Arten von Solarmodulen: eine vergleichende Übersicht über Designs und Tipps zur Auswahl von Modulen

Die alternative Energie entwickelt sich in Europa maximal und zeigt ihr Versprechen mit Ergebnissen.Neue Arten von Solarmodulen kommen auf den Markt und ihre Effizienz steigt.

Wenn Sie den Betrieb eines Industriegebäudes oder eines Wohngebäudes mit Solarenergie sicherstellen möchten, müssen Sie sich zunächst über die Unterschiede zwischen den Geräten informieren und verstehen, welche Solarmodule für die klimatischen Bedingungen einer bestimmten Region geeignet sind.

Wir helfen Ihnen, dieses Problem zu lösen. Der Artikel erläutert das Funktionsprinzip fotoelektrischer Wandler und gibt einen Überblick über verschiedene Arten von Solarzellen mit Angabe ihrer Eigenschaften, Vor- und Nachteile. Nachdem Sie sich mit dem Material vertraut gemacht haben, können Sie die richtige Wahl für die Gestaltung einer effektiven Solaranlage treffen.

Das Funktionsprinzip von Solarmodulen

Die überwiegende Mehrheit der Solarmodule sind im physikalischen Sinne Photovoltaik-Wandler. Der stromerzeugende Effekt tritt an der Stelle des pn-Übergangs des Halbleiters auf.

Siliziumwafer bilden die Grundlage für die Kosten von Solarmodulen. Wenn Sie sie jedoch als Stromquelle rund um die Uhr nutzen, müssen Sie zusätzlich teure Batterien kaufen

Das Panel besteht aus zwei Siliziumwafern mit unterschiedlichen Eigenschaften. Unter dem Einfluss von Licht entwickelt einer von ihnen einen Mangel an Elektronen, der andere einen Überschuss.Jede Platte verfügt über Leiterbahnen aus Kupfer, die mit Spannungswandlern verbunden sind.

Ein industrielles Solarmodul besteht aus mehreren laminierten Photovoltaikzellen, die miteinander verbunden und auf einem flexiblen oder starren Substrat montiert sind.

Die Effizienz der Anlage hängt maßgeblich von der Reinheit des Siliziums und der Ausrichtung seiner Kristalle ab. Es sind diese Parameter, die Ingenieure in den letzten Jahrzehnten versucht haben, zu verbessern. Das Hauptproblem dabei sind die hohen Kosten der Prozesse, die der Reinigung von Silizium und der Anordnung der Kristalle in einer Richtung im gesamten Panel zugrunde liegen.

Jedes Jahr ändert sich der maximale Wirkungsgrad verschiedener Solarmodule nach oben, da Milliarden von Dollar in die Erforschung neuer Photovoltaikmaterialien investiert werden (+)

Halbleiter fotoelektrischer Wandler können nicht nur aus Silizium, sondern auch aus anderen Materialien hergestellt werden – Funktionsprinzip der Batterie es ändert sich nicht.

Arten von fotoelektrischen Wandlern

Industrielle Solarmodule werden nach ihren Konstruktionsmerkmalen und der Art der funktionierenden Photovoltaikschicht klassifiziert.

Je nach Gerätetyp gibt es folgende Batterietypen:

• flexible Paneele;
• starre Module.

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit bei der Montage nehmen flexible Dünnschichtpaneele nach und nach eine immer größere Marktnische ein, da sie auf den meisten Oberflächen mit unterschiedlichen architektonischen Formen installiert werden können.

Die tatsächlichen Eigenschaften von Solarmodulen liegen in der Regel unter den in der Anleitung angegebenen. Daher ist es ratsam, sich vor der Installation zu Hause ein ähnliches abgeschlossenes Projekt selbst anzusehen.

Basierend auf der Art der funktionierenden Photovoltaikschicht werden Solarbatterien in folgende Typen unterteilt:

1. Silizium: monokristallin, polykristallin, amorph.
2. Tellur-Cadmium.
3. Basierend auf Indium-Kupfer-Galliumselenid.
4. Polymer.
5. Bio.
6. Basierend auf Galliumarsenid.
7. Kombiniert und vielschichtig.

