So funktionieren PV-Module

Ein PV-Modul, selten auch PV-Generator besteht aus mehreren Solarzellen, welche miteinander verbunden werden (meistens über 100 Zellen). Ein klassisches PV-Modul besitzt einen Silbernen Rahmen aus Aluminium und man kann man sehr gut die dunkelblauen bis schwarzen Solarzellen sowie die silbernen Verbindungsdrähte dazwischen erkennen. Inzwischen setzen sich auch immer häufiger sogenannten All-Black Modulen durch. Diese sind, wie der Name vermuten lässt komplett schwarz und haben auch keine sichtbaren silbernen Elemente mehr. Vor allem bei auf Ästhetik achtenden Hausbesitzern sind diese Moduel recht beliebt. Kleiner Nachteil: Der Wirkungsgrad ist etwas niedriger. Während ein klassisches Modul auf 420 Wp Leistung kommt erreichen All-Black Module 400-410 Wp. Dazwischen gibt es eine Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungen z.B. mit schwarzem Rahmen und

Ein handelsübliches monokristallines Solarmodul für eine Dachanlage hat die Abmessungen von ca. 1,1 x 1,7 m und wiegt etwas mehr als 20 kg. Bei diesen Abmessungen sind heute Leistungen von bis zu 420 Watt üblich. Das entspricht einem Wirkungsgrad von immerhin 21%. Als gängige Bezeichnung hat sich allerdings eher die Einheit Kilowatt etabliert (das sind 1.000 Watt), von daher muss man korrekter Weise sagen, dass das Modul eine Leistung von 0,42 kWp hat. Alle Hersteller von Solarmodulen geben einen Standard-Wert für die Modulleistung und einen Abwechungs- oder auch Toleranzwert an. Dieser liegt meistens im Bereich von ± 5-10 Wp. Bei Hochwertigen Modulen liegt diese Toleranz immer im Positiven Bereich, man bekommt als im besten Fall ein etwas leistungsfähigeres Modul. Die Abmessungen und Leistungsdaten der Module haben sich vor allem durchgesetzt, da diese zum einen beim Transport (meist auf Paletten mit bis zu 36 bzw. in Containern mit bis zu 972 Modulen) aber auch bei der Montage gut zu Händeln sind. Gleichzeitig lässt sich damit ein gutes Preis-Leistungs Verhältnis erreichen, da die Kosten insbesondere für Produktion, Transport und Montage überschaubar sind.

Der Aufbau von Solarmodulen unterscheidet sich, je nach Einsatzgebiet, stark. Inzwischen gibt es sogar flexible oder faltbare Module. Letztere sind vor allem im Camping und Outdoor-Bereich interessant, wenn es darauf ankommt mobil Energie zu erzeugen. Diese Eigenschaften werden vor allem durch den unterschiedlichen Aufbau des PV-Moduls möglich. Faltbare oder Flexible Module haben keine Glasscheibe, welche vor Witterungseinflüssen schützt und sind daher auch nicht bzw. nur bedingt für den dauerhaften Einsatz draußen geeignet. Dafür ist das Gewicht verhältnismäßig gering, was im mobilen Einsatz vorteilhaft ist.

Im Folgenden soll der Aufbau des am häufigsten eingesetzten Modultyps, des monokristallinen Moduls erklärt werden:

