Solaranlage: Solarzellen, Photovoltaik & Co. – Eigenschaften, Typen & Vergleich

Solarzellen – Sie planen eine Umstellung auf eine Photovoltaikanlage oder Bauen gerade ein neues Haus und müssen sich für eine Energiequelle entscheiden? Dann ist eine neue Solaranlage vielleicht genau das Richtige. Eine Solarzelle oder auch Photovoltaische Zelle, ist ein elektrisches Bauelement, das Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt und gilt als eine der alternativen Energien. Lesen Sie in diesem Artikel alles über das Thema Solarzellen und Solarenergie.

Funktion einer Solarzelle: Aufbau & Wirkungsgrad

Solarzellen sind komplexe Energielieferanten, deren Funktion erst verstanden werden muss. Wie ist eine Solarzelle aufgebaut? Und wie hoch ist ihr Wirkungsgrad? Klären wir hier zunächst die Frage, wie funktioniert eine Solaranlage überhaupt?

Wie funktioniert eine Solarzelle?

Wenn die Sonnenstrahlen auf die Solarzellen treffen, wird eine elektrische Spannung zwischen der Vorder- und Rückseite der Zelle erzeugt. Metallkontakte absorbieren die Ladung und es entsteht ein Gleichstrom. Da jede einzelne Solarzelle nur eine geringe Strommenge erzeugen kann, werden Solarzellen in Reihe geschaltet, um Solarmodule zu bilden.

Der Begriff „Solarzellen“ wird jedoch häufig verwendet, obwohl er sich eigentlich auf die gesamte Baugruppe der Solarmodule bezieht. Damit der Strom in der Immobilie genutzt werden kann, wird ein Wechselrichter eingesetzt, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt.

Hier nochmal die Funktion einer Solarzelle im Überblick:

  • durch Sonnenstrahlen entsteht elektrische Spannung
  • Metallkontakte absorbieren Ladung, es entsteht Gleichstrom
  • Solarzellen werden in Reihe geschaltet um mehr Strom zu erzeugen

Schon gewusst? Solaranlagen und Wärmeversorgung – 90% des Stroms soll bis 2030 durch Solaranlagen kommen, auf „allen geeigneten Dachflächen“.

90% des Stroms soll bis 2030 durch Solaranlagen kommen!

Ebenfalls, soll die gesamte Wärmeversorgung bis 2030 klimaneutral werden. Lesen Sie hier mehr zu den Änderungen für Neubau im Koalitionsvertrag.

Technische Daten zu Solarmodulen

Die Standardgröße eines Solarmoduls beträgt etwa 1,0 x 1,6 Meter. Ein Gebäude kann sich durch seine Solarzellen selbst mit Strom versorgen, aber in den meisten Fällen ergänzen die Solarzellen den Strom aus dem normalen Stromnetz. Zwischen März und Oktober ist die Solarproduktion am höchsten. Solarzellen wandeln etwa 10-15 % der Sonnenenergie in Strom um.

Die Technischen Daten zusammengefasst:

  • Pro Modul 1,0 x 1,6 Meter groß
  • Solarzellen ergänzen den Strom aus dem normalen Stromnetz
  • Solarzellen wandeln etwa 10-15 % der Sonnenenergie in Strom um

Solaranlage auf einem Einfamilienhaus:

Arten von Solarzellen: Monokristalline-, Polykristalline-, Dünnschichtsolarzellen

Bei den heute auf dem Markt befindlichen Solarzellentypen handelt es sich um monokristalline Solarzellen, polykristalline Solarzellen und Dünnschichtsolarzellen, wobei die ersten beiden Typen den Markt dominieren.

Die Solarzellentypen unterscheiden sich in Bezug auf Aussehen, Flexibilität, Effizienz und Preis und sollten je nach den wichtigsten Faktoren und den Gebäudebedingungen ausgewählt werden. Wenn zum Beispiel der Preis eine Rolle spielt, kann es sich lohnen, billigere Module mit einem etwas geringeren Wirkungsgrad zu wählen, wenn auf dem Dach viel Platz vorhanden ist.

Hier die drei Arten im Überblick:

  1. Monokristalline Solarzellen
  2. Polykristalline Solarzellen
  3. Dünnschicht-Solarzellen

Schauen wir uns nun diese etwas genauer an.