Nicht alle Arten von Solarmodulen sind für den allgemeinen Verbraucher interessant, sondern nur die ersten beiden kristallinen Untertypen.

Obwohl einige andere Paneltypen einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, werden sie aufgrund ihrer hohen Kosten nicht häufig eingesetzt.

Silizium-Photovoltaikzellen sind sehr hitzeempfindlich. Die Basistemperatur zur Messung der Stromerzeugung beträgt 25°C. Bei einer Erhöhung um ein Grad sinkt der Wirkungsgrad der Panels um 0,45–0,5 %.

Als nächstes werden die Solarmodule, die für den Verbraucher am interessantesten sind, im Detail besprochen.

Eigenschaften von Paneelen auf Siliziumbasis

Silizium für Solarzellen wird aus Quarzpulver – gemahlenen Quarzkristallen – hergestellt. Die reichsten Rohstoffvorkommen liegen in Westsibirien und im Mittleren Ural, daher sind die Aussichten für diesen Bereich der Solarenergie nahezu grenzenlos.

Bereits jetzt nehmen kristalline und amorphe Siliziumplatten einen Marktanteil von über 80 % ein. Daher lohnt es sich, sie genauer zu betrachten.

Monokristalline Siliziumplatten

Moderne monokristalline Siliziumwafer (Mono-Si) haben über die gesamte Oberfläche eine gleichmäßige dunkelblaue Farbe. Für ihre Herstellung wird reinstes Silizium verwendet. Monokristalline Solarzellen haben unter allen Siliziumwafern den höchsten Preis, bieten aber auch den besten Wirkungsgrad.

Große monokristalline Solarmodule mit Drehmechanismus passen perfekt in Wüstenlandschaften. Es gibt Bedingungen für maximale Produktivität

Die hohen Produktionskosten sind auf die Schwierigkeit zurückzuführen, alle Siliziumkristalle in die gleiche Richtung auszurichten. Aufgrund dieser physikalischen Eigenschaften der Arbeitsschicht ist die maximale Effizienz nur dann gewährleistet, wenn die Sonnenstrahlen senkrecht zur Plattenoberfläche stehen.

Monokristalline Batterien erfordern eine zusätzliche Ausrüstung, die sie tagsüber automatisch dreht, sodass die Ebene der Panels möglichst senkrecht zu den Sonnenstrahlen steht.

Aus einem zylindrischen Metallblock werden Siliziumschichten mit einseitigen Kristallen geschnitten, sodass die fertigen Photovoltaikblöcke wie ein an den Ecken abgerundetes Quadrat aussehen.

Zu den Vorteilen monokristalliner Siliziumbatterien gehören:

1. Hohe Effizienz mit einem Wert von 17-25 %.
2. Kompaktheit - kleinere Gerätefläche pro Leistungseinheit im Vergleich zu polykristallinen Siliziumpaneelen.
3. Haltbarkeit — Eine ausreichende Effizienz der Stromerzeugung ist für bis zu 25 Jahre gewährleistet.

Solche Batterien haben nur zwei Nachteile:

1. Hoher Preis und langfristige Amortisation.
2. Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung. Staub streut Licht, sodass die Effizienz damit beschichteter Solarmodule stark abnimmt.

Aufgrund der Notwendigkeit direkter Sonneneinstrahlung monokristallin Solarpaneele werden installiert hauptsächlich in offenen Bereichen oder in Höhen. Je näher das Gebiet am Äquator liegt und je mehr Sonnentage es hat, desto bevorzugter ist die Installation dieser besonderen Art von Photovoltaikelementen.

Polykristalline Solarzellen

Polykristalline Siliziumplatten (Multi-Si) haben eine blaue Farbe, deren Intensität aufgrund der unterschiedlichen Ausrichtung der Kristalle ungleichmäßig ist. Die Reinheit des bei ihrer Herstellung verwendeten Siliziums ist etwas geringer als die der monokristallinen Analoga.

Multidirektionale Kristalle sorgen für eine hohe Effizienz bei diffusem Licht – 12–18 %.Sie ist niedriger als bei unidirektionalen Kristallen, aber bei bewölktem Wetter sind solche Panels effektiver.

