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Solarmodule – Aufbau und Herstellung

Solarmodule zählen zu den Hauptbestandteilen einer Solaranlage, da ihre Zellen die Sonnenenergie in Strom umwandeln. Wie die Module aufgebaut sind, wie sie hergestellt werden und welche Modularten es gibt, lesen Sie hier auf Solaranlage.de. Erfahren Sie außerdem, wie das Recycling eines Moduls abläuft.

Wie sind Solarmodule aufgebaut?

Quelle: pf30 | Fotolia.com

Quelle: pf30 | Fotolia.com

Solarmodule oder -platten bestehen aus einer Vielzahl aneinandergereihter Solarzellen. Diese sind auf ihrer Rückseite mit einer witterungsfesten Kunststoffverbundfolie aus Polyfluorid und Polyester versehen. Über den Zellen befindet sich eine transparente Einbettungsfolie aus Etylen-Vinyl-Acetat, die mit den Solarzellen verschweißt ist und diese vor Korrosion schützt. Darüber befindet sich eine Glasscheibe aus Einscheiben-Sicherheits-Glas (ESG). Mit dieser temperaturbeständigen, schlag-, druck- und stoßfesten Oberfläche sind die Solarzellen optimal geschützt. Ein abschließender Aluminiumrahmen inklusive Rahmendichtband bietet dem Modul Festigkeit und Schutz.

Wie werden Solarmodule hergestellt?

Die Herstellung eines Solarmoduls beginnt bei der Synthese von Silizium, aus dem vorwiegend die Solarzellen der Solarplatte bestehen. Grundsätzlich ist Silizium eins der am meisten vorkommenden Elemente auf der gesamten Erde. Denn es findet sich als Bestandteil von Sand, genauer in Quarz oder Quarzsand. Um für die Herstellung von Solarmodulen Silizium zu synthetisieren, muss der Sand einer speziellen Reinigung unterzogen werden. Hierfür muss generell ein enormer Energieaufwand betrieben werden. Doch dadurch, dass Silizium in den meisten Fällen in der Photovoltaik eingesetzt wird, wird über kurz oder lang eine energetische Amortisation der Solarzellen erlangt. Die Herstellung der restlichen Bestandteile eines Solarpanels besteht vor allem aus der Übereinanderschichtung und Verschweißung der verschiedenen, oben beschriebenen Bestandteile.

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Welche Arten von Solarmodulen gibt es?

Unterschieden wird einerseits zwischen kristallinen (darunter mono- oder polykristallinen) und andererseits amorphen Kristallstrukturen des Siliziums. In dieser Unterscheidung wird auch die Bauweise der Solarzellen ausgewiesen.

  • Polykristalline Solarzellen:
  • polykristallines Solarmodul

    Polykristallines Solarmodul Ⓒ claer | Fotolia.com

    Sie zählen zu den meist verwendeten Zellen für Solarmodule. Für ihre Herstellung werden viele kleine und einzelne Siliziumkristalle geschmolzen und in große Blöcke gegossen. Sobald diese Blöcke, auch Ingots genannt, erstarrt sind, werden sie in dünne Scheiben bzw. Wafer gesägt. Diese Scheiben ergeben die einzelnen Solarzellen, die anschließend zu einem Modul zusammengefasst werden. Charakteristisch für polykristalline Zellen sind ihre verschiedenen Blau-Nuancen, die aufgrund der unterschiedlich großen Kristalle enstehen. Dank der quadratischen Form der Zellen entstehen wenige Abfälle bei der Produktion, was den energetischen Verbrauch bei der Herstellung und damit auch die Produktionskosten gering hält. Der Wirklungsgrad polykristalliner Zellen liegt mit rund 12 bis 15 % niedriger als bei monokristallinen Zellen, allerdings sind die Anschaffungskosten deutlich geringer.

