Heutzutage bieten Solarmodule eine zuverlässige Energielösung. Sie verringern nicht nur Ihre Abhängigkeit vom Stromnetz, sondern können Ihnen auch viel Geld bei Ihren Stromrechnungen sparen.
In diesem Artikel werden die grundlegenden Konzepte von Solarmodulen, ihre Kategorisierung, Trends und Herausforderungen vorgestellt und Tipps zur Auswahl der besten Variante für Ihre Anforderungen gegeben.
Inhaltsverzeichnis
Eine Übersicht über Solarmodule
Marktgröße und Wachstum
Kategorien von Solarmodulen
Trends und Herausforderungen
Einige Tipps vor dem Kauf
Eine Übersicht über Solarmodule
Solarplatten Nutzen Sie Photovoltaikzellen (PV), um Sonnenlicht in Strom umzuwandeln, und bieten Sie Benutzern die Möglichkeit, ihre Häuser oder Unternehmen netzunabhängig mit Strom zu versorgen und gleichzeitig die Stromrechnung zu senken.
Solarpanelsysteme bestehen aus mehreren einzelnen PV-Zellen, bestehend aus einer Siliziumschicht, einer Phosphorschicht (die für eine negative Ladung sorgt) und einer Borschicht für erneuerbare Energie (die für eine positive Ladung sorgt).
Bei Photovoltaikzellen handelt es sich dagegen um dünne Schichten photovoltaischer Halbleiter, die Strom direkt aus der Sonne erzeugen und Spannung ausgeben, solange ausreichend Sonnenlicht vorhanden ist.
Solarplatten werden im Allgemeinen in die folgenden Typen eingeteilt: monokristalline Solarmodule, polykristalline Solarmodule, Dünnschicht-Solarmodule, PERC-Solarmodule und bifaziale Solarmodule. Je nach Art des Solarmoduls können Solarmodule in verschiedenen Bereichen eines Grundstücks eingesetzt werden.
Solarmodule für Privathaushalte haben in der Regel eine Größe von 1.6 x 1 Meter (ungefähr 5.25 x 3.25 Fuß) und jedes Modul erzeugt typischerweise zwischen 250 und 400 Watt Leistung. Kommerzielle Solarmodule können größer und entsprechend leistungsstärker sein.
Solarplatten Normalerweise haben sie eine Lebensdauer zwischen 25 und 30 Jahren, dies hängt jedoch weitgehend von der Marke und der Qualität ab. Die meisten starren Solarmodule bieten eine Leistungsgarantie von mindestens 20 Jahren.
Marktgröße und Wachstum
Grandview schätzt, dass der globale Marktwert von Sonnenkollektoren erreichte im Jahr 170.25 2023 Milliarden US-Dollar. Aufgrund des anhaltenden Nachfrageschubs wird erwartet, dass dieser Wert im Vergleich zum Vorjahr bei einer jährlichen Wachstumsrate von 7.7 % liegt.
Chinas Nachfrage nach Solarmodulen stieg auf 36.4 %, während die Nachfrage in Europa, Nordamerika, Asien-Pazifik und Indien um 16.8 %, 17.6 %, 13.2 % bzw. 6.9 % stieg. Auf Europa und Nordamerika entfallen 34.4 % des weltweiten Bedarfs.
In Deutschland, Spanien, Polen, den Niederlanden und anderen europäischen Ländern hat sich die Nachfrage im Laufe der Jahre sogar verdoppelt. Die Vereinigten Staaten, Deutschland und andere Teile Westeuropas sind mit einem erheblichen Anstieg der Strom- und Erdgaskosten für Privathaushalte konfrontiert, was dazu führt, dass diese Länder schneller auf Solarenergie umsteigen.
Kategorien von Solarmodulen
Solarplatten werden hauptsächlich in monokristalline Silizium-Solarmodule, polykristalline Silizium-Solarmodule, Dünnschicht-Solarmodule (amorphes Silizium), PERC-Solarmodule und bifaziale Solarmodule eingeteilt.