Die Heterogenität des Materials führt auch zu einer Kostensenkung bei der Siliziumproduktion. Das gereinigte Metall für polykristalline Solarmodule wird ohne besondere Tricks in Formen gegossen.

Bei der Herstellung werden spezielle Techniken zur Bildung von Kristallen eingesetzt, deren Ausrichtung jedoch nicht kontrolliert wird. Nach dem Abkühlen wird das Silizium in Schichten geschnitten und nach einem speziellen Algorithmus verarbeitet.

Polykristalline Paneele erfordern keine ständige Ausrichtung zur Sonne, daher werden Dächer von Häusern und Industriegebäuden aktiv für ihre Platzierung genutzt.

Tagsüber, bei leichter Bewölkung, sind die Vorteile von Solarmodulen aus amorphem Silizium nicht spürbar; ihre Vorteile entfalten sich erst bei dichter Bewölkung oder im Schatten (+)

Zu den Vorteilen von Solarzellen mit multidirektionalen Kristallen gehören:

1. Hohe Effizienz bei diffusen Lichtverhältnissen.
2. Möglichkeit der dauerhaften Installation auf den Dächern von Gebäuden.
3. Niedrigere Kosten im Vergleich zu monokristallinen Panels.
4. Betriebsdauer — Der Wirkungsgradabfall nach 20 Betriebsjahren beträgt nur 15-20 %.

Polykristalline Panels haben auch Nachteile:

1. Reduzierte Effizienz mit einem Wert von 12-18%.
2. Relative Sperrigkeit — Im Vergleich zu monokristallinen Analoga ist pro Leistungseinheit mehr Installationsraum erforderlich.

Polykristalline Solarmodule erobern neben anderen Siliziumbatterien immer mehr Marktanteile. Dafür sorgen vielfältige Möglichkeiten zur Senkung der Produktionskosten.Auch die Effizienz solcher Panels steigt jedes Jahr und nähert sich bei Massenprodukten schnell der 20-Prozent-Marke.

Solarmodule aus amorphem Silizium

Der Mechanismus zur Herstellung von Solarmodulen aus amorphem Silizium unterscheidet sich grundlegend von der Herstellung kristalliner Photovoltaikzellen. Dabei kommt nicht ein reines Nichtmetall zum Einsatz, sondern dessen Hydrid, dessen heiße Dämpfe sich auf dem Substrat niederschlagen.

Durch diese Technologie entstehen keine klassischen Kristalle und die Produktionskosten werden deutlich gesenkt.

Solarzellen aus abgeschiedenem amorphem Silizium können entweder auf einem flexiblen Polymersubstrat oder einer starren Glasscheibe montiert werden

Derzeit gibt es bereits drei Generationen von amorphen Silizium-Panels, die jeweils die Effizienz deutlich steigern. Hatten die ersten Photovoltaik-Module einen Wirkungsgrad von 4–5 %, so werden heute flächendeckend Modelle der zweiten Generation mit einem Wirkungsgrad von 8–9 % auf dem Markt verkauft.

Die neuesten amorphen Panels haben einen Wirkungsgrad von bis zu 12 % und sind bereits im Handel erhältlich, allerdings sind sie immer noch recht teuer.

Aufgrund der Besonderheiten dieser Produktionstechnologie ist es möglich, eine Siliziumschicht sowohl auf einem starren als auch auf einem flexiblen Substrat zu erzeugen. Aus diesem Grund werden amorphe Siliziummodule aktiv in flexiblen Dünnschichtsolarmodulen eingesetzt. Allerdings sind Varianten mit elastischem Träger deutlich teurer.

Die physikalisch-chemische Struktur von amorphem Silizium ermöglicht eine maximale Absorption von Photonen schwachen Streulichts zur Stromerzeugung. Daher eignen sich solche Paneele gut für den Einsatz in nördlichen Regionen mit großen Freiflächen.

Die Effizienz von Batterien auf Basis von amorphem Silizium nimmt auch bei hohen Temperaturen nicht ab, obwohl sie in diesem Parameter Galliumarsenid-Panels unterlegen sind.