Monokristalline Solarzellen: Hoher Wirkungsgrad, mittlere Kosten

Monokristalline Solarmodule basieren auf Silizium. Die in diesen Modulen verwendeten Solarzellen sind nicht vollständig rechteckig, sondern haben abgerundete Kanten. In der Regel sind die Solarzellen von schwarzer Farbe. Der Wirkungsgrad der Module liegt bei 16 bis 22 %. Die Kosten pro Modul sind höher als bei polykristallinen Solarzellen.

Was macht Monokristalline Solarzellen aus?

  • Farbe: Schwarz
  • Wirkungsgrad: 16 bis 22 %
  • kosten: Mittlerer Bereich

Polykristalline Solarzellen: Mittlerer Wirkungsgrad, niedrige Kosten

Polykristalline Solarmodule basieren auf Silizium und enthalten rechteckige Solarzellen. Die Farbe ist in der Regel bläulich irisierend, aber es gibt auch andere Farben, die sich negativ auf die Effizienz auswirken können. Der Wirkungsgrad der Module liegt bei 16 bis 17 %.

Was macht Polykristalline Solarzellen aus?

  • Farbe: Bläulich irisierend
  • Wirkungsgrad: 16 bis 17 %
  • Kosten: Niedrigster Bereich

Dünnschicht-Solarzellen: Wenig Dachlast, höhere Kosten

Dünnschicht-Solarzellen sind, wie der Name schon sagt, dünn und verbrauchen wenig Material. Es gibt verschiedene Arten von Dünnschichtsolarzellen. Diese werden in der Regel nach den darin enthaltenen Elementen benannt. CdTe-Solarzellen enthalten mehr von dem umweltschädlichen Stoff Cadmium als CIGS-Solarzellen. Sowohl der Wirkungsgrad als auch die Modulkosten sind bei CdTe etwas niedriger als bei CIGS. Im Allgemeinen wird eine Dünnschicht-Solarzellenanlage teurer sein als eine Silizium-Solarzellenanlage, vorausgesetzt, es soll die gleiche Menge an Strom erzeugt werden.

Dünnschicht-Solarzellen sind nicht so verbreitet wie kristalline Solarzellen und nicht immer in der Produktpalette der Anbieter verfügbar. Sie haben eine einheitliche Farbe und können flexibel gestaltet werden, so dass sie auf Oberflächen angebracht werden können, für die kristalline Solarzellen nicht geeignet sind. Der Wirkungsgrad der Module liegt bei 11 bis 17 %.

Was machen Dünnschicht Solarzellen aus?

  • Wenig Material: Geringe Dachlast
  • Kosten: Hoch
  • Wirkungsgrad: 11 bis 17 %

Exkurs: In Bedachungsmaterialien integrierte Solarzellen

Eine Alternative zu herkömmlichen Photovoltaikmodulen sind dachintegrierte Lösungen, die die Dacheindeckung ersetzen und gleichzeitig Strom produzieren können. Es sind bereits mehrere verschiedene Typen auf dem Markt. Auch in diesem Bereich schreitet die Entwicklung rasch voran. Aus ästhetischer Sicht schätzen viele Menschen die Tatsache, dass die Solarzellen Teil des Daches werden. Was die Kosten anbelangt, ist sie jedoch immer noch teurer als herkömmliche Photovoltaiklösungen.

Was macht in Bedachungsmaterialien integrierte Solarzellen aus?

  • Ästhetisch ansprechend
  • Kosten: Sehr hoch

Photovoltaik-Thermo-Hybrid-Solarkollektor: Wärme & Strom

PVT (Photovoltaik-Thermo-Hybrid-Solarkollektor) ist ein Oberbegriff für Solarmodule, die sowohl Strom als auch Wärme erzeugen. Die Paneele bestehen sowohl aus einem Material, das Strom erzeugt, als auch aus einem Material, das die Wärme leitet. Auf diese Weise kann das Paneel auch die Wärme der Sonneneinstrahlung nutzbar machen. Die Wärme wird von der PVT-Anlage über ein Wärmeträgermedium, häufig Luft oder Wasser, transportiert.