  • Monokristalline Solarzellen:
  • Monokristalline Solarzellen verfügen aufgrund ihres hohen Silizium-Anteils über einen besonders hohen Wirkungsgrad von bis zu 20 %. Damit sind sie die effektivsten Zellen bei direkter Sonneneinstrahlung. Ihr Produktionsverfahren ist äußerst aufwendig: Einkristalline Stäbe werden aus geschmolzenem Silizium gezogen und in dünne Scheiben bzw. Wafer zersägt. Die quadratischen Zellen verfügen daher – im Gegensatz zu polykristallinen Zellen – über runde Ecken. Aufgrund ihrer gleichmäßigen Kristallstruktur weisen die Zellen eine einheitlich dunkle Optik auf. Besonders geeignet sind monokristalline Solarmodule für kleinflächige PV-Anlagen, die einen möglichst hohen Ertrag erzielen sollen. Der Nachteil dieser Zellarten: Die Kosten für monokristalline Module sind aufgrund des aufwendigen Herstellungsverfahrens äußerst hoch und die energetische Amortisation – also die Zeit, bis der Energieaufwand für die Herstellung vom Solarertrag übertroffen wird, ist länger.

  • Dünnschichtmodule:
  • Dünnschichtmodule bestehen in den meisten Fällen aus amorphem Silizium, also Silizium ohne Kristallstruktur. Bei der Produktion wird eine dünne Schicht aus Silizium oder einem anderen Halbleitermaterial wie Cadmium-Tellorid oder Galliumarsenid auf einen Träger “aufgedampft”. Dieser besteht in der Regel aus Glas, Metall oder Kunststoff. Damit ist nicht nur die Herstellung der Module deutlich einfacher und kostengünstiger: Dank ihrer geringen Dicke können Dünnschichtmodule vielfältig eingesetzt werden, so auch für Taschenrechner, Armbanduhren oder kleine Geräte. Käufer von Dünnschichtmodulen müssen jedoch beachten, dass ihr Wirkungsgrad bei lediglich 5 bis 10%. liegt. Sie eignen sich daher vor allem für große Dachflächen. Aufgrund ihrer hohen Lichtempfindlichkeit eignen sich Dünnschichtmodule außerdem bei leichten Verschattungen oder diffusen Lichtverhältnissen. Die Zellen weisen eine dunkelgrüne, bräunliche oder schwarze Farbe auf.

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Eine Übersicht über die Eigenschaften der Zellentypen finden Sie im Folgenden:

  Polykristallin Monokristallin Dünnschicht
Wirkungsgrad 12 – 16 % 14 – 20 % 5 – 10 %
Kosten günstig teuer günstig
Geeignet für große Anlagenfläche kleine Anlagenfläche & hoher Ertrag Geräte, große Anlagenfläche, auch bei Schwachlicht
Energetische Amortisation 2 – 4,5 Jahre 4 – 6 Jahre 1,5 – 3,5 Jahre
Lebensdauer 20 – 30 Jahre 20 – 30 Jahre 20 Jahre

Solarmodule können recycelt werden!

Rund 90 % eines Solarmoduls können recycelt werden: Den größten Anteil macht dabei das Glas der Module aus, gefolgt vom Aluminiumrahmen. Während Dünnschichtmodule ein chemisches Bad durchlaufen, damit das Glas von den übrigen Schichten getrennt wird, werden kristalline Module geschreddert.

Doch die Rücknahme und das Recycling von alten PV-Modulen war in Deutschland bisher kaum gesetzlich geregelt. Seit Februar 2016 sieht nun das Elektrogesetz ElektroG2 vor, dass Solarmodule recycelt werden müssen. Alte und kaputte Module können bei den über 1.700 kommunalen Sammelstellen in Deutschland abgegeben werden. Für Privatkunden ist die Abgabe kostenlos. Dies gilt auch für Module, die vor dem Inkrafttreten des Gesetzes verbaut wurden. Gewerbliche Kunden müssen hingegen für die Entsorgung von Modulen, die vor Februar 2016 gekauft wurden, selbst bezahlen. In den meisten Fällen nimmt aber auch der Hersteller die Module wieder zurück. Was aber tun, wenn der Hersteller mittlerweile insolvent ist? Hier soll eine jährlich abzugebende finanzielle Garantie des Herstellers dafür sorgen, dass dieser im Insolvenzfall die Entsorgung finanzieren kann. Weitere Informationen zum ElektroG2 finden Sie auf dieser Seite.

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