Solarpanel – Aufbau, Funktion & Kosten einfach erklärt

Das Solarpanel ist das Herzstück einer jeden Solar- oder Photovoltaikanlage. Im Solarmodul – wie die Panels auch genannt werden – werden die Strahlen der Sonne in elektrische Energie umgewandelt. Wie ein Solarpanel aufgebaut ist, wie es funktioniert und was es kostet, erfahren Sie in diesem Artikel.

Solarpanel – Das Wichtigste in Kürze

Unter einem Solarpanel versteht man den Zusammenschluss vieler einzelner Solarzellen. In diesen wird einfallendes Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt. Die Kopplung mehrerer Solarpanels ergibt eine Solar- oder Photovoltaikanlage. Mit Solarstrom kann – je nach Komponenten und Größe der Anlage – ein gesamter Haushalt mit selbst produziertem Ökostrom versorgt werden.

Was versteht man unter dem Begriff Solarpanel?

Das Solarpanel, auch Solarmodul, Photovoltaikmodul oder Solarplatte genannt, ist für die Umwandlung von Licht in elektrischen Strom zuständig. Schon in den 1950er Jahren entdeckte die Raumfahrt das Potenzial der Sonnenenergie und nutzt seither Solarpanels zur Stromversorgung ihrer Satelliten.

Seit den 1980er Jahren wird die Technik auch zunehmend wichtiger für die dezentrale Stromversorgung privater Haushalte. Dank intensiver Forschung und stetig sinkender Kosten hat Solarenergie gerade in den letzten zehn Jahren nochmal einen großen Schritt nach vorne gemacht. Heute gilt die Weltraumtechnik für zuhause als entscheidende Säule zum Umstieg auf 100 % Ökostrom.

Ein Solarpanel selbst besteht aus 120 Solarzellen. Der Zusammenschluss mehrerer Solarmodule wird als Solaranlage bezeichnet. Wie viele Solarpanels für eine Solaranlage benötigt werden, hängt von den Gegebenheiten vor Ort ab. Entscheidende Faktoren sind beispielsweise die Sonnenstunden in der Region, der Stromverbrauch des Haushalts oder das verbaute Solarpanel Modell.

Wie ist ein Solarpanel aufgebaut?

Ein Solarpanel besteht aus verschiedenen Schichten mit unterschiedlichen Funktionen. Der obere Teil des Solarpanels hat eine Frontglasscheibe und eine darunter liegende Kunststoffschicht. Diese beiden Komponenten sorgen für optimalen Schutz vor äußeren Einwirkungen wie Temperatur, Niederschlägen oder Feuchtigkeit.

Unter der Schutzschicht befinden sich die miteinander verbundenen Solarzellen des Solarpanels. Die obere Schicht der Solarzellen bildet die charakteristisch blaue “Antireflektionsschicht”. Diese verhindert, dass Licht zurückgeworfen wird und maximiert so den Ertrag des Solarmoduls. Darunter befinden sich die beiden Photonen- und Elektronen Gitter, die durch einen neutralen Übergang getrennt werden. In diesem Bereich des Solarpanels wird aus Sonnenlicht Energie gewonnen.

Die unterste Schicht des Solarpanels bildet eine zweite Kombination aus Kunststoff- und Glasplatte (in manchen Fällen zweimal Kunststoff). Diese garantiert den Witterungsschutz von beiden Seiten. Umschlossen werden die gesamten Schichten von einem Aluminiumrahmen. Dieser erleichtert außerdem die Anbringung auf dem Hausdach.

Wie gewinnt man Strom aus Sonnenlicht?

