Photovoltaikmodule

Dass Photovoltaikanlagen nichts neues mehr sind, beweist ein Zeitungsauschnitt aus der New York Times.

“(…). The new device is a simple looking apparatus made of strips of silicon, a principal ingredient of common sand. It may mark the beginning of a new era, leading eventually to the realization of one of mankind’s most cherished dreams – the harnessing of the almost limitless energy of the sun for the uses of civilization. (…)”

Die Photovoltaikmodule sind das zentrale Element einer modernen Photovoltaikanlage. In ihnen wird der gesamte Strom erzeugt, welcher später im Gebäude verwendet wird. Ein Modul beherbergt dabei – je nach Ausführung – 60 bis 144 einzelne, hauchdünne Solarzellen, welche elektrisch miteinander verschaltet sind. Die Leistung eines Moduls wird typischerweise in “Watt-Peak” [Wp] angegeben. Aktuelle Module leisten pro Stück zwischen 280 Wp und 350 Wp.

Neben der elektrischen Verschaltung, schützt der Modulaufbau die Zellen auch vor verschiedenen Schadensarten (incl. Feuchtigkeit, Hagel, Schneelast, etc…).Um diese Aufgabe zu erfüllen, besteht ein Modul aus mehreren Schichten, welche unter hohem Druck und hoher Temperatur miteinander laminiert werden.

Die oberste sonnenzugewandte Schicht ist eine Glasschicht. Diese Schicht ist robust, um den Wettereinflüssen zu trotzen und gleichzeitig optisch transparent um das Licht zu den Solarzellen durchzulassen. Für eine hohe Lichtdurchlässigkeit muss dieses Glas hochrein sein und über einen geringen Eisengehalt verfügen. Eine „Anti-Reflex-Schicht“ auf der Oberseite des Glases hilft weiterhin das eintreffende Licht einzufangen.  

Schichten 2 und 4 bildet das sog. Einbettmittel. Das Einbettmittel ist ein weiches, transparentes Polymer, welches sich um die fragilen Solarzellen schmiegt und diese vor Beschädigung schützt.  

Die 5. und letzte Schicht bildet die Rückseitenfolie. Diese besteht häufig aus High-Tech-Kompositwerkstoffen um den Inhalt des Moduls zu schützen. Typische Materialien sind Tedlar-Polyester-Tedlar (TPT) und Tedlar-PET-Polyamid (TPA)

Um die mechanische Steifigkeit und Stabilität der Solarmodule zu erhöhen, werden diese zusätzlich mit einem Rahmen aus beschichtetem Aluminium verstärkt. Weiterhin verfügt ein Modul auf seiner Rückseite über Anschlussboxen mit Bypassdioden, sowie vorkonfektionierte Gleichstromkabel um sie mit anderen Modulen zu verschalten.

Was hält ein Photovoltaikmodul aus?

• Temperaturwechsel zwischen -40°C und +85°C
• Dampfdruck bei 85°C und 85% rel. Luftfeuchtigkeit
• Mechanische Belastungen von über 240kg/m² (Entspricht einer frontalen Windlast von etwa 130 km/h)
• 25mm Hagelkörner mit über 80 km/h

Leistungsoptimierer

Im Grunde können Leistungsoptimierer in allen Photovoltaikanlagen genutzt werden. Ein Optimierer „optimiert“ den MPP (Maximum Power Point = Punkt maximaler Leistung) eines jeden einzelnen Moduls. Üblicherweise begrenzt das „schwächste“ Modul die gesamte Leistung der in Reihe geschalteten Module. Somit sinkt die Leistung der gesamten Reihe durch nur ein verschmutztes oder verschattetes Modul ab. Ein Optimierer gleicht diesen Umstand aus, sodass die Leistung der Gesamtanlage hoch bleicht.

Wechselrichter

Photovoltaikmodule erzeugen Gleichstrom, haushaltsübliche elektronische Geräte benötigen jedoch Wechselstrom. Ein Wechselrichter wandelt den erzeugten Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom um. Der Wechselrichter bildet damit die Brücke zwischen Stromnetz und Photovoltaikanlage. Ein Wechselrichter hat aber auch noch weitere Funktionen wie z.B. das aktive MPP Tracking der Module. MPP steht dabei für „Maximum Power Point“ und bezeichnet den idealen Arbeitspunkt der PV-Module. Je nach Sonneneinstrahlung, Temperatur oder Schattenwurf verändert sich der optimale Arbeitspunkt der PV-Module. Ein MPP-Tracker passt die Anlage blitzschnell an wechselnde Bedingungen an, damit die Anlage möglichst effizient arbeitet.

PV Wechselrichter unterscheiden sich im Wesentlichen in Nennleistung, Anzahl der MPP-Tracker, Wirkungsgrad und ihrer Integrationsfähigkeit mit anderen Systemen.

Ein Hybridwechselrichter kommt dann zum Einsatz, wenn kleinere Photovoltaikanlagen, wie z.B. Wohnhäuser, zusätzlich über einen Batteriespeicher verfügen sollen. Da Batterien mit Gleichstrom geladen werden müssen, bietet es sich an diese mit dem Gleichstrom aus der Photovoltaikanlage zu laden, noch bevor dieser für das Hausnetz in Wechselstrom umgewandelt wird. Die intelligente Elektronik eines Hybridwechselrichters ermöglicht genau dies in einem Gerät: Die Batterie mit Gleichstrom zu laden und den übrigen Strom für das Hausnetz in Wechselstrom umzuwandeln.

Batteriespeicher

Erzeugt man Solarstrom mit einer eigenen Solaranlage, dann lohnt es sich möglichst viel des erzeugten Stromes selbst zu nutzen. Denn selbst erzeugter Strom ist in der Regel deutlich günstiger als der Strom den Ihnen ihr Energieversorger liefert. Auf selbsterzeugten Strom fallen nämlich i.d.R. keine Netzentgelte, Stromsteuer oder Umlagen an.

In den meisten Fällen sind nur etwa 25 bis 30 Prozent des erzeugten Solarstroms sind selbst nutzbar (=Eigenverbrauch). Das hängt damit zusammen, dass die Erzeugung des Stromes und dessen Verbrauch typischerweise auseinanderliegen. Eine PV-Anlage erzeugt den meisten Strom in den Mittagsstunden, der höchste Verbrauch liegt jedoch in den meisten Haushalten in den Morgen- und Abendstunden.

Ein Batteriespeicher kann diese Zeitdifferenz überbrücken. Er speichert die Solarenergie, welche in den Mittagsstunden produziert wird und gibt diese an das Haus ab, wann immer sie benötigt wird. Durch einen Batteriespeicher erhöht sich der Anteil des selbst genutzten Solarstroms (=Eigenverbrauch) häufig über 50 Prozent.

Ein Batteriespeicher bildet damit eine ökologisch sinnvolle Ergänzung für PV-Anlagen.