Alles rund um die Solartechnik und Solaranlage

Steigende Energiepreise und die wachsende Bedeutung von klimafreundlichen Maßnahmen machen auch Solaranlagen immer attraktiver. Wir geben ein Überblick darüber, wie Solartechnik funktioniert, welche Größen und Einheiten es gibt und was eine Solaranlage auf einem durchschnittlichen Haus kostet.

Was genau sind Photovoltaikmodule und welchen Mechanismus nutzen sie?

Photovoltaikmodule bzw. Solarmodule stellen das Herzstück jeder Solaranlage dar. Sie sind dafür verantwortlich, die Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln, ohne die dies nicht möglich wäre. Wenn Sie in Erwägung ziehen, eine Photovoltaikanlage zu erwerben, kann es von Vorteil sein, ein grundlegendes Verständnis für deren Arbeitsweise zu besitzen. In diesem Artikel erläutern wir die Kernelemente der Technologie hinter einem Solarpanel.

Solarkollektor oder Solarmodul?

Der Solarkollektor, der oft im Kontext von Solaranlagen genannt wird, weist hingegen eine andere Funktionalität auf. Er ist ein integraler Teil einer Solarthermie-Anlage, die allerdings keinen Strom erzeugt. Anstatt elektrische Energie bereitzustellen, nutzt diese Art von Anlage die Energie der Sonne, um Warmwasser zu erzeugen und/oder das Heizsystem zu unterstützen. Es handelt sich somit um eine andere Technologie, die die Sonne als Energiequelle einsetzt, jedoch zur Wärmeerzeugung statt zur Stromproduktion dient.

Photovoltaik technisch erklärt

Photovoltaikmodule, das Kernstück der Solaranlagen, arbeiten auf Grundlage des Photoeffekts, wobei Sonnenlicht (Photonen) auf Solarzellen trifft, Elektronen anregt und so Gleichstrom erzeugt. Die Solarzellen bestehen aus negativ und positiv geladenen Siliziumschichten, durchsetzt mit Phosphor und Bor, und getrennt durch einen p-n-Übergang. Der Sonnenseite der Schichten ist meist eine Antireflexionsschicht aufgetragen, die den Lichtdurchlass verbessert und zur blauen Färbung der Module beiträgt. Mit Einscheiben-Sicherheitsglas und transparentem Kunststoff abgedeckt, sind die Solarzellen miteinander und zur Rückseite hin geschützt. Ergänzungen wie Freilaufdioden und ein Aluminium-Profilrahmen gewährleisten zusätzlichen Schutz und Witterungsbeständigkeit.

Welche Arten von Solarmodulen gibt es?

Neben der Einteilung in starre Solarmodule, flexible Solarmodule, Schindel-Solarmodule und faltbare Solarmodule lassen sich Solarmodule auch noch nach dem technischen Aufbau einteilen.

Besonders leistungsstark: Monokristalline PV-Module

Monokristalline PV-Module stehen an der Spitze in Bezug auf Leistungsfähigkeit. Sie sind aus puren Siliziumkristallen gefertigt, was sie allerdings kostspielig und in der Herstellung komplex macht. Ein Modul kostet etwa zwischen 200 und 350 Euro. Sie sind optimal für Gebäude mit begrenzter Dachfläche zur Installation von Solarpanels.

Die erschwingliche Option: Polykristalline PV-Module

Polykristalline Module erreichen nicht die Leistung monokristalliner Module, was eine größere Dachfläche für dieselbe Energieerzeugung erfordert. Ihr Pluspunkt: Sie sind günstiger zu produzieren und dementsprechend auch in der Anschaffung, mit Kosten von etwa 150 bis 250 Euro pro Modul.

