Unterschiedliche Zelltypen

Die Entwicklung brachte eine grosse Vielfalt an Solarzellen-Technologien hervor. Sie werden unterschieden nach kristallinen Solarzellen und Dünnschicht-Solarzellen.

 

Zur Herstellung von monokristallinen Siliziumzellen benötigt man hochreines Halbleitermaterial. Aus einer Siliziumschmelze werden einkristalline Stäbe gezogen und anschliessend in dünne Scheiben gesägt. Dieses Herstellungsverfahren garantiert relativ hohe Wirkungsgrade. Kostengünstiger ist die Herstellung von polykristallinen Zellen. Dabei wird flüssiges Silizium in Blöcke gegossen, die anschliessend in Scheiben gesägt werden. Bei der Erstarrung des Materials bilden sich unterschiedlich grosse Kristallstrukturen aus, an deren Grenzen Defekte auftreten. Diese Kristalldefekte haben einen etwas geringeren Wirkungsgrad der Solarzelle zur Folge.

 

Wird auf Glas oder anderes Substratmaterial eine Silizium- oder andere Halbleiterschicht abgeschieden, spricht man von Dünnschichtzellen. Die Schichtdicken betragen weniger als 1 µm (Dicke eines menschlichen Haares: 50-100 µm), so dass die Produktionskosten allein wegen der geringeren Materialkosten niedriger sind. Die Wirkungsgrade von Dünnschicht-Zellen liegen allerdings noch unter jenen der kristallinen Zellen.

 

Neben Silizium kommen bei Dünnschichtzellen weitere Materialien zum Einsatz. Dazu gehören Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Diselenid (CIS). Insbesondere CdTe-Zellen haben bereits eine sehr grosse Verbreitung dank tieferer Kosten und obwohl der Wirkungsgrad wesentlich tiefer ist als bei kristallinen Zellen.

Photovoltaik auf Basis von organischen Kunststoffen ist eine weitere Technik, die jedoch noch nicht kommerziell verfügbar ist. Dazu gehören unter anderem die Grätzel-Zellen, bei denen Farbstoffmoleküle zur Lichtsammlung eingesetzt werden.

Solarmodule

Um für die Umwandlung geeignete Spannungen zu erzielen, müssen die Solarzellen in Serie geschalten werden. Zuerst im Modul, danach mehrere Module zum String. Diese Solarmodule – auch Solarpanels genannt – werden, geschützt vor Umwelteinflüssen in einer Verpackung aus Glas und Kunststoff, als Bauteile für Solaranlagen eingesetzt.

 

Der Modulwirkungsgrad hängt von der verwendeten Zelltechnologie ab. Er ist nicht zu verwechseln mit dem Gesamtwirkungsgrad einer Photovoltaik-Anlage, der etwas tiefer liegt. Die in der folgenden Tabelle angegebenen Wirkungsgrade gelten für kommerziell erhältliche Module; im Labor können z.T. deutlich höhere Werte erzielt werden.

 

Material	Modulwirkungsgrad bei Standard-Testbedingungen (kommerziell erhältliche Module). Quelle: Häberlin 2010
Monokristallines Silizium	11 bis 19.5 Prozent
Polykristallines Silizium	10 bis 16 Prozent
Amorphes Silizium	3 bis 7.5 Prozent
Kupfer-Indium-Diselenid (CIS)	7.5 bis 11.5 Prozent

 

Die Leistung der Module wird meist in Watt peak (Wp) angegeben. Dies bezeichnet die Nennleistung bei Standard-Testbedingungen

Eine optimal positionierte Photovoltaik-Anlage im Schweizer Mittelland liefert jährlich rund 1000 Kilowattstunden (kWh) pro 1000 Wp. Die Stromproduktion liegt bei den gleichen äusseren Bedingungen für 1 Quadratmeter Photovoltaik-Module bei jährlich 140 bis 170 kWh (kristalline Module) respektive 70-90 kWh (Dünnfilmmodule).

Zertifizierte Module

Photovoltaik-Module werden nach international anerkannten Normen geprüft.

Am häufigsten werden folgende Normen verwendet:

• Kristalline Module: IEC 61215

• Dünnfilmmodule: IEC 61646

• PV Module safety qualification: IEC 61730

Listen zertifizierter Module mehr

 

Solarstromanlagen werden entweder mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden (Netzverbund-Anlagen), oder sie ersetzen das öffentliche Netz (Insel-Anlagen). 

Netzverbund

Bei Bauten, die an die öffentliche Stromversorgung angeschlossen sind, werden Solarstromanlagen in der Regel im Netzverbund betrieben.

• Es ist nur ein Stromnetz im Gebäude nötig. Es können die normalen Wechselstrom-Geräte eingesetzt werden.
• Überschüsse von Solarstrom können ins Netz eingespeist und dadurch andernorts genutzt werden. Der Elektrizitätsversorger muss den Strom abnehmen.
• Die Stromversorgung ist jederzeit sichergestellt.

Inselanlage

Die Stromversorgung von netzfernen Objekten wie Berghütten, Ferienhäusern, Notrufsäulen und Parkscheinautomaten erfolgt durch autonome Solaranlagen mit Elektrizitätsspeichern (Batterien).

• Kostengünstige Alternative zur Erschliessung abgelegener Verbraucher mit Netzstrom.
• Der Betrieb basiert in der Regel auf Gleichstrom mit Spannung von 12 oder 24 Volt.
• Es müssen meist spezielle Geräte und Leuchten verwendet werden, sofern kein Wechselrichter eingesetzt wird.