PV-Module für alle Bereiche
PV-Module sind nicht nur in ihrer Größe unterschiedlich, sondern auch in ihrer Leistung. Wobei die Größe oftmals die Leistung bedingt. Ein 600 Watt PV-Modul ist einfach größer als eines mit 400 Watt Leistung. Die Standardgröße liegt im Moment bei ca. 170 bis 180 Zentimetern Länge und knapp 112 Zentimetern Breite bei einer Dicke von 3 Zentimetern. PV-Module mit einer Leistung ab 500 Watt aufwärts kommen jedoch auf Längen von bis zu 230 Zentimetern und haben damit 10 bis 40 % mehr Fläche. Das bedeutet, dass die Leistung pro Fläche nicht gesteigert wird, sondern nur die Fläche wird größer. Das macht derartige Photovoltaik-Module schwerer und unhandlicher. Deswegen werden leistungsfähigere und damit größere Module seltener auf Hausdächern eingesetzt, dafür standardmäßig in gewerblichen Großanlagen.
PV-Module unterscheiden sich aber auch auf Grund ihres angedachten Einsatzzweckes. Ein gewöhnliches Panel für die feste Montage auf Dach und Balkon kommt in der Regel mit einem Rahmen. An diesem lässt es sich gut und sicher fixieren, ohne die stromproduzierende Fläche zu beschädigen. Zudem gibt es eine Reihe flexibler Panele, die sich in gewissem Maße einer geschwungenen Oberfläche anpassen können. Derartige Stromlieferanten werden gerne verklebt, sind begehbar und kommen auf Booten und Wohnmobildächern zum Einsatz. Zudem gibt es eine eigene Klasse von PV-Modulen für Wohnmobile. Diese sind kleiner und sehr robust, gerade was eine starke Belastung durch UV-Strahlung und salzhaltige Luft angeht. Hier gibt es viele verschiedene Größen und Leistungsklassen, damit man für jedes Wohnmobildach und für jeden Strombedarf etwas Passendes findet. Und für den richtig mobilen Einsatz gibt es noch die faltbaren PV-Module. Diese können zu sogenannten Solartaschen zusammengelegt werden und lassen sich ganz leicht verstauen, wenn sie nicht benötigt werden.
Entdecke interessante Fakten zum PV-Modul
Wie funktioniert ein PV-Modul?
Ein PV-Modul aus unserem Onlineshop produziert seinen Strom durch die Verwendung kristalliner Siliziumsolarzellen.
Diese Halbleitertechnologie hat sich erfolgreich in der Photovoltaik durchgesetzt.
Die leichte Herstellung, die Leistung, die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten und die Haltbarkeit dieser Zellen sind kaum zu toppen. Für nahezu alle Bereiche sind sie top notch.
Doch wie funktioniert die Stromproduktion innerhalb einer solchen Zelle?
Die energiereichen Photonen des auftreffenden Lichts schießen aus dem Silizium Elektronen heraus. Diese sind negativ geladen.
Dort, wo die Elektronen ursprünglich gesessen haben, entstehen sogenannte Löcher. Diese sind positiv geladen.
Je nach Aufbau der Siliziumsolarzelle sind entweder die Elektronen oder die Löcher frei beweglich.
Die Kunst besteht jetzt darin, diesen frei beweglichen Ladungsträgern eine Richtung vorzugeben.
Dies gelingt, indem man den Silizium-Waver mit einer Beschichtung versieht, die ein elektrisches Feld induziert.
Die Ladung dieses Feldes muss gegensätzlich zu den frei beweglichen Ladungsträgern sein.
Sind zum Beispiel die negativ geladenen Elektronen frei beweglich, muss die Beschichtung ein positiv geladenes Feld erzeugen.
Bei frei beweglichen Löchern, die positiv geladen sind, muss die Beschichtung ein negativ geladenes Feld aufbauen.
Denn was passiert?
Das geladene Feld zieht die frei beweglichen Ladungsträger an und zieht sie auf die andere Seite.
So werden die Elektronen von den Löchern getrennt.
Durch die Trennung besteht auf einer Seite ein positiver Ladungsüberschuss, auf der anderen Seite ein negativer.
Wenn man diese zwei Seiten jetzt mit einem Kabel verbindet, fließt Strom.
Sicherlich ist das eine recht vereinfachte Beschreibung dieses interessanten Vorgangs, aber im Grunde funktioniert genau so die Stromerzeugung in einem PV-Modul.
Wie ein Kunstwerk: Großaufnahme einer polykristallinen Siliziumsolarzelle mit aufgebrachten Leiterbahnen vor dem Einbau in ein PV-Modul.
Wusstest Du ...
... dass PV-Module zu bis zu 95 % recycelt werden können? Das Glas der Deckscheiben, das Aluminium der Rahmen und das Silizium der Zellen können wiederverwendet werden. Hierfür gibt es bereits Recyclinganlagen und es gibt bereits PV-Module, die aus diesen recycelten Materialien hergestellt werden. Das hat zwei entscheidende Vorteile:
- Die Vermeidung von Müll.