Federleicht und kosteneffizient: Dünnschichtmodule

Dünnschichtmodule tragen ihren Namen aufgrund ihrer ultradünnen Solarzellenschicht, die auf ein Trägermaterial aufgedampft wird, sie sind nur 1 bis 5 Mikrometer dick. Sie sind erheblich leichter, weisen jedoch einen niedrigeren Wirkungsgrad auf. Für eine Leistung vergleichbar mit monokristallinen Modulen benötigen sie etwa die doppelte Dachfläche und ihre Montage ist anspruchsvoller. Sie sind mit ca. 120 bis 220 Euro pro Modul erhältlich.

Organische Solarzellen

Organische Solarzellen setzen auf organische Halbleiter anstelle von Silizium, was aufgrund der Verwendung von Kohlenwasserstoffverbindungen vielfältige Möglichkeiten bietet. Eine Herausforderung besteht in der Optimierung des Materials, das einerseits ein breites Lichtspektrum absorbieren soll, andererseits UV-Strahlungsresistenz aufweisen muss. Die Produktion organischer Solarzellen ähnelt der von amorphen Solarzellen, bei denen der Halbleiter auf eine Trägerschicht aufgedampft wird - ein einfacher und kosteneffizienter Prozess. Derzeit ist der durchschnittliche Wirkungsgrad unter 10%, doch die Forschung an dieser Technologie wird aktiv betrieben. Organische Solarzellen sind kostengünstig herzustellen und können in sehr dünnen Schichten aufgetragen werden. Langfristig könnten sie dank ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Flexibilität und kosteneffizienten Produktion eine ernstzunehmende Alternative zu Silizium-basierten Solarzellen darstellen.

Außerdem gibt es noch weitere verschiedene Arten von Solarmodulen, einschließlich Glas-Folien-Modulen, Glas-Glas-Modulen und Halbzellenmodulen.

Glas-Folien-Module sind am meisten verbreitet, da ihre Herstellungskosten niedrig sind, hauptsächlich aufgrund der einfachen Folienbeschichtung auf der Rückseite. Sie gelten jedoch als weniger langlebig als Glas-Glas-Module.

Glas-Glas-Module sind beidseitig mit bruchsicherem Glas ausgestattet, was sie widerstandsfähiger, aber auch schwerer und teurer macht. Halbzellenmodule, die nach der Herstellung halbiert werden (daher der Name), gewinnen an Marktanteil. Der Hauptvorteil dieser Technologie besteht darin, dass die Leistungsverluste durch die Halbierung um den Faktor 4 reduziert werden, wodurch sie leistungsfähiger und preiswerter als andere Modularten sind.

Vor- und Nachteile der verschiedenen Solarmodule

Starre Solarmodule

• Robustheit: Starre Solarmodule sind in der Regel sehr robust und widerstandsfähig gegenüber Umwelteinflüssen wie Wind, Schnee und Hagel.
• Längere Lebensdauer: Aufgrund ihrer festen Struktur haben starre Solarmodule oft eine längere Lebensdauer als andere Arten.
• Hohe Effizienz: Sie haben in der Regel eine hohe Energieumwandlungseffizienz.
• Geringe Flexibilität: Starre Solarmodule sind steif und unflexibel, was ihre Einsatzmöglichkeiten einschränken kann.
• Begrenzte Installationsoptionen: Aufgrund ihrer starren Natur können sie nur auf flachen Oberflächen wie Dächern oder Grundstücken installiert werden.

Flexible Solarmodule

• Flexibilität: Flexible Solarmodule können gebogen und an gebogenen Oberflächen angebracht werden, was ihre Einsatzmöglichkeiten erweitert.
• Leichtgewicht: Sie sind leichter als starre Solarmodule und können daher auf verschiedenen Oberflächen installiert werden.
• Einfache Installation: Flexible Solarmodule lassen sich aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit und ihres geringen Gewichts einfacher installieren.
• Geringere Effizienz: Im Allgemeinen haben flexible Solarmodule eine geringere Effizienz und erzeugen weniger Energie pro Fläche.
• Empfindlicher gegenüber Beschädigungen: Aufgrund ihrer flexiblen Natur können sie anfälliger für Beschädigungen sein, insbesondere bei unsachgemäßer Handhabung.

