Die Solarpanels

 

Im Laufe der Zeit hat es viele neue Ansätze gegeben, um mit Hilfe von lichtempfindlichen Materialien noch mehr  Strom zu erzeugen.

Kurz zusammengefasst sind heute drei Typen von Solarzellen mit unterschiedlichen Eigenschaften in Verwendung.

Dünnschichtzellen
Dünnschichtzellen mit einem Wirkungsgrad von max 12%. Weil sie sehr kostengünstig sind, werden sie eher für Solaranlagen am „Freiland” eingesetzt, wo eine große Fläche zur Verfügung steht, man aber die Kosten begrenzen will.

Polykristalline Panels
Polykristalline Solarzellen haben einen Wirkungsgrad von unter 20% und liegen im mittleren Preissegment.

Monokristalline Solarmodule
Den höchsten Wirkungsgrad mit 21% und darüber haben monokristalline Solarmodule. Sie sind aber auch am teuersten!

Die gesamte Solarindustrie ist nach wie vor sehr innovativ und dauernd kommen vielversprechende Neuentwicklungen auf den Markt. Ein interessanter Ansatz ist zB die Kombination von monokristallinen und Dünnschicht-Elementen in einem Panel, um die Leistung bei difusem Licht zu verbessern.

Bifaciale Solarpanels
Seit kurzem sind (monokristalline ) Solarpanels auf dem Markt, die auch mit ihrer Rückseite Strom erzeugen können. Bis zu 30% Mehrertrag sollen so möglich sein!

Sie nutzen das Umgebungslicht und das Licht, das vom Dach reflektiert wird. Damit genug Reflektionslicht die Panels errichten kann, braucht es dazu einen größeren Abstand vom Dach „als üblich“. Für Satteldächer sind sie daher nicht so geeignet. Aber für flachere Pultdächer und besonders Flachdächer kann diese Technologie durchaus interessant sein und mehr Stromertrag bringen. Flachdächer mit Kiesbeschüttung zum Beispiel, oder mit einer Blechhaut (die könnte man sogar weiss streichen, um die Reflektion zu steigern). Bifaciale Panels „machen mehr“ aus Schwachlicht, das ist gut in den Jahreszeiten mit weniger Sonne und einer dichten Wolkendecke, oder in den Tagesrandzeiten morgens und abends. Mit dem passenden Unterbau und dem optimalen Winkel kann man mit bifacialen Panels durchaus etwas mehr „Extrastrom“ ernten!

Das ist interessant wenn man ein „zu kleines Dach“ für den großen Strombedarf in einem Mehrparteien–Wohnhaus hat!

 

Aktuelle Trends und technologische Verbesserungen bei Solarpaneelen:

Full-Black-PV-Module
Der größte Vorteil schwarzer Solarmodule ist ihre Ästhetik, die Modulrahmen und die Rückseitenfolie sind schwarz. Durch verringerte Reflexion und höhere Lichtabsorption sind sie blendungsfreier. Sie haben den großen Nachteil, dass sie sich schneller erwärmen und sich dadurch der Wirkungsgrad geringfügig verringert. Schwarze Module sind teurer als normale PV-Module.

Halbzellenmodule
auch Half-Cut-Zellen (HC) bedeutet, dass die Module aus 120 kleineren statt 60 größeren Zellen bestehen. Dadurch liefern sie eine 2-3% höher Leistung, reagieren nicht so empfindlich auf Verschattung, nutzen das einfallende Licht besser und erbringen bei hohen Temperaturen bessere Leistung!

Heterojunction-Technologie (HJT)
HJT erzielt aufgrund der hohen Lichtausbeute und der guten Passivierungseigenschaften Wirkungsgrade von mehr als 24 %, erbringen bei hohen Temperaturen bessere Leistung, können mit weniger Energie und weniger Produktionsschritte hergestellt werden.

Multi-Busbar-Technologie (MBB)
MBB bedeutet, dass eine Solarzelle mit 12 oder 16 Busbars anstelle von 4, 5 oder 6 ausgestattet ist.
Busbars sind Stromschienen, die auf jeder Solarzelle fest aufgedruckt sind. Sie nehmen den erzeugten Gleichstrom auf und führen diesen zu den Sammelschienen. Durch eine höhere Zahl vwird dadurch der Abstand zwischen den BBs verringert, die Innenwiderstandsverluste werden kleiner. Ausserdem verringert sich das Risiko für Mikrorisse und das einfallende Licht ksnn besser aufgenommen werden.

