Solarmodul

Ein Solarmodul ist eine Anwendung der Photovoltaik und wandelt Strahlungsenergie in elektrische Energie um. Als wichtigste Bauelemente enthält es mehrere Solarzellen. Das Solarmodul wird durch seine elektrischen Anschlusswerte charakterisiert. Diese hängen von der Verschaltung der Solarzellen innerhalb des Moduls ab. Das Solarmodul wird einzeln oder zu Gruppen verschaltet in einer Photovoltaikanlage betrieben.

Um den vielfältigen Anforderungen bei der Erstellung einer solchen Anlage für solar erzeugten Strom gerecht zu werden, werden die Solarzellen in einem Verbund aus mehreren Materialien und Bauteilen eingebettet. Dieser Verbund erfüllt folgende Zwecke:

• Erzeugung von elektrischer Energie
• praxisgerechte elektrische Anschlussmöglichkeit
• Schutz der spröden Solarzelle vor mechanischen Einflüssen
• Schutz vor Witterungseinflüssen
• Berührungsschutz der elektrisch leitenden Bauteile
• einfache Handhabungs- und Befestigungsmöglichkeit

Es gibt verschiedene Bauformen von Solarmodulen mit verschiedenen Arten von Solarzellen. Im folgenden wird anhand des weltweit am häufigsten eingesetzten Modultyps der Aufbau erklärt.

Aufbau eines typischen Solarmoduls

• die Vorderseite ist eine Glasscheibe (meist so genanntes ESG (Einscheiben-Sicherheits-Glas))
• darauf folgt eine transparente Kunststoffschicht (EVA, Ethylen-Vinylacetat), in der die Solarzellen eingebettet sind
• mono- oder polykristalline Solarzellen, die, verbunden durch Lötbändchen, elektrisch miteinander verschaltet sind

• Rückseitenkaschierung mit einer witterungsfesten Kunststoffverbundfolie aus Polyvinylfluorid (Tedlar) und Polyester
• Anschlussdose mit Freilaufdiode (auch Bypass-Diode genannt, Erläuterung siehe unten) und elektrischer Anschlussmöglichkeit
• Aluminiumprofil-Rahmen zum Schutz der Glasscheibe bei Transport, Handling und Montage, für einfache Befestigungsmöglichkeiten durch standardisierte Befestigungssysteme, Versteifung des Verbundes

Herstellung eines Solarmoduls

Die Fertigung eines Solarmoduls erfolgt weitgehend mit der optisch aktiven Seite nach unten. Als erstes wird ein entsprechendes Glas gereinigt und bereitgelegt. Auf dieses kommt dann eine zugeschnittene Bahn EVA-Folie. Die Solarzellen werden mittels Lötbändchen zu einzelnen Strängen verbunden und auf der Scheibe mit der EVA-Folie exakt positioniert. Nun werden die Querverbinder, die die einzelnen Stränge miteinander verbinden und zum Ort der Anschlussdose führen, positioniert und verlötet. Danach wird alles nacheinander mit einer zugeschnittenen EVA-Folie und einer Tedlarfolie bedeckt. Als nächster Produktionsschritt erfolgt das Laminieren des Moduls bei einem Unterdruck und ca. 150 °C. Beim Laminieren bildet sich aus der bis dahin milchigen EVA-Folie eine klare, dreidimensional vernetzte und nicht mehr aufschmelzbare Kunststoffschicht, in der die Zellen nun eingebettet sind und die fest mit der Glasscheibe und der Rückseitenfolie verbunden ist. Nach dem Laminieren werden die Kanten gesäumt, die Anschlussdose wird gesetzt und mit den Freilaufdioden bestückt. Nun wird das Modul noch gerahmt, vermessen und nach seinen elektrischen Werten klassifiziert und abschließend verpackt.