Monokristalline Solarmodule
Monokristalline Silizium-Solarmodule zeichnen sich durch eine kontinuierliche und gleichmäßige Kristallstruktur aus, wodurch Elektronen leichter durch das Material fließen können, was zu einer höheren Effizienz führt.
Diese Zellen werden aus einem einzigen großen Siliziumkristall geschnitten, was ihnen ein abgerundetes, quadratisches Aussehen verleiht. Monokristalline Silizium-Solarmodule sind relativ teuer in der Herstellung, was vor allem auf den geringeren Einsatz von Siliziummaterialien während der Produktion und die Komplexität des Produktionsprozesses selbst zurückzuführen ist.
Monokristalline Silizium-Solarmodule haben typischerweise Umwandlungswirkungsgrade zwischen 15 % und 22 %, was einer der höchsten Wirkungsgrade ist, die heute bei kommerziellen Solarzellen verfügbar sind.
Dieser Solarmodultyp bietet folgende Vorteile:
Hoher Wirkungsgrad: Monokristalline Silizium-Solarmodule sind in der Regel effizienter als polykristalline Silizium-Solarmodule, da sie eine bessere Elektronenmobilität aufweisen.
Haltbarkeit: Monokristalline Module haben in der Regel eine längere Lebensdauer, oft bis zu 25 Jahre oder mehr.
Leistung bei hohen Temperaturen: Monokristalline Silizium-Solarmodule weisen in Umgebungen mit hohen Temperaturen einen geringeren Leistungsabfall auf als andere Arten von Solarzellen.
Anwendungsszenario:
Wohndächer: Aufgrund ihrer hohen Effizienz und Ästhetik werden monokristalline Module häufig für Solaranlagen auf Wohndächern verwendet.
Gewerbliche Gebäude: Monokristalline Solarmodule werden häufig für Projekte ausgewählt, die hohe Anforderungen an Effizienz und Raumnutzung stellen.
Große Solarparks: Bei diesen Projekten können die Anfangskosten zwar höher sein, monokristalline Module bieten jedoch aufgrund ihrer hohen Effizienz und Haltbarkeit auf lange Sicht eine bessere Kapitalrendite.
Tragbare und Mikroanwendungen: Monokristalline Module eignen sich aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads auch für Anwendungen im Zusammenhang mit Solarladegeräten und tragbaren Stromversorgungssystemen.
Polykristalline Sonnenkollektoren
Polykristalline Silizium-Solarmodule bestehen aus polykristallinem Silizium, einem Material, das aus mehreren kleinen Siliziumkristallen besteht. In diesen Zellen gibt es Grenzen zwischen den Siliziumkristallen, was die Beweglichkeit der Elektronen leicht verringert und somit die Effizienz der Zelle beeinträchtigt.
Die Oberfläche polykristalliner Silizium-Solarmodule ist normalerweise blau und man erkennt das unregelmäßige Muster der Kristalle. Polykristalline Module haben typischerweise Wirkungsgrade zwischen 13 % und 16 % und sind damit niedriger als monokristalline Module.
Dieser Solarmodultyp bietet folgende Vorteile:
Kostengünstig: Polykristalline Silizium-Solarmodule sind kostengünstiger in der Herstellung als monokristalline Silizium-Solarmodule, da sie einen einfacheren Produktionsprozess und eine höhere Ausnutzung des Siliziummaterials aufweisen.
Polykristalline Solarmodule haben typischerweise eine Lebensdauer von etwa 20 bis 25 Jahren, was im Vergleich zu monokristallinen Modulen etwas kürzer ist. Polykristalline Solarmodule sind in der Regel günstiger als monokristalline Module, was sie für Projekte mit begrenztem Budget beliebter macht.
Geringe Umweltbelastung: Aufgrund des einfacheren Produktionsprozesses ist die Produktion von polykristallinen Siliziumplatten mit einer relativ geringen Umweltbelastung verbunden.
