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Heizung

Solarpanel 2021 - Aufbau, Funktion & Kosten im Überblick

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.

Solarpanels auf Hausdach

Solarpanel - Das Wichtigste in Kürze

Unter einem Solarpanel versteht man den Zusammenschluss vieler einzelner Solarzellen. In diesen wird durch die Einstrahlung des Sonnenlichts elektrische Energie gewonnen. 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.

Solarpanel - Das Wichtigste in Kürze

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 Moduls 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 eine 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:

Funktionsweise einer Solarzelle im Querschnitt

Eine Solarzelle besteht aus einer negativ und einer positiv gepolten Siliziumschicht mit jeweils zugehörigen Metallelektroden (metallischen Leitern zur Stromführung). Die obere der beiden Schichten besteht aus n-dotiertem Silizium und ist durch ihr Übermaß an Elektronen negativ geladen. Die untere Schicht der Zelle hingegen ist p-dotiert, weist also einen Mangel an Elektronen auf und ist dementsprechend positiv geladen. Getrennt werden die beiden Siliziumschichten von einem sogenannten p-n-Übergang. Dieser Bereich trennt die beiden Pole und verhindert eine dauerhafte Neutralisierung. 

Durch den Einfall des energiereichen Sonnenlichts werden die Elektronen im Silizium aktiviert. Um ein Gleichgewicht innerhalb der Zelle herzustellen, wandern die Elektronen nun von einem Pol zum anderen. Da der Widerstand über die den p-n-Übergang zu groß ist, fließen die Elektronen den entgegengesetzten Weg über die Elektroden. Dieser Elektronenfluss wird Solarstrom genannt.

Da ein Solarpanel Sonnenstrahlen in Gleichstrom umwandelt, 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 300 bis 400 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 in Richtung Südwest oder Südost möglich. Hier liegt das Ertragsniveau immer noch bei 95% der maximalen Leistung. Auf Flachdächern hingegen erreicht eine Ost-West-Anlage den größten Ertrag. Generell sollte die genau Ausrichtung einer Anlage 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.

Welche Solarpanel Typen gibt es?

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

luxor
Monokristallines Solarpanel
luxor solarpanel poly
Polykristallines Solarpanel

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%, 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 15-20%.

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 Wirkungsgrad und ihrer ansprechenden Optik die beste Wahl.

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

Polykristalline Solarpanels mit einer Leistung von ca. 300 Watt kosten aktuell zwischen 120€ und 180€. Bei einer Anlage mit beispielsweise 10 Kilowatt Peak kommen so reine Modulkosten von 4.000€ bis 8.000€ zusammen. Inklusive Montage, Wechselrichter und weiteren Komponenten ergeben sich für eine PV-Anlage (10 kWp) mit polykristallinen Modulen aktuell Investitionskosten von ca. 12.000€.

Für hochwertige, monokristalline Solarmodule fallen etwas höhere Kosten an, dafür steigt jedoch bei selber Größe der Ertrag der Anlage. Hochwertige monokristalline Solarpanels (ca. 400 Watt) von deutschen oder asiatischen Herstellern kosten aktuell ca. 220€. Damit ergeben sich im Vergleich zu einer polykristallinen Anlage mit 10 kWp Mehrkosten von nur wenigen hundert Euro. Der höhere Wirkungsgrad gleicht diese geringen Mehrkosten jedoch mehr als aus.

Photovoltaikanlagen mit 10 kWp haben im Normalfall eine Amortisationszeit von ca. 10-12 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.

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