- Durch die Wiederverwendung sinkt der Energiebedarf bei der Herstellung der Module aus recycelten Materialien. Recyceltes Aluminium benötigt zum Beispiel nur 5 % der Energie zur Herstellung wie neues Aluminium. Und bei Silizium sieht es ähnlich aus. So muss für die Herstellung eines PV-Moduls aus recycelten Materialien insgesamt 40 % weniger Energie aufgebracht werden. So kommt ein solches Photovoltaik-Modul viel schneller in den Bereich, in dem es mehr Energie produziert, als es für seine eigene Herstellung benötigt hat.
TOPCon, N-Typ, PERC & Co.
Der Markt rund um PV-Module ist voller geheimnisvoller Abkürzungen und Bezeichnungen. Ein paar davon möchten wir Dir erklären:
Was ist TOPCon?
Die TOPCon-Technologie wurde vom Fraunhofer-Institut in Deutschland entwickelt. Ausgeschrieben bedeutet TOPCon "Tunnel Oxide Passivated Contact", was ähnlich kompliziert klingt. Dahinter steckt jedoch eine genauso einfache wie geniale Technik. Oben haben wir bereits gelernt, wie eine Siliziumsolarzelle funktioniert. Dass das Entscheidende die dünne Schicht ist, die ein geladenes Feld induziert und die Ladungen, die durch das Sonnenlicht in der Zelle entstehen, trennt. Das Fraunhofer-Institut entwickelte nun eine hauchfeine Oxidschicht, die zwischen dem belichteten Silizium-Wafer der Zelle und der geladenen Schicht aufgetragen wird. Diese TOPCon-Schicht sorgt für eine effizientere Trennung der freien Ladungen. Durch diese Technik konnte der Wirkungsgrad einer N-Typ-Zelle auf sagenhafte 25,3 % gesteigert werden.
Was bedeutet N-Typ / P-Typ?
N-Typ und P-Typ beschreiben die elektrische Ladung des zugrunde liegenden Siliziums für die Solarzellen. N steht für negativ, P für positiv.
Die Silizium-Wafer für die Zellen sind in Schichten aufgebaut. Vereinfacht: Oben ist die Deckschicht, in der Mitte verläuft die Übergangsschicht, unten ist die Basisschicht.
Deckschicht und Basisschicht müssen unterschiedlich geladen sein, damit Strom fließen kann. Das schafft man, indem man dem verwendeten Silizium kleinste Mengen eines Fremdstoffs beimischt.
Für eine positive Ladung mischt man etwas Bor ins Silizium, für eine negative Ladung werden winzige Mengen Phosphor beigemischt.
Nach der Ladung der Basisschicht wird das PV-Modul dann benannt. Ist die Basisschicht positiv geladen, haben wir ein P-Typ-PV-Modul.
Ist die Basisschicht negativ, bekommt das Modul die Bezeichnung N-Typ.
N-Typ und P-Typ unterscheiden sich durch verschiedene Charaktereigenschaften. P-Typ ist zum Beispiel strahlungsresistenter. Deswegen wurden und werden derartige Solarzellen im Weltraum eingesetzt.
Sie degradieren nicht so schnell unter dem Beschuss der Weltraumstrahlung. Und weil Solarzellen aus der Weltraumforschung stammen, waren auch für lange Zeit alle PV-Module auf der Erde P-Typ-Module.
Bis man das N-Typ-Modul erfand. Und feststellte, dass dieses zwar schlechter Strahlung aushält, jedoch viel weniger durch Licht degradiert.
Und weil wir hier unten auf der Erde mehr Licht als Strahlung haben, ist es nur logisch, dass N-Typ-PV-Module hier bei uns ihren Siegeszug angetreten haben.
Denn solche Module degradieren nicht so schnell unter dem Licht unserer Sonne und bringen dadurch über ihren Lebenszyklus hinweg mehr Ertrag. Und zwar 4 bis 10 % mehr als P-Typ-Zellen. Auch halten sie länger.
Im Weltall macht ein P-Typ PV-Modul Sinn.
Hier unten freuen wir uns über N-Typ PV-Module.
Was versteckt sich hinter PERC?
"Passivated Emitter and Rear Cell" – kurz PERC – steht für eine besondere Art der Rückseitenbeschichtung einer Siliziumsolarzelle für PV-Module.
Mit dieser Beschichtung reflektiert die Rückseite das Sonnenlicht. Jetzt darf man sich zu Recht die Frage stellen, warum gerade die Rückseite einer Solarzelle das Licht reflektieren soll.
Doch das ist gar nicht mal so unlogisch. Denn das Licht, ganz besonders das langwellige Licht – die Rottöne also –, kann in Teilen den Silizium-Wafer durchdringen.
Es kommt also auf der anderen Seite teilweise und dann gänzlich ungenutzt wieder heraus.
