Photovoltaik-Module

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Was ist ein Photovoltaik-Modul?

Unter Modulen versteht man die Zusammenschaltung mehrerer Solarzellen zu einem Verband. Dieser Verband (auch Zellstränge genannt) wird zum Schutz gegen mechanische Beanspruchung, wie z.B. Witterungseinflüsse und Feuchtigkeit, in ein transparentes Verbundmaterial eingebettet (Verkapselung), welches darüber hinaus der elektrischen Isolierung der Zellen gegeneinander dient. Um eine ausreichende mechanische Steifigkeit zu erhalten wird das Ganze auf ein Trägermaterial aufgebracht. Als vorderseitiges Trägermaterial wird in der Regel Weißglas verwendet, das bis zu 92% des Lichtes durchlässt. Je nach Einsatzart wird das Modul noch mit einem Aluminiumrahmen ausgestattet.

Im täglichen Sprachgebrauch wird zwischen verschiedenen Modularten unterschieden, deren Namen durch ihre Bauart oder Materialart erhalten.

Woher kommen die Modulbezeichnungen?

Die Namensgebung erfolgt nach

Zellarten z.B. "Polykristallines Modul", "Dünnschicht Modul", etc.
Verkapselungsmaterial z.B. "Teflon Modul", "PVB Modul", etc.
Trägermaterial z.B. "Folien Modul", "Doppelglas Modul", etc.
Randausbildung z.B. "gerahmtes Modul", "ungerahmtes Modul"
Spezielle Ausprägungen z.B. "Isolierglas Modul", etc.

In der Praxis werden heute überwiegend drei Zellarten eingesetzt:

Monokristalline Module
Die Zellen werden aus einkristallinen Siliziumscheiben hergestellt, wie sie auch für die Halbleiterherstellung verwendet werden. Sie sind verhältnismäßig teuer. Der Wirkungsgrad kann bis über 20% betragen.

Polykristalline Module
Die Zellen bestehen aus Scheiben, die eine unterschiedliche Kristallorientierung aufweisen. Sie können durch preiswertere Verfahren, z.B. durch Gießverfahren, als einkristalline Scheiben hergestellt werden. Der Wirkungsgrad kann bis zu 20% betragen.

Dünnschicht-Module

Die Zellen bestehen aus einer dünnen, nicht-kristallinen (amorphen) Siliziumschicht und werden daher auch als amorphe Module bezeichnet. Alternativ werden auch die Materialien CIS, CdTe, GaAs, CulnSe2 eingesetzt. Sie können z. B. durch Aufdampfen hergestellt werden und sind sehr preiswert, haben jedoch nur einen geringen Wirkungsgrad von bis zu 11%. Bei wenig Licht, Streulicht und bei hoher Betriebstemperatur bieten Sie jedoch Vorteile gegenüber den kristallinen Zellen.

Wovon hängt die Leistung der Module ab?

Die Leistung der Module ist primär abhängig von zwei Einflussfaktoren. Diese sind zum einen die Einstrahlungsintensität und zum anderen die Modultemperatur.
Die Solarzellen haben über einen weiten Arbeitsbereich eine nahezu konstante Spannung (bei konstanter Temperatur), d.h. schon bei geringer Einstrahlung liegt bei der Anlage die volle Nennspannung an. Durch eine Einstrahlungsänderung wird der Modulstrom am stärksten beeinflusst, wie dies im folgenden Diagramm ersichtlich ist. Dargestellt sind die Strom-/Spannungskennlinien in Abhängigkeit der Einstrahlungswerte.

Einfach ausgedrückt:

Je höher die Einstrahlung, desto höher der Strom.

Leider hat eine hohe Einstrahlung auch eine hohe Modultemperatur zur Folge und die wiederum einen schlechten Einfluss auf die Modulspannung. Je höher die Temperatur, desto niedriger die Spannung bei der das Modul betrieben werden kann.

Dies ist aus folgendem Diagramm ersichtlich:

Bei der roten Kennlinie (75° Modultemperatur) wird das Modul mit 27 Volt bei einem Strom von 4,3 A betrieben, was einer Leistung von 116,1 Watt entspricht. Bei einer Temperatur von 0° wird das gleiche Modul mit 43 Volt bei 4 Ampere betrieben, was einer Leistung von 172 Watt entspricht. Das gleiche Modul hat also bei 0° Celsius fast 50% mehr Leistung.

Für ganz Hartgesottene hier noch ein Diagramm, das die Modulleistung in Abhängigkeit zur Modultemperatur darstellt.

Zusammenfassend kann also gesagt werden, dass die Module bei möglichst niedrigen Temperaturen betrieben werden sollten. Da man die Außentemperaturen kaum beeinflussen kann sollte man also für die bestmögliche Kühlung sorgen. Im Allgemeinen wird dies bei Dachinstallationen durch eine gute Hinterlüftung erreicht. Wenn jedoch ausreichend kostenloses Wasser (Brunnen oder Bachlauf) vorhanden ist, kann die Kühlung zusätzlich durch Besprinklerung verbessert werden.

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