Bessere Anwendbarkeit: Obwohl sie etwas weniger effizient sind, sind sie dennoch eine kostengünstige Option für großflächige Anwendungen, wie zum Beispiel Solarparks.
Anwendungsszenarien:
Große Solarenergieprojekte: Polykristalline Module werden aufgrund ihrer geringeren Kosten normalerweise für größere Energieprojekte verwendet.
Wohn- und Gewerbedächer: Polykristalline Solarmodule sind eine kostengünstige Option für Privat- und Gewerbekunden mit begrenztem Budget.
Netzunabhängige Systeme: Polysiliziummodule sind auch eine beliebte Wahl für einige netzunabhängige Anwendungen wie Solarenergiesysteme in abgelegenen Gebieten.
Dünnschicht-Solarmodule
Amorphe Silizium-Dünnschicht-Solarmodule Als Photovoltaikmaterial verwenden wir amorphes Silizium. Im Gegensatz zu monokristallinem oder polykristallinem Silizium weist amorphes Silizium keine ausgeprägte kristalline Struktur auf.
Bei der Herstellung dieser Solarmodule wird eine sehr dünne Schicht aus amorphem Silizium auf ein Substrat wie Glas oder Kunststoff aufgetragen, wodurch sie dünn und flexibel werden. Aufgrund ihres einzigartigen Aussehens und ihrer Flexibilität bieten amorphe Silizium-Dünnschicht-Solarmodule Vorteile in Bezug auf Ästhetik und Designvielfalt.
Die Lebensdauer von amorphen Silizium-Dünnschicht-Solarmodulen liegt typischerweise zwischen 10 und 15 Jahren und ist damit kürzer als die von kristallinen Silizium-Solarmodulen. Der Wirkungsgrad von amorphen Silizium-Dünnschichtplatten liegt normalerweise zwischen 6 % und 10 % und ist damit niedriger als bei kristallinen Siliziumplatten.
Amorphe Silizium-Dünnschicht-Solarmodule kosten in der Regel weniger als kristalline Silizium-Solarmodule, was vor allem auf ihr einfacheres Herstellungsverfahren zurückzuführen ist.
Dieser Solarmodultyp bietet folgende Vorteile:
Dünn, leicht und flexibel: Dünnschicht-Solarmodule können aufgrund ihrer dünnen und leichten Eigenschaften auf einer Vielzahl von Oberflächen eingesetzt werden und eignen sich sogar für Strukturen, die keine hohen Lasten aufnehmen können.
Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen: Dünnschicht-Solarmodule aus amorphem Silizium weisen bei schlechten Lichtverhältnissen (z. B. an bewölkten Tagen oder im Winter) in der Regel eine bessere Leistung auf als kristalline Silizium-Solarmodule.
Anwendungsszenarien:
Integrierte gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV): Dünnschicht-Solarmodule eignen sich besonders für gebäudeintegrierte Photovoltaik, wie zum Beispiel Solarfenster oder Solardachziegel.
Tragbare und tragbare Geräte: Aufgrund ihrer dünnen und flexiblen Eigenschaften eignen sie sich auch für tragbare Solargeräte und tragbare Solartechnologien.
Große Solarparks: Aufgrund der geringen Produktionskosten werden teilweise auch amorphe Silizium-Dünnschichtmodule für große Solarparks eingesetzt.
Passivierte Emitter- und Rückzellen-Solarmodule
Passive Emitter- und Rückzellen-Solarmodule (PERC). verfügen über eine spezielle Materialschicht, beispielsweise Aluminiumoxid, auf der Rückseite der Solarzelle, die den Wirkungsgrad erhöht. Dieses Design trägt dazu bei, mehr Sonnenlicht einzufangen und den Elektronenverlust zu minimieren.