Diese Kombination erhöht den Energieverbrauch pro Quadratmeter. PVT-Systeme können daher an Orten attraktiv sein, an denen der Platz begrenzt ist, aber die Energieeffizienz verbessert werden muss. Trotz des größeren Nutzens pro Quadratmeter ist der Wirkungsgrad der Strom- und Wärmeerzeugung in einer PVT-Anlage in der Regel geringer als in einer reinen Strom- oder Heizungsanlage. Komplexität, Effizienz und Preis von PVT-Systemen sind sehr unterschiedlich.

Solaranlage auf einem Mehrfamilienhaus:

Die Welt steht ständig im Wandel und auch für Solarzellen gibt es eine Zukunft. Wie sieht diese aus? Werfen wir einen Blick in die Zukunft.

Blick in die Zukunft: Neue Arten von PVT

Es gibt eine Reihe von PVT-Typen, die sich noch im Forschungsstadium befinden und möglicherweise irgendwann auf den Markt kommen werden. Beispiele sind so genannte Perowskit-Solarzellen, Farbstoffsolarzellen (DSSC) und Solarzellen auf Nanodrahtbasis.

Welche neuen Arten von Solarzellen gibt es?

  1. Perowskit-Solarzellen
  2. Solarzellen auf Nanodrahtbasis
  3. Farbstoffsolarzellen

Schauen wir uns diese nun etwas genauer an.

Perowskit-Solarzellen: Hoher Wirkungsgrad bei niedrigen Kosten

Perowskit-Solarzellen haben das Potenzial, hohe Wirkungsgrade bei niedrigen Kosten zu erzielen. Heute haben diese Solarzellen jedoch Stabilitätsprobleme, und der Bleianteil muss reduziert werden.

Solarzellen auf Nanodrahtbasis: Hocheffizient zu geringem Materialeinsatz

Solarzellen auf Nanodrahtbasis haben auch das Potenzial, zu hocheffizienten Solarzellen mit geringem Materialeinsatz zu führen. Geforscht wird u. a. an der Gestaltung von Nanodrähten.

Farbstoffsolarzellen: Auch bei schlechtem Licht funktionsfähig

Farbstoffsolarzellen haben den Vorteil, dass sie kostengünstig hergestellt werden können und auch bei schlechten Lichtverhältnissen gut funktionieren. Es wird daran geforscht, die Effizienz von Farbstoffsolarzellen zu erhöhen.

Fazit: Welcher Solarzellentyp ist der Beste?

Für welchen Solarzellentyp Sie sich letztendlich entscheiden, hängt ganz von Ihrer finanziellen Lage und der höhe Ihrer Dachbelastung ab. Zudem müssen Sie je nach Immobilie entscheiden, wie viel Strom bzw. Energie diese benötigt und wie hoch der entsprechende Wirkungsgrad sein muss. Befragen Sie dazu am besten einen Experten. Letztendlich sind vor allem auf Schrägdächern Solaranlagen auch eine optische Veränderung, die Ihnen als Immobilienbesitzer auch gefallen sollte.

Wie wählt man die beste Solaranlage aus?

  • finanzielle Mittel
  • Dachbelastung
  • höhe des Wirkungsgrades
  • optische Frage

Schon gewusst? Seit Beginn des Jahres 2022 diskutiert die Bundesregierung über die Einführung der Solardachpflicht in ganz Deutschland. Einige Bundesländer haben diese schon in die Tat umgesetzt oder Pläne dafür erstellt. Sie sind am Thema interessiert? Lesen Sie hier weiter!

Solardachpflicht in Deutschland

Deutschland hat dem Klimawandel den Kampf angesagt. Um bis 2030 die Emission an Treibhausgasen um 65% zu reduzieren, soll so schnell wie möglich in allen Bereichen der Umstieg auf erneuerbare Energien durchgeführt werden. Auch der Kleinverbraucher soll bei diesem Plan eine wichtige Rolle spielen. So wird nun diskutiert, ob eine Solardachpflicht für alle Neubauten sinnvoll ist. Gibt es eine bundesweite Solarpflicht? Was sind die Starttermine zur Solarpflicht in den einzelnen Bundesländern? Ab welcher Größe müssen Solaranlagen eingebaut werden? Und was sind die Vor- und Nachteile der Solarpflicht? Lesen Sie in diesem Beitrag alles, was Sie zum jetzigen Stand über die Solardachpflicht wissen müssen.

Optimale Flächenausnutzung auf Flachdach einer Wohnanlage:

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