Technische Merkmale

Die Daten eines Solarmoduls werden genauso wie die Daten einer Solarzelle für standardisierte Testbedingungen angegeben (siehe dort).

gebräuchliche Abkürzungen für die Bezeichnungen sind

• SC: Short Circuit - Kurzschluss
• OC: Open Circuit - Leerlauf
• MPP: Maximum Power Point - Betriebspunkt maximaler Leistung

Die Kennwerte eines Solarmoduls sind

• Leerlaufspannung $U_{OC}$
• Kurzschlussstrom $I_{SC}$
• Spannung im bestmöglichen Betriebspunkt $U_{MPP}$
• Strom im bestmöglichen Betriebspunkt $I_{MPP}$
• Leistung im bestmöglichen Betriebspunkt $P_{MPP}$
• Füllfaktor $FF$
• Koeffizient für die Leistungsänderung mit der Zelltemperatur
• Modulwirkungsgrad $\eta$

Da eindringende Feuchtigkeit durch Korrosionserscheinungen die Lebensdauer eines Moduls stark verkürzen kann und zudem evtl. einen elektrisch leitenden Kontakt mit den stromdurchflossenen Bauteilen des Solarmoduls ermöglicht, sind ausreichende Randabstände äußerst wichtig.

Die Freilauf- oder Bypass-Diode

Die Freilaufdiode dient bei Teilverschattungen des Moduls zum Schutz der verschatteten Zellen. Wird ein Teilbereich verschattet, so schieben die nicht verschatteten Zellen einen Strom durch die verschatteten, die jetzt nur noch als elektrische Verbraucher arbeiten. Damit erwärmen sich die nicht aktiven Zellen und es kann bei zu hoher Belastung sogar zur Zerstörung von Zellen kommen. Um sich davor zu schützen, wird das Modul in mehrere Bereiche eingeteilt (ca. 20 Zellen in Serie), von denen jeder mit einer Diode geschützt ist. Findet in einem solchen Bereich eine Verschattung statt, geht der Strom den Weg des geringsten Widerstandes und fließt über die Diode statt über die Solarzellen.

weitere Arten von Solarmodulen

• laminierte Glas-Glas-Module
• Glas-Glas-Module in Gießharztechnik
• Dünnschicht-Module (CdTe, CIS)
• Fluoreszens-Kollektor
  Dieser stellt eine besondere Nutzung von Solarzellen dar. Hier wird die einfallende Strahlung in einer Kunststoffplatte eingefangen. Der Kunststoff ist mit fluoreszierenden Farbstoffen dotiert. Die Solarstrahlung wird vom Farbstoff absorbiert und regt diesen zum Leuchten an. Die dabei emittierte, langwelligere Strahlung verläßt die Platte hauptsächlich an einer Stirnseite, an allen anderen Seiten wird sie durch Totalreflexion oder Spiegelung weitestgehend im Material gehalten. Die entsprechende Stirnseite wird mit Solarzellen bestückt, die optimal auf die durch den Farbstoff emittierte Wellenlänge abgestimmt werden kann. Duch das Stapeln mehrer verschiedener Kunststoffplatten, die jeweils auf einen anderen Wellenlängenbereich optimiert werden, kann der Wirkungsgrad erhöht werden.

(bitte um Mithilfe ...)

Recycling

(bitte um Mithilfe ...) Zu diesem Thema erscheint etwa im März 2004 eine Studie der Ökopol GmbH - Institut für Ökologie und Politik Hamburg http://www.oekopol.de, erstellt im Auftrag des Umweltbundesamtes Berlin

Modulhersteller (Auswahl)

• Aleo Solar GmbH, Oldenburg (Niedersachsen); http://www.aleo-solar.de/
• BP Solar, Hameln (Niedersachsen); http://www.bpsolar.de
• Isofoton (Spanien); http://www.isofoton.com
• RWE Schott Solar (ehem. ASE), Alzenau (Bayern); http://www.rweschottsolar.de
• Scheuten Solar Technology GmbH (ehem. Flabek Solar International), Gelsenkirchen (Nordrhein-Westfalen); http://www.scheutensolarsystems.nl/d/index.htm
• Solara AG, Wismar (Mecklenburg-Vorpommern); http://www.solara.de
• ErSol Solar Energy AG, Erfurt (Thüringen); http://www.ersol.de
• Solar-Factory GmbH (Tochter der SolarWorld AG), Freiberg (Sachsen); http://www.solarfactory.de
• Solarfabrik AG, Freiburg (Baden-Württemberg); http://www.solarfabrik.de
• SolarWorld AG, Bonn (Nordrhein-Westfalen); http://www.solarworld.de
• Solon AG, Berlin (Berlin); http://www.solonag.de

Siehe auch: Modul