Bei gleichen Ausrüstungskosten weisen Siliziumhydrid-Solarmodule eine höhere Leistung auf als ihre mono- und polykristallinen Gegenstücke (+)

Zusammenfassend können wir folgende Vorteile amorpher Solarmodule aufzeigen:

1. Vielseitigkeit — die Fähigkeit, flexible und dünne Paneele herzustellen und Batterien in jeder architektonischen Form zu montieren.
2. Hohe Effizienz im diffusen Licht.
3. Stabile Arbeit bei hohen Temperaturen.
4. Einfachheit und Zuverlässigkeit des Designs. Solche Platten brechen praktisch nicht.
5. Aufrechterhaltung der Leistung unter schwierigen Bedingungen — Geringerer Leistungsabfall bei staubiger Oberfläche als bei kristallinen Analoga

Die Lebensdauer solcher Photovoltaikzellen beträgt ab der zweiten Generation 20–25 Jahre bei einem Leistungsabfall von 15–20 %. Zu den einzigen Nachteilen von Paneelen aus amorphem Silizium gehört die Notwendigkeit größerer Flächen zur Unterbringung von Geräten mit der erforderlichen Leistung.

Übersicht silikonfreier Geräte

Einige Solarmodule, die aus seltenen und teuren Metallen hergestellt werden, haben einen Wirkungsgrad von mehr als 30 %. Sie sind um ein Vielfaches teurer als ihre Silizium-Pendants, besetzen aber aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften immer noch eine High-Tech-Handelsnische.

Seltene Metall-Solarmodule

Es gibt verschiedene Arten von Solarmodulen aus seltenen Metallen, und nicht alle davon sind effizienter als monokristalline Siliziummodule.

Die Fähigkeit, unter extremen Bedingungen zu arbeiten, ermöglicht es den Herstellern solcher Solarmodule jedoch, wettbewerbsfähige Produkte herzustellen und weitere Forschungen durchzuführen.

Cadmiumtelluridplatten werden aktiv zur Verkleidung von Gebäuden in äquatorialen und arabischen Ländern eingesetzt, wo sich ihre Oberfläche tagsüber auf 70-80 Grad erwärmt

Die wichtigsten Legierungen zur Herstellung von Photovoltaikzellen sind Cadmiumtellurid (CdTe), Indium-Kupfer-Gallium-Selenid (CIGS) und Kupfer-Indium-Selenid (CIS).

Cadmium ist ein giftiges Metall, und Indium, Gallium und Tellur sind ziemlich selten und teuer, sodass eine Massenproduktion von Solarmodulen auf ihrer Basis sogar theoretisch unmöglich ist.

Der Wirkungsgrad solcher Panels liegt bei 25-35 %, kann in Ausnahmefällen aber auch bis zu 40 % erreichen. Wurden sie früher hauptsächlich in der Raumfahrtindustrie eingesetzt, zeichnet sich nun eine neue vielversprechende Richtung ab.

Aufgrund des stabilen Betriebs von Fotozellen aus seltenen Metallen bei Temperaturen von 130–150 °C werden sie in solarthermischen Kraftwerken eingesetzt. Dabei werden die Sonnenstrahlen von Dutzenden oder Hunderten von Spiegeln auf ein kleines Panel konzentriert, das gleichzeitig Strom erzeugt und für die Übertragung der Wärmeenergie an einen Wasserwärmetauscher sorgt.

Durch die Erhitzung des Wassers entsteht Dampf, der die Turbine in Rotation versetzt und Strom erzeugt. Auf diese Weise wird Sonnenenergie gleichzeitig und mit höchster Effizienz in elektrische Energie umgewandelt.

Polymere und organische Analoga

Mit der Entwicklung von Photovoltaikmodulen auf Basis organischer und polymerer Verbindungen wurde erst im letzten Jahrzehnt begonnen, doch die Forscher haben bereits erhebliche Fortschritte gemacht.Das europäische Unternehmen weist die größten Fortschritte auf Heliatek, das bereits mehrere Hochhäuser mit organischen Solarmodulen ausgestattet hat.

Die Dicke seiner Rollfilmstruktur beträgt HeliaFilm beträgt nur 1 mm.