Die Technik eines Solarpanels basiert auf dem sogenannten Photoeffekt. Dieser beschreibt das Anregen von gebundenen Elektronen durch Bestrahlung, beispielsweise durch Sonnenlicht. Im Falle der Produktion von Solarenergie läuft dieser Vorgang folgendermaßen ab:

Eine Solarzelle besteht aus einer negativ und einer positiv gepolten Siliziumschicht mit jeweils zugehörigen Metallelektroden (metallischen Leitern zur Stromführung). Eine der beiden Schichten besteht dabei immer aus dem Halbleiter Silizium und einem Element mit Elektronenmangel, meist Bor. Die andere Schicht der Zelle wiederum besteht aus Silizium und einem Element mit Elektronenüberfluss, meist Phosphor.

Vorsicht, jetzt wird es etwas knifflig: Durch die Energie der Umgebungswärme bewegen sich die freien Elektronen der Phosphor-Atome nun zu den Bor-Atomen, die einen Mangel an Elektronen aufweisen. Dabei findet eine Ladungsverschiebung innerhalb der Solarzelle statt. Diese führt dazu, dass die Bor-Silizium-Schicht nun negativ und die Phosphor-Silizium-Schicht nun positiv geladen ist. Getrennt werden die beiden Siliziumschichten dabei von einer Schicht an Bor-Atomen, die bereits ein zusätzliches Elektron aufgenommen haben. Diese Schicht wird auch p-n-Übergang genannt.

Durch den Einfall des energiereichen Sonnenlichts werden nun die überschüssigen Elektronen in der Bor-Silizium-Schicht aktiviert. Um das Gleichgewicht innerhalb der Zelle wieder herzustellen, wandern die Elektronen nun von der negativ geladenen Bor-Silizium-Schicht über den p-n-Übergang in die positive Phosphor-Silizium-Schicht. Durch diesen Austausch entsteht innerhalb der Zelle ein konstanter Fluss an Elektronen. Um aus diesem Elektronenfluss nun einen Kreislauf zu machen, werden die Elektronen im letzten Schritt über den externen, metallischen Leiter von der positiven Elektrode – über einen zwischengeschalteten Verbraucher – wieder zurück zur negativen Elektrode geführt. Es fließt Solarstrom.

Da ein Solarpanel Gleichstrom produziert, ist noch ein weiterer Schritt nötig: Der Solarstrom muss mit Hilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt werden. Nach diesem finalen Schritt ist die Energie der Sonne für alle nutzbar.

Gut zu wissen

Die Leistung eines Solarpanels ist nicht von der Temperatur, sondern der Intensität der Lichteinstrahlung abhängig. Bei maximaler Auslastung und hohem Wirkungsgrad können moderne Solarmodule eine Leistung von 350 bis 450 Wp erreichen. Ein Watt Peak beschreibt die maximale Leistung einer Solaranlage unter Standardbedingungen und dient der Vergleichbarkeit verschiedener Solarpanels.

Der ideale Aufbau eines Solarpanels

Ganz allgemein lässt sich aber sagen: Je mehr Lichteinstrahlung, desto mehr Ertrag erwirtschaftet das Solarpanel. Ganz so einfach ist dieses Maximum an Sonnenstunden jedoch nicht umzusetzen. Trotzdem kann man bei der Ausrichtung der Solarmodule einige Dinge beachten und so die Leistung optimieren.

Die optimale Leistung erreicht ein Solarpanel bei einer Ausrichtung nach Süden. Wenn keine Südausrichtung möglich ist, ist auch eine Installation des Solarpanels in Richtung Südwest oder Südost möglich. Hier liegt das Ertragsniveau immer noch bei 95% der maximalen Leistung. Auf Flachdächern hingegen erreicht ein Solarpanel mit Ost-West-Ausrichtung den den größten Ertrag. Generell sollte die genau Ausrichtung der Solarmodule immer in Zusammenarbeit mit Expert*innen erfolgen.

Der optimale Neigungswinkel eines Solarmoduls beträgt 30 Grad. In diesem Fall treffen die meisten Sonnenstrahlen im rechten Winkel auf die Solarzellen, wodurch die Erträge maximiert werden. Wie schon bei der Ausrichtung gilt aber auch beim Neigungswinkel: Abweichungen vom Optimum senken die Leistung nur minimal. Auch bei Neigungswinkeln von 10 bis 60 Grad sind noch 90 % des maximalen Ertrags möglich.