PERC-Module
PERC-Module können rotes Sonnenlicht stärker nutzen und der Modulwirkungsgrad erhöht sich um bis zu 1%. Vor allem bei schwachen oder diffusen Lichtverhältnissen in den Morgen- oder Abendstunden können PERC-Solarzellen eine bessere Leistung erzielen. PERC-Module haben eine leicht erhöhte Degradation, ihre Modulleistung nimmt im Laufe der Jahre etwas stärker ab.

TOPCon-Technologie
Paneele mit TOPCon-Technologie können sowohl mono- als auch bifazial sein setzen vorwiegend auf N-Typ-Wafer und weisen gegenüber PERC ein höheres Wirkungsgradpotential auf.

n-Typ Solarzellen

[ Näheres zu n-Typ Solarzellen findest Du hier ]

 

 

Die richtige Wahl

Da die Fläche eines Mehrparteienhauses im Verhältnis zu der Zahl der Bewohner und ihrem Stromverbrauch vermutlich „zu klein ist“ und man daher möglichst viel Leistung aus der begrenzten Fläche erzielen muss, um den Bedarf zumindest annähern zu decken, sind monokristalline Solapanels in diesem Fall die erste Wahl!

Solarmodule werden meistens in der Normgröße von 170cm x 100cm hergestellt und bestehen aus 60 Segmenten. Bei neueren Modellen sind diese nochmals halbiert. Ein Panel besteht dann aus 120 Segmenten (Halbzellenpanels). Sie erzielen durch die Halbierung mehr Ertrag und sind unempfindlicher gegen Verschattung.

Aufbau und Technik

Die Panele bestehen in der Regel aus den lichtempfindlichen Segmenten, mit denen der Strom erzeugt wird. In den Panelen entsteht Gleichstrom, der erst vom [Wechselrichter] in Wechselstrom umgewandelt wird. Über den Segmenten ist eine Glasplatte zur Abdeckung angebracht und das Ganze ist mit einem Alurahmen umfasst. Die Rückseite ist zum Schutz mit einer Folie abgedeckt. Es gibt auch (noch hochwertigere) Glas-Glas-Module, die mehr Licht von der Rückseite durchlassen und unempfindlicher gegen Microrisse und dadurch langlebiger sind, allerdings bei höherem Gewicht.

Die einzelnen Segmente sind in dem Panel wie auf einer Leiterplatte durch Metallbahnen verbunden. Je mehr dieser Bahnen in einem Panel verwendet werden, desto weniger verliert das Panel bei Verschattung an Leistung. Multi-Bus oder 5-Bus-Bahnen sind zur Zeit der letzte Stand der Technik.

Mit einem Anschlusskabel können die Solarpanels an die Stromleitung angeschlossen werden, die die einzelnen Module miteinander verbindet.

Leistungsverluste

Solarmodule reagieren auf die Umwelt: Bei Lichteinfall erzeugen sie Strom, bei zu hohen Temperaturen verlieren sie an Leistung (bei Kälte nicht!), und wenn Schatten auf die Segmente fällt, lässt die Leistung stark nach, oder dieser Teil des Panels erzeugt, solange es verschattet ist, gar keinen Strom. Leider ist dann das ganze Modul betroffen, weil die einzelnen Segmente wie bei einer Kette verbunden, „in Serie“ geschaltet sind und damit die Leistung des ganzen Panels ausfällt. Da auch die Solarpanels „hintereinander“ verbunden sind und einen sogenannten „String“ bilden, ist nicht nur das Panel betroffen, auf das grade der Schatten fällt. Das kann zu Leistungsverlusten des ganzen Strings führen und die Stromausbeute reduzieren.

Verschattung

Besonders „Kernschatten“ war eines der größten Probleme von Solarmodulen. Inzwischen hat man Wege gefunden, um diesen Leistungsverlust weitgehend zu vermeiden. Eine Lösungsstrategie ist dabei, die 60 Segmente auf 120 zu halbieren und anders zu verschalten.