Bei der Herstellung von Polymerplatten werden Stoffe wie Kohlenstofffullerene, Kupferphthalocyanin, Polyphenylen und andere verwendet. Der Wirkungsgrad solcher Photovoltaikzellen erreicht bereits 14-15 %, und die Produktionskosten sind um ein Vielfaches geringer als bei kristallinen Solarmodulen.

Das Problem der Abbauzeit der organischen Arbeitsschicht ist akut. Bisher ist es nicht möglich, den Wirkungsgrad nach mehrjährigem Betrieb zuverlässig zu bestätigen.

Die Vorteile organischer Solarmodule sind:

• Möglichkeit einer umweltgerechten Entsorgung;
• niedrige Produktionskosten;
• flexibles Design.

Zu den Nachteilen solcher Photovoltaikzellen zählen der relativ geringe Wirkungsgrad und das Fehlen verlässlicher Informationen über die Zeiträume des stabilen Betriebs der Module. Es ist möglich, dass in 5-10 Jahren alle Nachteile organischer Solarzellen verschwinden und sie zu ernsthaften Konkurrenten für Siliziumwafer werden.

Welches Solarpanel soll ich wählen?

Die Auswahl von Solarmodulen für Landhäuser in einem Breitengrad von 45–60° ist nicht schwierig. Hier gibt es nur zwei Optionen, die eine Überlegung wert sind: polykristalline und monokristalline Siliziumpaneele.

Bei Platzmangel ist es besser, effizienteren Modellen mit einseitiger Kristallorientierung den Vorzug zu geben, bei unbegrenzter Fläche empfiehlt sich die Anschaffung polykristalliner Batterien.

Sie sollten sich nicht auf die Prognosen von Analyseunternehmen für die Entwicklung des Solarpanel-Marktes verlassen, da die besten Beispiele dafür möglicherweise noch nicht erfunden sind

Es ist besser, unter Beteiligung von Managern von Unternehmen, die am Verkauf und der Installation solcher Geräte beteiligt sind, einen bestimmten Hersteller, die erforderliche Leistung und zusätzliche Ausrüstung auszuwählen. Sie sollten wissen, dass sich Qualität und Preis der Photovoltaikmodule der größten Hersteller kaum unterscheiden.

Es ist zu berücksichtigen, dass bei der Bestellung einer schlüsselfertigen Ausrüstung die Kosten für die Solarmodule selbst nur 30-40 % des Gesamtbetrags ausmachen. Die Amortisationszeit für solche Projekte beträgt 5–10 Jahre und hängt von der Höhe des Energieverbrauchs und der Möglichkeit ab, überschüssigen Strom an das Stadtnetz zu verkaufen.

Manche Handwerker ziehen es vor, Solarmodule mit eigenen Händen zusammenzubauen. Auf unserer Website finden Sie Artikel mit einer detaillierten Beschreibung der Herstellungstechnologie solcher Paneele, ihrer Verbindung und Anordnung von Solarheizsystemen.

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2. Solarwärmesysteme: Analyse von Heiztechnologien auf Basis von Solarsystemen
3. Anschlussplan für Solarmodule: zum Controller, zur Batterie und zu gewarteten Systemen

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Die präsentierten Videos zeigen den Betrieb verschiedener Solarmodule unter realen Bedingungen. Sie helfen Ihnen auch dabei, die Probleme bei der Auswahl der entsprechenden Ausrüstung zu verstehen.

Regeln für die Auswahl von Solarmodulen und zugehöriger Ausrüstung:

Arten von Solarmodulen:

Prüfung von monokristallinen und polykristallinen Panels:

Für die Bevölkerung und kleine Industriebetriebe gibt es derzeit keine wirkliche Alternative zu kristallinen Siliziumpaneelen.Das Tempo der Entwicklung neuer Arten von Solarmodulen lässt jedoch hoffen, dass Solarenergie in vielen Landhäusern bald zur Hauptstromquelle wird.

Wir laden alle, die sich für die Auswahl und Verwendung von Solarmodulen interessieren, ein, Kommentare zu hinterlassen, Fragen zu stellen und an Diskussionen teilzunehmen. Das Kontaktformular befindet sich im unteren Block.