Was kostet ein Solarpanel?

In den letzten Jahren sind die Preise für Solarmodule stark gesunken. Diese Entwicklung ist vor allem auf den großen Wettbewerb und steigende Produktionszahlen zurückzuführen. Die Kosten für ein Solarpanel orientieren sich dabei primär an der Leistung (Watt) des jeweiligen Moduls. Aber auch Faktoren wie Verfügbarkeit, Hersteller und die Bestellmenge haben entscheidenden Einfluss auf den Preis pro Solarpanel. 

Beispielrechnung

Monokristalline Solarpanels mit einer Leistung von ca. 400 Watt kosten aktuell zwischen 100 € und 150 €. Bei einer Anlage mit beispielsweise 10 Kilowatt Peak kommen so reine Modulkosten von 2.500 € bis 4.000 € zusammen. Inklusive Montage, Wechselrichter und weiteren Komponenten ergeben sich für eine PV-Anlage (10 kWp) mit monokristallinen Modulen aktuell Investitionskosten von ca. 15.000 €.

Photovoltaikanlagen mit 10 kWp haben im Normalfall eine Amortisationszeit von ca. 10 bis 12 Jahren. Darunter versteht man den Zeitraum, bis zu dem die Einnahmen der Solaranlage die Investitionskosten übersteigen. Die durchschnittliche Lebensdauer eines Solarpanels hingegen liegt bei 30 Jahren oder mehr. Dementsprechend lohnt sich die Investition in Solarenergie.

Welche Typen con Solarpanels gibt es?

Im Bereich der Photovoltaik wird im Allgemeinen zwischen drei Arten von Solarpanels unterschieden: Monokristallinen, polykristallinen und Dünnschicht Modulen. Letztere kommen im privaten Haushalt allerdings kaum zum Einsatz.

Monokristalline Solarzellen

Die charakteristisch dunklen, monokristallinen Solarpanels sind das Premiumprodukt der Branche. Diese bestehen aus reinen Siliziumkristallen, die eigenständig für diese Anwendung produziert werden. Durch die gleichmäßige Struktur des Siliziums erreicht ein monokristallines Solarpanel einen Wirkungsgrad von bis zu 22,5 %, produziert also mehr Strom aus derselben Menge Licht. Durch die aufwendige Produktion der Kristalle haben diese Solarmodule jedoch einen etwas höheren Anschaffungspreis.

Polykristalline Solarzellen

In polykristallinen Solarmodulen kommt Silizium in Kombination mit Bor Atomen zum Einsatz. Die Zellen werden dabei aus Silizium Blöcken hauchdünn herausgeschnitten, wodurch sich die Siliziumkristalle unterschiedlich ausrichten. Dieses Verfahren ist kostengünstiger, senkt jedoch den Wirkungsgrad des Solarpanels auf 17 – 20 %.

Dünnschichtzellen

Dünnschichtzellen Module bestehen die Solarzellen selbst nicht aus Silizium. Stattdessen wird das amorphe Silizium oder ein anderer Halbleiter auf ein Trägermaterial aufgedampft. Dieses Verfahren macht Dünnschichtmodule bis zu hundertmal dünner und deutlich preisgünstiger als mono- oder polykristalline Module. Allerdings leidet auch der Wirkungsgrad erheblich und sinkt auf ca. 10 %. Aus diesem Grund kommen Dünnschichtmodule auch nur selten auf Hausdächern zum Einsatz.

Welche Art von Solarpanel die richtige Wahl für Ihr Hausdach ist, hängt von der Dimensionierung der Anlage und Ihrem Stromverbrauch ab. In den meisten Fällen sind jedoch mono- oder polykristalline aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und ihrer ansprechenden Optik die beste Wahl.

FAQ – Solarpanel

Wie viele Solarpanels brauche ich für ein Einfamilienhaus?