Schindel Solarmodule:

Vorteile:

• Hohe Effizienz: Schindel Solarmodule können eine hohe Zelleneffizienz aufweisen und somit mehr Energie erzeugen.
• Ästhetisch ansprechend: Durch ihr Design mit schindelartig angeordneten Zellen bieten sie eine ästhetisch ansprechende Alternative zu herkömmlichen Modulen.
• Bessere Leistung bei teilweiser Verschattung: Schindel Solarmodule haben eine bessere Leistung bei teilweiser Verschattung im Vergleich zu anderen Modultypen.

Nachteile:

• Höhere Kosten: Schindel Solarmodule können teurer sein als herkömmliche Module aufgrund der aufwendigeren Herstellungstechnologie.
• Komplexere Installation: Aufgrund ihrer speziellen Anordnung erfordern Schindel Solarmodule eine präzise Installation, um die volle Leistung zu erzielen.

Faltbare Solarmodule:

Vorteile:

• Hohe Portabilität: Faltbare Solarmodule sind leicht und lassen sich zu einem kompakten Format zusammenfalten, was den Transport erleichtert.
• Einfache Aufbewahrung: Sie können platzsparend gelagert werden und nehmen im zusammengefalteten Zustand wenig Platz ein.
• Vielseitigkeit: Faltbare Solarmodule können für verschiedene Anwendungen im Freien wie Camping, Wandern oder Notfall-Sets verwendet werden.

Nachteile:

• Empfindlicher gegenüber Beschädigungen:
• Begrenzte Haltbarkeit:
• Geringere Leistung und Effizienz im Vergleich zu starren oder flexiblen Modulen:
• Höhere Kosten aufgrund des speziellen Designs und der verwendeten Technologie:

Wozu wird der Solarladeregler benötigt?

Ein Solarladeregler, auch Solarregler oder Laderegler genannt, ist eine essentielle Komponente in einer Photovoltaik-Anlage, insbesondere wenn Sie ein Batteriesystem haben. Seine Hauptaufgaben sind:

• Regulierung der Spannung und des Stroms: Solarzellen können bei intensiver Sonneneinstrahlung eine sehr hohe Spannung erzeugen. Diese Spannung kann höher sein als das, was die Batterie sicher handhaben kann. Der Solarladeregler reduziert und reguliert die Spannung, um sicherzustellen, dass die Batterie sicher und effizient geladen wird.
• Verhindern von Überladung und Tiefentladung: Wenn eine Batterie vollständig geladen ist, kann eine weitere Aufladung die Batterie beschädigen. Ebenso kann eine zu starke Entladung der Batterie ihre Lebensdauer erheblich verkürzen. Der Solarladeregler stoppt den Ladevorgang, wenn die Batterie voll ist, und verhindert, dass die Batterie zu stark entladen wird, vorausgesetzt der elektrische Verbraucher ist direkt am Laderegler angeschlossen.
• Optimierung der Ladung: Viele moderne Solarladeregler verwenden Technologien wie MPPT (Maximum Power Point Tracking) oder PWM (Pulse Width Modulation), um die Effizienz des Ladevorgangs zu maximieren und die Energieausbeute zu erhöhen.
• Bereitstellen von Daten und Steuerungsmöglichkeiten: Viele Solarladeregler haben Displays oder Verbindungen zu Apps oder Computern, mit denen Sie den Status Ihrer Solaranlage und Ihrer Batterie überwachen und die Einstellungen ändern können.

Der Solarladeregler verbessert die Effizienz und Lebensdauer Ihrer Solaranlage und Ihrer Batterien, indem er sicherstellt, dass die Energie, die von den Solarzellen erzeugt wird, auf eine Weise verwaltet wird, die für die Batterien sicher und optimal ist.

Welche Solaranlage passt für mein Haus?

