solarpanels
Solarpanels müssen vielerlei Anforderungen entsprechen: Die sehr empfindlichen Solarzellen im Inneren der Anlage müssen nicht nur vor Wind, Wetter und Strahlung, sondern auch vor mechanischen Einflüssen und Tieren geschützt werden. Die hierfür verwendete Abdeckung muss natürlich transparent sein, damit das Licht ungehindert auf die Solarzelle treffen kann. Außerdem muss die Solarzelle ausreichend gekühlt werden, damit 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 in der Regel aus 100 bis 150 Solarzellen, die für die Energiegewinnung zuständig sind. Wie viel Strom ein Solarmodul tatsächlich erzeugen kann, hängt abgesehen von der Qualität der Anlage auch von den örtlichen Gegebenheiten ab. Hier spielen die Ausrichtung der Panels und die durchschnittlichen täglichen Sonnenstunden eine entscheidende Rolle.
Die vielen Schichten eines Solarmoduls
Wie bereits angesprochen, muss ein Solarpanel einiges bieten können. 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, Schnee, und was sonst noch alles durch die Luft fliegt.
Unter diesen ersten Schutzschichten befinden sich die Solarzellen, die ebenfalls mehrere Schichten aufweisen. Die oberste Schicht der Solarzellen, die sogenannte Antireflexionsschicht, verhindert, dass Sonnenlicht reflektiert wird, was den Ertrag des Solarmoduls enorm steigert. Eine Ebene darunter liegen voneinander getrennte Photonen- und Elektronengitter. Hier findet die eigentliche Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie statt.
Die unterste Schicht des Panels ist wieder eine Schutzschicht. 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, der verhindert, dass Feuchtigkeit und andere Umwelteinflüsse seitlich eindringen können.
Arten von Solarpanels
Allgemein gesprochen gibt es drei Kategorien von Solarpanels: Monokristalline, Polykristalline und Dünnschichtmodule. Für den Privatanwender sind aber meist nur die ersten beiden interessant.
Monokristalline Solarmodule bestehen aus reinen Siliziumkristallen und erreichen einen hohen 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 aber nicht gleichmäßig ausgerichtet, was den Wirkungsgrad des Endprodukts 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 allerdings große Flächen benötigt, um dieselbe Menge an elektrischem Strom zu gewinnen. Daher kommen sie nur selten auf Hausdächern zum Einsatz – es ist einfach nicht genug Platz, um ausreichend Energie zu gewinnen.
Wieviel Strom erzeugt ein Solarpanel?
Eine der wichtigsten Fragen, wenn es um Solarmodule geht, ist natürlich, wie viel Leistung sie tatsächlich bringen – denn nur so kann man entscheiden, ob sich ein Ankauf rechnet beziehungsweise wie viel Energiekosten man sich in Zukunft ersparen 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 kann also 1 kWh Strom in einer Stunde erzeugen. Mit einer Kilowattstunde Strom kann man zum Beispiel eine Ladung Wäsche in der Waschmaschine waschen, einen Kuchen backen oder 7 Stunden fernsehen.
Kilowatt-Peak (kWp)
Bei Solaranlagen gibt man die Leistung aber meistens nicht in kW, sondern in kWp an. Diese Abkürzung steht für die Höchstleistung der Anlage, also wieviel Kilowatt Strom die Anlage bei voller Auslastung in einer Stunde erzeugen kann. Dieses Maß wird verwendet, weil Solarpanels nicht immer die gleiche Leistung erbringen können. Wie vorher angesprochen, haben unterschiedliche Bedingungen wie das Wetter und die Temperatur großen Einfluss auf 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 diese Standardwerte werden dann im Datenblatt verzeichnet. Willst du genauer nachlesen? In unserem Artikel zu Kilowatt-Peak gehen wir ins Detail.
Individuelle Leistung einer Anlage
Will man nun wissen, mit welchem ungefähren kWp man rechnen kann, multipliziert man einfach die ausgewiesenen Kilowattstunden mit der Anzahl der verbauten Solarmodule. Besteht eine Anlage etwa aus 10 Modulen mit jeweils einer Leistung von 350 Kilowattstunden, so erbringt die ganze Solaranlage 3500 Wp oder 3,5 kWp.
In Österreich erzeugt eine Anlage mit 1 kWp ungefähr 1000 kWh Strom pro Jahr. Da die tatsächliche Stromproduktion und der Stromverbrauch stark von der Jahreszeit und dem Tageablauf (Tag/Nacht) abhängen, müssen allerdings, um einen Verbrauch von 1000 kWh abzudecken, mehr als 1 kWp Photovoltaik installiert oder die Anlage um einen Stromspeicher ergänzt werden. Der typische Ertrag einer Solaranlage auf einem Einfamilienhaus liegt zwischen 7000 und 15000 kWh im Jahr, wobei der durchschnittliche Verbrauch eines Vier-Personen-Haushalts bei 4000 kWh liegt – die meisten Anlagen können also tatsächlich mehr als 100 % des Strombedarfs abdecken!
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Kosten von Solarmodulen
Durch die zahlreichen technischen Entwicklungen, den größeren Konkurrenzdruck zwischen Anbietern und den steigenden Produktionszahlen, sind die Kosten für Solaranlagen in den letzten Jahren stark gesunken.
Der größte Kostenfaktor ist nach wie vor die gewünschte Leistung der Anlage, aber auch Faktoren wie Verfügbarkeit, Nutzfläche und nicht zuletzt der Hersteller spielen eine große Rolle. Die Wahl des Herstellers beeinflusst nicht nur die Kosten, sondern auch die Qualität und Lebenserwartung der verbauten Solarpanels.
Zu den derzeit führenden Herstellern zählen etwa:
- SunPower
- JA Solar
- FuturaSun
- LONGiSolar
- Trina
- Hyundai
- Canadian Solar
- REC
- Suntech
Es ist schwierig, einen Richtpreis für Solarmodule zu nennen, weil die Qualität und die Art der Panels eine so entscheidende Rolle spielen. Die meisten Angebote bewegen sich aber zwischen 150 € und 400 € pro Modul.
Mieten als Alternative ohne hohe Anschaffungskosten
Eine gute Alternative zum Kauf einer eigenen Solaranlage ist es, diese zu mieten. So bekommt man das Beste aus zwei Welten: keine Anschaffungskosten, aber trotzdem Energiekosten sparen. Mehr zum Thema mieten findest du in unserem Artikel über das *Mieten von Photovoltaikanlagen.
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Seit Beginn des Jahres 2024 setzen wir bei Otovo für neue Verträge und noch nicht abgeschlossene Projekte, statt wie bislang Mietverträge, nur noch Leasingverträge auf. Grund dafür ist, dass bei der Anmietung einer Photovoltaikanlage keine Lieferung vorliegt und daher kein Nullsteuersatz angewendet werden kann. Diese rechtliche Feinheit hat keine Auswirkungen auf dich als Kunden, außer dass du dank dieser Änderung auch bei der Anmietung deiner Anlage Anspruch auf die 0 % MwSt. hast und die Anlage nach Ende der Laufzeit mit der letzten Rate automatisch in dein Eigentum übergeht.