Ein typisches Einfamilienhaus hat eine Solaranlage mit einer Größe von 5-15 kWp. Am gängigsten sind PV-Anlagen mit 10 kWp Leistung. Viele Solarpanels haben heutzutage bereits eine Leistung von 450 Watt. Bei 10 kWp Leistung sind das ca. 22 Solarpanels.

Wie viel Solarpanels auf einem Dach installiert werden, richtet sich in erster Linie natürlich nach der Dachgröße. Haben Sie ein kleines Dach oder viele Gauben und Dachfenster, ist die mögliche Anlagengröße beschränkt.

Steht ausreichend Dachfläche zur Verfügung können bei der Bestimmung der idealen Anzahl an Solarpanels auch weitere Faktoren einbezogen werden. Ein hoher Stromverbrauch rechtfertig so natürlich viele Solarpanels. Auch das individuelle Verbrauchsverhalten bestimmt, die ideale Anzahl der Solarmodule.

Wie viele Solarpanels darf ich haben?

Sie dürfen grundsätzlich so viele Solarpanels auf ihrem Hausdach installieren, wie Sie möchten. In der Regel ist die maximal installierbare Leistung auf einem Ein- bzw. Zweifamilienhaus jedoch selten höher als 30 kWp.

Wie viel Strom produziert 1 Solarpanel?

Wie viel Strom ein Solarpanel real produziert, hängt von der Sonneneinstrahlung am jeweiligen Standort ab. In sonnenschwachen Jahren, kann der Ertrag geringer ausfallen. Trotzdem können Sie den zu erwartenden Ertrag eines Solarpanels in Deutschland anhand einer Faustformel grob abschätzen. Pro Watt Leistung wird etwa 1 Kilowattstunde (kWh) im Jahr erzeugt. Ein 450 Watt Modul erzeugt somit im Jahr 450 kWh.

Welches Solarpanel ist das Beste?

Wir empfehlen bei der Auswahl Ihres Solarmoduls auf ein gutes Preis-Leistungsverhältnis zu achten. Zwar gibt es am Markt neu entwickelte Module mit sehr hohen Wirkungsgraden. Diese Module können jedoch auch deutlich teurer sein als nur unwesentlich weniger leistungsstarke Module und somit die Wirtschaftlichkeit Ihrer Anlage bedeutend schmälern. Setzen Sie daher auf Solarmodule mit hoher Qualität, die jedoch bereits im Markt etabliert sind.

Doch was sind am Markt gängige und gute Kennzahlen für Solarmodule? Heutzutage sollte ein Solarmodule eine Leistung von mindestens 400 Watt haben. Gut sind Module mit 450 Watt Leistung. Der Wirkungsgrad sollte über 20 %, besser aber über 21 % liegen.

Worauf sollte ich bei der Auswahl eines Solarmoduls noch achten?

Etablierter Hersteller

Wir empfehlen: Kaufen Sie ein Solarmodul eines etablierten Herstellers. So gehen Sie sicher, dass das Solarmodul eine hohe Qualität aufweist. Außerdem haben Sie so bei technischen Defekten an Ihren Solarmodulen einen zuverlässigen Ansprechpartner.

Garantie

Des weiteren sollten Sie darauf achten Solarmodule zu wählen, die möglichst lange Garantiezeiten haben. Im Markt sind Produktgarantien von 10 Jahren das absolute Minimum. Viele Hersteller bieten so bereits 25 – 30 Jahre Produktgarantie an. Die Leistungsgarantie beträgt 25 Jahre.

Optik

Nicht zuletzt sollten Ihre Solarmodule auch eine ansprechende Optik aufweisen. Wir empfehlen die Wahl eines monokristallinen Solarmoduls. Monokristalline Module wirken durch Ihre schwarze Farbe häufig hochwertiger und sind nebenbei effizient. Wer es ganz edel möchte, kann sich für ein Full-Black-Modul entscheiden, welches eine vollkommen schwarze Moduloberfläche hat.

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