Zusätzlich wurde Leistungsoptimierer entwickelt, die die „Performance“ der Module überwachen und reagieren, sobald ein Segment verschattet wird.

Durch eine Schattensimulation kann das Planungsbüro den Schattenwurf im Laufe des ganzen Jahres überprüfen und besondere „Problemzonen“ im Voraus erkennen und „einplanen“.

Früher galt die Regel, zum Erzeugen von Solarstrom braucht man die direkte Einstrahlung des Sonnenlichts. Eine Ausrichtung „nach Süden“ war daher „das Um und Auf“!

Heutige Solarpanels reagieren immer besser auf diffuses Umgebungslicht und liefern auch bei nicht so sonnigen Tagen viel Strom. Daher ist es möglich, die Solarpanels in Ost-West-Richtung auzurichten. Dann erzeugen sie zwar etwas weniger Strom zur Mittagszeit, aber dafür mehr am Morgen und länger am Abend.

Das kann gerade bei einem Wohnhaus sehr wichtig sein!

 

Reihenabstand

Bei der Ausrichtung der Solarpanels muss man auch die Verschattung der Module untereinander berücksichtigen. Je höher der Neigungswinkel der Panele ist, desto größer ist die Gefahr, dass die Module in der ersten Reihe diejenigen in der zweiten verschatten. Der Reihenabstand muss entsprechend vergrößert werden, man kann weniger Panele montieren. Bei Ost-West Ausrichtung ist der Neigungswinkel niedriger und die Solarpanels werden „im Wechsel“ montiert. Möglicherweise finden dann mehr Module auf dem Dach Platz und der geringere Ertrag durch die Ausrichtung wird (mehr als) kompensiert.

KOMMENTAR:
Ein gutes Planungsbüro spielt verschiedene Varianten
der „Belegung“ des Daches mit Solarpanels durch und findet
so die optimale Lösung.

 

FAZIT:
Bei einem Mehrfamilienhaus kommt man um
„das Beste vom Besten“ aus verschiedenen Gründen nicht herum:
Nur höchste Leistung bringt größten Stromertrag,
nur höchste Qualität garantiert problemlose
Funktionsfähigkeit über viele Jahre.

 

Degredation

Solarpanels verlieren gleich ab der Inbetriebnahme oder im Laufe ihrer Lebenszeit an Leistung. In den Herstellerangaben sollten sich diese Werte unter „Degredation“ finden.

Wird eine (theoretische) Maximalleistung angegeben, oder der Leistungsverlust bei Inbetriebnahme „abgezogen”?

Welche Lebenszeit der Panels wird garantiert, welche Leistung liefern sie noch nach 20 Jahren (in Prozent vom Ausgangswert)?

Den Leistungsverlust nach 20 Jahren sollte man allerdings nicht überbewerten. Es wird heute schon an Wirkungsgraden von 30% oder mehr gearbeitet. Im „Laborversuch” wurden sogar schon >41% erreicht. In 20 Jahren sollten wesentlich leistungsstärkere Panele als heute am Markt sein. Wenn die Anlage „abgeschrieben” ist, kann man überlegen, ob ein Tausch auf Module mit höherem Wirkungsgrad sich „mehr rechnet”. Der [Wechselrichter] muss vermutlich schon nach etwa 15 Jahren getauscht werden!

HINWEISS:
Monokristalline Solarpanels haben eine andere Oberfläche
und schauen anders aus („black“), als polykristalline (blau).
Dadurch reflektieren sie das Sonnenlicht nicht so stark
und eine etwaige Blendung der Nachbarn kann reduziert
oder gänzlich vermieden werden (je nach Neigungswinkel)!

 

„Buy local“

Schön wäre es natürlich, wenn man für den Bau der eigenen Solaranlage heimische oder zumindest europäische Komponenten einsetzen könnte. Leider haben die Hersteller in der EU ihren anfänglichen Vorsprung in der Technologie inzwischen weitgehend verloren und amerikanische und vor allem asiatische Firmen treiben die technische Entwicklung voran und das oft auch zu geringeren Kosten.

Es gibt allerdings nach wie vor führende europäische und sogar österreichische Hersteller mit interessanten Produkten.

Jedes Jahr gibt Grünes Haus eine Bestenliste der Solarpanels heraus.

[ Solarmodule Test und Vergleich 2023 ] >>

 

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