Durch PERC wird das Licht nach dem ersten erfolglosen Hindurchgehen nun kurzerhand reflektiert und muss erneut durch das Silizium hindurch, mit einer weiteren Chance, dass es dort zum photoelektrischen Ertrag beitragen kann.
Und das tut es in Teilen dann auch und erhöht dadurch den Gesamtertrag eines PERC-Moduls um ein paar Prozentpunkte im Vergleich zu einem Modul ohne PERC.
Derartig ausgestattete PV-Module produzieren dann auch unter Schwachlicht und diffusen Lichtverhältnissen mehr Strom als Photovoltaik-Module ohne PERC.
Weil PERC aber nur für P-Typ-Solarzellen genutzt werden kann, stirbt diese Technologie derzeit aus. Denn die Vorteile von N-Typ in Verbindung mit TOPCon überwiegen deutlich.
Was ist eine Bypassdiode?
Wird ein Teil des Moduls beschattet, sinkt in diesem verschatteten Bereich die Leistung. Soweit, so logisch.
Die Siliziumsolarzellen in einem Modul sind zusammengeschlossen, in Reihe geschaltet zu einem String.
Leider gilt hier: Die Kette ist nur so stark wie das schwächste Glied.
Denn wird eine einzelne Siliziumsolarzelle beschattet, sinkt die Leistung nicht nur in dieser einzelnen Zelle, sondern die gesamte Leistung des Strings wird auf diesen niedrigen Wert reduziert.
Das ist sogar doppelt ungeschickt, denn der Strom fließt ja weiterhin durch den verschatteten Teil, der sich bei Verschattung jedoch wie ein Widerstand verhält.
Und was passiert mit Widerständen, durch die Strom fließt? Richtig: Sie erwärmen sich und können sogar ganz schön heiß werden. Da können sogenannte Hot Spots entstehen, durch die eine Solarzelle beschädigt werden kann.
Das ist eine ungeschickte, aber nicht zu vermeidende elektrochemische Eigenschaft des Halbleiters Silizium und einer der Gründe, warum die einzelnen Siliziumsolarzellen in einem PV-Modul nicht zu einem einzigen String zusammengeschlossen werden, sondern in mehrere parallele Strings.
Jeder String erhält nun eine Bypassdiode, von der aus die einzelnen Strings dann verbunden werden.
Wenn ein String – oder Teile eines Strings – nun verschattet werden, kappt die Bypassdiode die Verbindung zum betroffenen String und leitet den Strom der anderen Strings um diesen herum.
So können die anderen Strings noch die volle Leistung produzieren.
Es wird also nicht die Leistung des gesamten PV-Moduls reduziert, sondern nur die Leistung eines Teiles davon. Und der verschattete String wird zudem vor Überhitzung geschützt.
Man muss schon genau hinschauen, um sie zu entdecken: Die Bypassdiode! Klein und unscheinbar, jedoch ungemein praktisch.
Für was steht die Abkürzung HJT?
Im vereinfachten Aufbau besteht die Siliziumzelle von einem N-Typ-PV-Modul aus einer positiv geladenen Deckschicht.
Darunter befindet sich die Übergangsschicht und als Abschluss folgt die negativ geladene Basis.
Bei einem Modul mit HJT ist der Aufbau ein bisschen anders. HJT ist das Kürzel für Heterojunction-Technology.
Im Aufbau besteht eine HJT-Zelle aus einer hauchdünnen, positiv geladenen Deckschicht aus amorphem Silizium, gefolgt von einer dicken, negativ geladenen Schicht.
Als Basis bildet dann eine hauchdünne, negativ geladene Schicht nach unten den Abschluss.
Es gibt also keine Übergangsschicht, sondern die positive Deckschicht liegt direkt auf der negativen Schicht.
Dieser Aufbau hat gleich mehrere Vorteile:
- Durch die physikalischen Eigenschaften der amorphen Deckschicht wird die Absorption gesteigert. Das brauchbare Lichtspektrum wird vergrößert, wodurch mehr Anteile des Lichts in elektrische Energie umgesetzt werden können.
- Durch den Aufbau ohne Übergangsschicht bei einem PV-Modul mit HJT wird die Rekombination verringert. Rekombination bedeutet, dass durch das Sonnenlicht freigewordene negativ geladene Elektronen wieder von den positiv geladenen Löchern eingefangen werden, die sie hinterließen. Die Elektronen wandern dann also nicht durch den Stromkreis, sondern innerhalb der Zelle zu ihrem Ursprungsort zurück. Oder zu einem anderen Loch, das in ihrer Nähe gerade frei ist. Sie können dann nicht mehr zum photoelektrischen Ertrag beitragen. Wird die Rekombination verringert, steigt also der Ertrag.
- PV-Module mit HJT haben einen besseren Temperaturkoeffizienten. Ihre Leistung sinkt nur um 0,26 % bei jedem zusätzlichen Grad Celsius. Zum Vergleich: PERC- und TOPCon-Module haben einen Temperaturkoeffizienten von um die 0,35 %.