1. Auf der der Sonne zugewandten Frontseite, ist ein sogenanntes Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) verbaut, welche unter anderem zum Schutz gegen Hagel, Regen, Verschmutzung oder anderen Umwelteinflüssen dient.
2. Direkt darunter befindet sich eine transparente Kunststoffschicht beispielsweise aus Ethylenvinylacetat (EVA) oder Polyolefin (PO) in der die Solarzellen eingebettet sind.
3. Darunter befindet sich der wichtigste Teil des Moduls, die Solarzellen. Diese sind durch Lötbändchen oder aufgeklebte Kupferdrähte miteinander verbunden. Bei All-Black-Modulen sind die silbernen Drähte schwarz eloxiert und damit hinterher nicht mehr sichtbar.
4. Anschließend wird mit einer weiteren Kunststofffolie die Rückseite des Moduls verkapselt, ähnlich der Einbettungsfolie auf der Vorderseite. Dadurch kann keine Feuchtigkeit mehr an die Solarzellen gelangen und die elektrischen Kontakte sind geschützt.
5. Abgeschlossen wird das Modul entweder mit einer mit einer witterungsfesten und stabilen Kunststoffverbundfolie beispielsweise aus Polyvinylfluorid und Polyester (Glas-Folie Modul) oder mit einer weiteren Glasscheibe (Glas-Glas-Modul).
6. Eingerahmt werden die meisten Module mit einem Aluminiumrahmen. Dieser schützt das PV-Modul vor allem beim Transport und bei der Montage, bringt aber auch noch einmal für eine höhere Verwindungssteifigkeit mit sich und sorgt dafür, dass das Modul direkt auf einer Unterkonstruktiuon befestigt werden kann. Bei rahmenlosen Modulen entfällt der Aluminiumrand. Diese Module sind häufig als Glas-Glas ausgeführt und benötigen spezielle klemmen für die Montage.
7. Die letzte Komponente sind die Anschlussdose mit Freilaufdiode oder Bypassdiode und entsprechendem Anschlussterminal für die Solarkabel. Werksseitig sind bei fast allen Herstellern bereits Anschlusskabel und Steckern am Modul montiert, so dass diese schneller montierbar sind.

In der Modulentwicklung sind zwei Trends erkennbar, welche sich bei immer mehr Modulen durchsetzen:

• Halfcut-Module: Bei der verdrahtung der Solarzellen kommt verstärkt die sogenannten Halfcut Technologie zum Einsatz. Das bedeutet, dass das Modul in zwei Hälften geteilt und jede Hälfte separat verschaltet wird. Dies bietet vor allem bei einer Teilverschaltung des Modules deutliche Vorteile, da die eine Hälfte des Module noch die volle Leistung abrufen kann, auch wenn die anderehälfte verschattet ist.
• Bifazial-Module: Bifazial ist eigentlich nur der Fachbegriff für Glas-Glas Module. Diese haben den Vorteil, dass die Solarzellen von beiden Seiten Licht einfangen können. Das ist vor allem für neuartige PV-Konzepte, wie dem Solarzaun interessant. Da abhängig vom Sonnenstand zweimal pro Tag ein optimaler Lichteinfall auf das Modul möglich wird.

Die Fertigung eines PV-Module erfolgt inzwischen fast komplett automatisiert in großen Produktionsstraßen. Die vorderre Glasplatte bildet dabei den Anfang und zeigt nach unten. Anschließend wird das Modul stückweise zusammengesetzt. Zunächst folgt eine zugeschnittene EVA-Folie. Darauf werden die mittels Lötbändchen zu einzelnen Strängen (so genannte Strings) verbunden Solarzellen positioniert und die Verbindungen zu den Rückseitenanschlüssen gesetzt und verlötet. Mit der zweiten EVA-Folie und der Kunststoffverbundfolie bzw. dem zweitem Glas erfolgt der rückseitige Einschluss der Solarzellen. Bei hohen Temperaturen, teils in Kombination mit hohem Druck (bis zu 10 bar), vebacken die einzelnen Komponenten fest miteinander. Die bis dahin milchigen EVA-Folie bilden eine klare, nicht mehr aufschmelzbare Kunststoffschicht, in der die Zellen nun eingebettet sind und die fest mit der Glasscheibe und der Rückseitenfolie/ dem Rückseitenglas verbunden ist. Den letzten Schritt bildet das setzen der Anschlussdose mit den Freilaufdioden und, je nach ausführung das Rahmen des Moduls.