Die Lebensdauer von PERC-Solarmodulen ähnelt in der Regel der von herkömmlichen Solarmodulen aus kristallinem Silizium und liegt zwischen etwa 25 und 30 Jahren. Allerdings sind die Herstellungskosten von PERC-Solarmodulen etwas höher als bei herkömmlichen kristallinen Siliziummodulen.
Mit der Reife der Technik und der Massenproduktion sinken die Kosten jedoch allmählich. Der Wirkungsgrad von PERC-Solarmodulen liegt normalerweise zwischen 18 % und 22 % und ist damit höher als der von herkömmlichen kristallinen Siliziummodulen.
Dieser Solarmodultyp bietet folgende Vorteile:
Hohe Effizienz: PERC-Solarmodule sind effizienter als herkömmliche Solarmodule aus kristallinem Silizium, da sie das Sonnenlicht effizienter nutzen und den Elektronenverlust reduzieren.
Bessere Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen: Dank der PERC-Technologie können Panels bei schlechten Lichtverhältnissen, wie etwa am späten Nachmittag oder an bewölkten Tagen, eine bessere Leistung erbringen.
Anwendungsszenarien:
Wohn- und Gewerbedächer: PERC-Solarmodule eignen sich aufgrund ihrer hohen Effizienz gut für Wohn- und Gewerbedachprojekte, bei denen der Platz begrenzt ist.
Große Solarparks: Der hohe Wirkungsgrad macht PERC-Solarmodule auch für große Solarparks beliebt, insbesondere dort, wo nur begrenzte Bodenfläche vorhanden ist.
Regionen mit extremem Klima: PERC-Solarmodule eignen sich aufgrund ihrer hervorragenden Leistung auch in Regionen mit extrem hohen Temperaturen oder schlechten Lichtverhältnissen.
Bifaziale Solarmodule
Bifaziale Solarmodule sind in der Lage, das Sonnenlicht von beiden Seiten einzufangen und Strom zu erzeugen. Diese Panels verfügen sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite des Panels über Photovoltaikzellen, die sowohl direktes als auch auf der Rückseite des Panels reflektiertes Sonnenlicht einfangen.
Die Lebensdauer eines bifazialen Solarmoduls ist mit der eines hochwertigen herkömmlichen einseitigen Solarmoduls vergleichbar und beträgt normalerweise etwa 25 bis 30 Jahre. Bifaziale Solarmodule haben in der Regel höhere Herstellungskosten als herkömmliche einseitige Solarmodule, was vor allem auf ihren komplexen Herstellungsprozess und die Verwendung bifazialer aktiver Materialien zurückzuführen ist.
Gleichzeitig können die Installationskosten etwas höher sein als bei herkömmlichen einseitigen Modulen, insbesondere wenn die Stromerzeugung auf beiden Seiten maximiert werden muss.
Die Gesamteffizienz von bifazialen Solarmodulen hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, darunter dem Montagewinkel, dem Reflexionsvermögen des Bodens und den Umgebungsbedingungen. Theoretisch können sie 10 bis 30 % effizienter sein als einzelne Panels.
Dieser Solarmodultyp bietet folgende Vorteile:
Höhere Stromerzeugung: Dank ihrer Fähigkeit, Sonnenlicht von beiden Seiten einzufangen, produzieren bifaziale Solarmodule in der Regel mehr Strom als herkömmliche Einzelmodule.
Höhere Effizienz: Die Effizienz von bifazialen Paneelen kann unter bestimmten Kriterien deutlich gesteigert werden, beispielsweise bei der Installation auf stark reflektierenden Oberflächen (z. B. weißen Dächern oder Böden).
Bessere Raumnutzung: Bei platzbeschränkten Anwendungen, beispielsweise in städtischen Umgebungen, können bifaziale Solarmodule eine effizientere Nutzung des verfügbaren Raums ermöglichen.
Anwendungsszenarien:
Große Solarstromparks: Bifaziale Solarmodule können die Leistungsabgabe pro Flächeneinheit steigern, insbesondere in Gebieten mit hohem Bodenreflexionsvermögen.
