Modultechnologien und Aufbau

Kommerziell in bedeutenden Mengen erhältlich sind derzeit PV-Module mit kristallinen Siliziumsolarzellen (c-Si-Solarzellen) und Dünnschichtmodule in CIGS-Technologie. Deren Aufbau wird hier näher beschrieben.

PV-Module weisen einen mehrlagigen Aufbau auf. In der Regel ist die sonnenzugewandte Seite eine Glasscheibe, gefolgt von einer Verkapselungsschicht aus Kunststoff oberhalb der Solarzellen. Bei PV-Modulen mit kristallinen Siliziumsolarzellen sind diese durch Metallstreifen oder -drähte elektrisch miteinander verbunden. Dahinter liegt eine weitere Verkapselungsschicht, gefolgt von einer weiteren Glasscheibe (sogenannte Glas-Glas-Module) oder einer Rückseitenfolie aus Kunststoff (sogenannte Glas-Folien-Module).

Bei Dünnschichtmodulen in CIGS-Technologie entfällt die rückseitige Verkapselungsschicht, da die Solarzellen direkt auf einer Glasscheibe aufgebracht sind. Hier sind Front- und Rückseite aus Glas.

Dieser mehrlagige Aufbau wird durch einen Vernetzungsprozess der Kunststofflagen, meist unter Druck und Wärme, zu einer langzeitbeständigen Einheit verbunden, welche die Solarzellen vor Umwelteinflüssen schützt und die elektrische Isolation zur Umgebung herstellt.

Bei allen Zelltechnologien sind auf der Modulrückseite oder an der Modulkante eine oder mehrere Anschlussdosen angebracht, aus welchen die Solarkabel mit Steckverbindern geführt werden.

Außerdem kann das Modul mit einem Rahmen aus Aluminium eingefasst sein. Dieser erleichtert die Handhabung der PV-Module und die mechanische Befestigung.

Für PV-Module, die in Fassaden oder in Dächern eingesetzt werden, empfiehlt es sich aus Gründen der Lebensdauer und der erschwerten Zugänglichkeit auf PV-Module mit einem Glas-Glas-Aufbau (d. h., Vorder- und Rückseite bestehen aus einer Glasscheibe) zurückzugreifen. Für diese Produkte werden längere Produkt- und elektrischen Leistungsgarantien angeboten als für die größtenteils eingesetzten Module mit Glasvorderseite und Folie auf der Rückseite.

Flexible Module werden v. a. im Freizeitsegment (Caravaning, Wassersport) eingesetzt, dort sind die Anforderungen an die Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit wesentlich geringer.

Organische PV-Technologien (OPV oder auch BOPV) haben einen Wirkungsgrad von etwa einem Drittel bis zur Hälfte der oben genannten Technologien. Die Technologie ist noch jung, daher gibt es noch keine Erfahrung zur Langzeitbeständigkeit.

Für einen möglichst hohen Wirkungsgrad weisen PV-Module ein dunkles Erscheinungsbild auf, um die Sonnenstrahlung maximal zu absorbieren. Unter architektonischen Aspekten kann es sinnvoll sein, eine Veränderung der Farbigkeit durch spezielle Beschichtungen des Frontglases (farbig bis weiß bei gleichzeitiger Minderung des Modulwirkungsgrades um etwa 5 bis 50 % relativ) oder auch eine veränderte Oberflächenstruktur durch Verwendung spezieller Gläser zu erreichen.

Die Abbildung zeigt den schematischen Aufbau eines c-Si-Moduls mit Vollzellen.

Abbildung 1: Aufbau eines c-Si-Moduls mit Vollzellen
Quelle: ZSW

Die Abbildung zeigt den schematischen Aufbau eines c-Si-Moduls mit Halfcut-Technologie.

Abbildung 2: Aufbau eines c-Si-Moduls mit Halfcut-Technologie
Quelle: ZSW

Abbildung 3: Aufbau eines Dünnschicht-Moduls
Quelle: ZSW

Modulformate

Sehr viele Module für die AufdachmontageAufdach-Montage Bei einer Aufdach-Montage montiert der Installateur die Photovoltaik-Module auf dem bestehenden Dach, befestigt diese an der Dachunterkonstruktion. Die Alternative zur Aufdach-Montage bildet die Indach-Montage. haben heute ein Format von rund 1 x 1,7 m. Je nach Hersteller gibt es Abweichungen von wenigen cm. In jüngere Zeit kommen andere und auch größere Solarzellenformate auf den Markt, diese beeinflussen das Modulformat entsprechend (z. B. kürzere aber breitere Module), ein Ende dieser Entwicklung ist noch nicht absehbar, die Modulhersteller optimieren derzeit Fertigungs- und Transportkosten.

Spezielle Formate werden für PV-DachziegelPV-Dachziegel PV-Dachziegel oder Solardachziegel sind Dachziegel mit integriertem Photovoltaikelement, die so gestaltet und zusammengesetzt sind, dass sie wie reguläre Dachziegel aussehen. eingesetzt. Diese haben meist die mehrfache Größe eines einzelnen Dachziegels und ersetzen diese. Aufgrund der vielfältigen Ziegelformate werden diese PV-Dachziegel von den jeweiligen Ziegelherstellern angeboten (siehe Kapitel B3).

BIPVBIPV Abkürzung, vom englischen "Building Integrated Photovoltaic", eingedeutscht als "Bauwerkintegrierte Photovoltaik" (eigentlich Gebäudeintegrierte Photovoltaik GIPV)-Module sind sowohl als herstellerabhängige Standardformate als auch als objektspezifische Sonderformate erhältlich (siehe Kapitel B3). Die Sonderformate sind aufgrund der kleinen Stückzahlen und evtl. erforderlicher Bauteilprüfungen meist erheblich teurer.

Bedeutung der Datenblattangaben

Abbildung 4 gibt einen Überblick über die von den PV-Modulen zu erfüllenden Anforderungen abhängig vom Einsatzort der Module am Gebäude.

Bei Flachdächern müssen bei der Planung Dachaufbauten, Wartungsflächen und Verkehrs- und Rettungswege sowie Kabeldurchführung berücksichtigt werden. Heute sind Auflastsysteme weit verbreitet, mit welchen eine Durchdringung der Dachhaut vermieden wird.

Aufdachanlagen auf geneigten Dächern werden mit Befestigungsschienen montiert, welche bei Ziegeldächern über Dachhaken oder bei Blechdächern über Falzklemmen mit dem Gebäude verbunden sind.

Für diese beiden erwähnten Systeme ist der Einsatz sämtlicher PV-Module mit CE-Kennzeichnung (siehe Kapitel C5.1) möglich.

Für alle übrigen Anwendungen müssen die PV-Module weitere Anforderungen erfüllen (siehe Kapitel 6.1 – 6.4).

Tabelle 1: Bedeutung der Datenblattangaben  
Quelle: ZSW

Abbildung 4: Anforderung an PV-Module abhängig davon, wo sie am Gebäude eingesetzt werden
Quelle: ZSW