Die richtige Dimensionierung der Solarmodule ist entscheidend für eine effiziente Solaranlage für ein Einfamilienhaus. Bei der Planung sind folgende Faktoren zu beachten:

• Verfügbarer Platz auf dem Dach
• Gewünschter Energieertrag
• Größe und Anzahl der Solarmodule
• Ausrichtung und Neigung der Dachfläche
• Schatten auf dem Dach

Zu Beginn wird die nutzbare Dachfläche berechnet, idealerweise anhand des Bauplans oder durch eigene Messungen. Lasermessgeräte können dabei hilfreich sein und sind in Baumärkten erhältlich. Alternativ kann auch eine Installationsfirma mit der Messung beauftragt werden. Sobald die verfügbare Dachfläche bekannt ist, lässt sich die Anzahl der möglichen Solarmodule leicht ermitteln. Anhand dieses Ergebnisses kann dann die potenzielle Leistung in Kilowatt peak (kWp) bestimmt werden. Natürlich sollte hier auch der Schatten bedacht werden. Eine Schatten-Analyse kann hier Klarheit verbringen.

Für eine vierköpfige Familie, die durchschnittlich 4.000 kWh pro Jahr verbraucht, können in Deutschland pro kWp zwischen 800 und 950 kWh Strom erzeugt werden. Für jedes kWp wird eine Dachfläche von 8 bis 10 m² benötigt. Um den Energiebedarf von 4.000 kWh zu decken, wären folglich fünf Solarmodule mit jeweils 1 kWp Leistung erforderlich. Hierfür würde eine Fläche von ungefähr 50 m² benötigt.

Was passiert mit ungenutztem Strom aus Sonnenenergie?

Überschüssiger Strom aus Sonnenenergie kann in der Regel in das Stromnetz eingespeist werden. Leider sind die Vergütungen hierfür in den letzten Jahren immer weiter gesunken, so dass sich dies immer weniger rentiert. Prüfen Sie die aktuellen Einspeisevergütungen und berechnen Sie, wie viel überschüssiger Strom aus Ihrer geplanten Anlage zur Verfügung stehen könnte und ob sich eine größere Anlage dadurch mehr lohnt.

Alternativ lässt sich überschüssiger Strom über ein Energiespeichersystem (ESS) in Batterien für einen späteren Zeitpunkt ?lagern?. Dadurch kann auf den ungenutzten Strom, der tagsüber produziert wird, nachts oder an nicht ertragreichen Tagen zurückgegriffen werden.

Was kostet eine Solaranlage?

Die Anschaffung einer Solaranlage für ein Einfamilienhaus variiert je nach Ausmaß und setzt sich aus verschiedenen Faktoren zusammen. Etwa 85% der Kosten entfallen auf Materialien wie Solarmodule, Wechselrichter und Montagesystem, während 15% für Montagekosten reserviert sind. Die Gesamtkosten liegen üblicherweise zwischen 5.000 und 15.000 Euro. Mit der sinkenden Vergütung für eingespeisten Strom wird der Eigenverbrauch attraktiver. Eine 5-kWp-Solaranlage deckt in der Regel den gesamten Energiebedarf eines Einfamilienhauses ab.

Die Hauptkosten entstehen durch die Anschaffung der Solarmodule. Ein Wechselrichter, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, kann zwischen 400 und 2.000 Euro kosten. Montagekosten variieren zwischen 600 und 900 Euro, abhängig von der Dachart oder welche Arbeiten man selbst erledigen kann.

Viele Eigenheimbesitzer entscheiden sich für einen optionalen Stromspeicher, um den Eigenverbrauch zu erhöhen und die Stromrechnung zu senken. Dieser kostet zusätzlich zwischen 6.000 und 15.000 Euro, obwohl Subventionen bzw. Förderprogramme die Kosten reduzieren können. Hier gibt es in den einzelnen Bundesländern oder sogar Gemeinden oft eigene Förderprogramme. Wer sich für einen Stromspeicher entscheidet, sollte jedoch unbedingt die Kosten mit dem Nutzen vergleichen und ausrechnen, wann sich die gesamte Anlage amortisiert.