Gewerbliche Dachsysteme: Auf den Dächern von Gewerbegebäuden, insbesondere solchen mit stark reflektierenden Dachmaterialien wie Unternehmen, können bifaziale Solarmodule für zusätzliche Stromerzeugung sorgen.
Parkschuppen und Gebäudedächer: Bidirektionale Solarmodule eignen sich auch für Bauwerke wie Parkschuppen, Flurüberdachungen usw. und können das Sonnenlicht sowohl von der Ober- als auch von der Unterseite einfangen.
Trends und Herausforderungen
Trends
Die Effizienz von Solarmodulen verbessert sich weiter
PERC-Technologie: Die PERC-Technologie reduziert den Rekombinationsverlust von Elektronen und verbessert die photoelektrische Umwandlungseffizienz der Batterien durch das Hinzufügen einer Passivierungsschicht und einer reflektierenden Schicht auf der Rückseite herkömmlicher Solarbatterien aus kristallinem Silizium. Diese Technologie hat sich zur gängigen Produktionsmethode entwickelt.
Bifaziale Solarmodule: Durch die Nutzung des reflektierten Sonnenlichts vom Boden oder anderen Oberflächen können bifaziale Solarmodule zusätzliches Sonnenlicht von der Rückseite einfangen. Diese Technologie ist besonders in Gebieten mit schwacher Sonneneinstrahlung wertvoll und kann die Leistungsausbeute deutlich steigern.
Heterojunction (HJT)-Solarzellen: Die HJT-Technologie kombiniert die Vorteile von amorphem und kristallinem Silizium und verbessert die Elektronenmobilität und die Gesamteffizienz der Zelle, indem sie der Oberfläche des kristallinen Siliziums eine amorphe Siliziumschicht hinzufügt. HJT-Batterien funktionieren bei niedrigen Temperaturen und schlechten Lichtverhältnissen gut.
TopCon: Die TopCon-Technologie (Tunnel Oxid Passived Contact) ist eine fortschrittliche Methode zur Herstellung von Solarbatterien. Es verbessert die Effizienz und Stabilität der Zelle erheblich, indem es eine Tunneloxidschicht und eine passivierte Kontaktschicht auf der Rückseite einer kristallinen Siliziumzelle bildet. Die TopCon-Technologie eignet sich besonders für Anwendungen, die einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Zuverlässigkeit erfordern.
Perowskit-Solarzellen: Die Perowskit-Technologie ist eine aufstrebende Solarzellentechnologie, die für ihre geringen Kosten und ihren hohen Wirkungsgrad bekannt ist. Diese Zellen verwenden Perowskit-Materialien (eine Art Metallhalogenid) als lichtabsorbierende Schicht, was einen Kostenvorteil bei der Herstellung bietet und gleichzeitig eine hohe Effizienz bei der Umwandlung erneuerbarer Energien aufrechterhält. Perowskit-Zellen zeigen großes Potenzial im Bereich flexibler und druckbarer Solarmodule.
Die Kosten sinken weiter
Mit besserer Produktionstechnologie sinken die Kosten für die Herstellung von Solarmodulen weiter. Beispielsweise können eine automatisierte Produktion und bessere Techniken zur Siliziumkristallzüchtung den Rohstoffverbrauch und den Energieverbrauch senken.
Herausforderungen
Gleichgewicht zwischen Technik und Kosten: Die Entwicklung neuer Technologien zur Verbesserung der Effizienz muss mit einer Kostenkontrolle einhergehen, um die Marktwettbewerbsfähigkeit von PV-Produkten sicherzustellen.
Nachhaltigkeit und Umweltverschmutzung: Der gesamte Prozess der Herstellung von Solarbatterien muss untersucht werden, einschließlich der Rohstoffgewinnung, des Herstellungsprozesses und der endgültigen Recyclingentsorgung.
Beispielsweise sind der Energieverbrauch und die Abfallentsorgung bei der Raffinierung von Silizium und der Herstellung von Panels zentrale Themen.
Energiespeicherung und Stromnetze: Die Entwicklung effizienter, kostengünstiger Speichertechnologien für erneuerbare Energien ist der Schlüssel zur Bewältigung des intermittierenden Charakters der Solarstromerzeugung. Gleichzeitig muss die Netzinfrastruktur optimiert werden, um den Zugang zu erheblichen Mengen dezentraler Solarenergie zu ermöglichen.
Markt- und politische Unterstützung: Staatliche Maßnahmen, Subventionen und Steueranreize sind für die Förderung von Solartechnologien von entscheidender Bedeutung. Gleichzeitig sind öffentliche und private FuE-Investitionen ein Schlüsselfaktor für die Förderung technologischer Innovationen.
Lieferkette: Aufrechterhaltung hoher Produktqualitätsstandards bei gleichzeitiger Erzielung einer Großserienproduktion. Gleichzeitig besteht das Risiko schwankender Rohstoffkosten und Störungen in der globalen Lieferkette, etwa durch Probleme bei der Verfügbarkeit von Silizium und Silber.
Einige Tipps vor dem Kauf
Bewerten Sie den Energiebedarf
Schätzen Sie die theoretische Stromerzeugung unter Berücksichtigung der geografischen Lage und des lokalen Klimas (z. B. durchschnittliche Sonnenstunden, Wettermuster). Wählen Sie den Winkel und die Ausrichtung des Sonnenlichts an einem bestimmten Ort aus, um den optimalen Platzierungswinkel der Paneele zu bestimmen.
Wählen Sie den richtigen Solarmodultyp
Wenn der Platz begrenzt ist, eine hohe Effizienz erforderlich ist und das Budget ausreicht, sollten sich Hausbesitzer für monokristallin entscheiden Sonnenkollektoren. Wenn das Budget begrenzt ist oder der verfügbare Platz größer ist, sind polykristalline Module möglicherweise besser geeignet, wenn auch etwas weniger effizient.
Dünnschicht-Solarmodule (z. B. CIGS, CdTe) eignen sich für Anwendungen mit unregelmäßigen Oberflächen oder wenn eine flexible Montage erforderlich ist. Bifaziale Solarmodule können an Standorten, die reflektiertes Licht vom Boden oder anderen Strukturen nutzen können, einen höheren Ertrag an erneuerbarer Energie liefern.
Wirtschaftlichkeit analysieren
- Berechnen Sie die anfänglichen Installationskosten der Solarmodule, einschließlich der Kosten für Ausrüstung wie Module, Wechselrichter und Regale sowie der Installationskosten.
- Bewerten Sie die erwartete Leistung erneuerbarer Energien und die langfristigen Betriebskosten, einschließlich Wartung und möglicher Kosten für den Panelaustausch.
- Berücksichtigen Sie verfügbare staatliche Subventionen, Steueranreize und andere politische Unterstützung.
- Schätzen Sie die jährliche erneuerbare Energieproduktion des Systems und berechnen Sie die Amortisationszeit und die Rendite.
Wählen Sie einen erfahrenen und seriösen Solaranlageninstallateur
- Stellen Sie sicher, dass das Installationsteam die örtlichen Bauvorschriften und Netzzugangsanforderungen kennt.
- Sorgen Sie für regelmäßige Inspektionen und Reinigungen, um eine optimale Leistung der Solarmodule sicherzustellen.
- Nutzen Sie ein intelligentes Überwachungssystem, um die Systemleistung zu verfolgen und Probleme rechtzeitig zu erkennen.
- Erstellen Sie einen regelmäßigen Wartungsplan, der die Reinigung der Solarmodule und die Überprüfung der elektrischen Verbindungen umfasst.
- Erwägen Sie bei größeren Projekten den Einsatz eines Fernüberwachungssystems, um die Systemleistung in Echtzeit zu überprüfen.
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