Solarmodule

Theoretische Grundlagen

Beschreibung und Daten der Module
Silizium-Grundsubstanz der Solarzelle

Funktionsweise einer Solarzelle

Wirkungsgrad einer Solarzelle

Von Solarzellen zum Modul

Wieviel Strom macht ein Solarmodul?

 Leistungsdaten der Standardmodule

Module mit texturierte Oberfläche für besonders hohe Ausbeute bei geringer Lichteinstrahlung

flexible und klebbare Module (z. B. für Boots- und Outdooreinsatz)

Leistungsdaten der Spezialmodule

Grundsubstanz der Solarmodule - amorphes oder kristallines Silizium

Kyocera KC-80
Para RK 12
Die Grundsubstanz fast aller Solarzellen besteht aus Silizium. Dies kann aus einer Siliziumschmelze als Kristall gezogen und dann in einige µm dicken Schichten (Wafer) geschnitten werden. Diese werden dann dotiert und mit Kontakten versesehen.
Neue Dünnschichttechniken erlauben die Herstellung noch weit dünnerer Schichten sogenannten amorphen Siliziums. Diese Zellen haben mit ca. 7 % einen zwar nur halb so guten Wirkungsgrad wie die kristallinen Zellen, sind jedoch aufgrund des wesentlich geringeren Siliziumverbrauchs preislich günstiger. Man bekommt Dünnschichtmodule schon für unter 5 € pro Wp. Allerdings nimmt der Montageaufwand dieser recht großen amorphen Module pro Wp deutlich zu.

Die empfindliche Siliziumschicht wird mit elektrischen Kontakten an Vorder- und Rückschicht versehen und fertig ist die Solarzelle. Bei Sonnenstrahlung hat sie eine Spannung von 0,58 Volt.
........... zurück zur Themenauswahl Solarmodule..........

Funktionsprinzip einer Solarzelle

Das Sonnenlicht überträgt auf seinem Weg in den Siliziumkristall seine Energie auf einige der dort vorhandenen Elektronen. Diese sausen dann einen kurzen Moment wild herum, werden jedoch schnell wieder von den freien positiv geladenen "Löchern"=Rumpfatomen eingefangen. Anders ist es mit dem Licht, das bis zur Grenzschicht zwischen p- und n-dotierter Siliziumschicht hearankommt. Die auch dort durch das Licht herausgeschlagenen Elektronen werden durch das an der p-n Grenze existierende elektrische Feld so schnell in Richtung n dotierter Fläche (sonnenlichtzugeneigte Fläche) umgelenkt, daß die in der Grenzschicht herumlungernden Atomrümpfe ins Leere gucken müssen. Das ganze geht solange, bis so viele Elektronen die Oberfläche erreicht haben, daß es auch dort zu voll wird und neu nachkommende Elektronen jetzt auch durch dieses neue Oberflächenfeld abgestoßen werden. Ü,berall abgestoß segeln sie dann solange weiter durch die Gegend und hin und wieder auch zurück zur Grenzschicht, bis sie dann doch wieder von den dortigen Löchern eingefangen werden.
Das Licht verlagert also die an der Trennschicht existierende Spannungsdifferenz von 0,58 Volt bis an die Oberfläche des Siliziumkristalls.

Schließt man die Vorderseite nun über einen Verbraucher an die Kontakte der Rückseite an, können die Elektronen über diesen Weg und über die p-Schicht wieder zur Grenzfläche zurückwandern. Deren von dem Licht aufgenommene Energie lassen sie dabei bildlich gesprochen im Verbraucher(z. b. Glühbirne) zurück.Über die durchs Sonnenlicht immer wieder in der Grenzschicht freigesetzten Elektronen wird immer wieder Elektronennachschub für den Weg über den Verbraucher freigesetzt.
........... zurück zur Themenauswahl Solarmodule..........

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle

Die Kunst besteht nun darin, den Wirkungsgrad dieser Zellen möglichst groß zu machen. Der Wirkungsgrad wird im wesentlichen bestimmt durch die Menge des Lichtes, daß durch die Oberflächenbeschichtung bis an die Grenzschicht zwischen n und p- dotierter Siliziumschicht herankommt und dort Elektronen herausschlagen kann.
Der Weg, den diese Elektronen nun bis zur Ableitungselektrode zurücklegen müssen, soll klein sein, damit sie unterwegs nicht wieder von "leeren" Atomen aufgefangen werden , andererseits soll die dotierte Schicht groß sein, damit das Licht auch genug Atome zum "Elektronenherausschlagen" findet. Da Licht in Materie jedoch auch einfach so absorbiert wird, ohne Elektronen herauszuschlagen, darf die Schicht auch nicht zu dick sein, damit an dessen Ende auch noch ein bißchen Helligkeit ankommt.
Der andere begrenzende Faktor für den Wirkungsgrad ist die Beschaffenheit der Oberfläche. Zum einen müssen die aufgedampften Gegenelektroden nah an der aktiven Fläche sein, sie müssen auch eine große Oberfläche haben, damit die herausgeschlagenen Elektronen auch "PLatz" darauf haben und sie müssen dick genug sein, damit im Falle eines Stromflusses auch genug Elektronen, ohne sich gegenseitig zu behindern, dadurchfließen können, d.h. der Widerstand muß klein sein. Gleichzeitig darf die Fläche nicht zu groß sein, denn diese wirkt letzlich als ein Schatten für das Licht, das auf den Kristall auftrifft.

Mit immer neuer Formgebung der Elektroden versucht die Industrie auch noch das letzte herauszuholen. Der dritte begrenzende Faktor ist die geometrische Struktur der Oberfläche. Diese soll möglichst so beschaffen sein, daß kein Licht reflektiert wird. Erstaunliche Ergebnisse gerade für flach einfallendes, schwaches Licht bilden hier Sondermodule I mit texturierte Oberfläche

........... zurück zur Themenauswahl Solarmodule..........

Aus Solarzellen werden Module

Je nach der benötigten Ausgangsspannung werden unterschiedlich viele Module in Reihe geschaltet und davon dann 1 oder mehrere Reihenschaltungen dann zu kompletten Modulen verschaltet. Für Modul mit 12 Volt Systemspannung benötigt man eine MPP Spannung von ca 17 Volt und eine Leerlaufspannung von ca 21 Volt. (Grund für die höhere Spannung) 38 Solarzellen mit einer Leerlaufspannung von 0,58 Volt ergeben 38 x 0,58 = 22,04 Volt. Die Anschlüsse sind in einer Anschlußdose vorgesehen, Manchmal sind dort auch ein paar Bypassdioden eingelötet. Die Bypassdioden haben den Sinn, den von belichteten Solarzellen erzeugten Strom an den z. B. durch Schattenwurf unbelichteten Solarzellen vorbeizuleiten. Ohne Bypassdioden käme der Strom nur mit Verlusten dadurch.
Die lichtsensitive Schicht des Moduls ist in der Regel in Glas eingebunden und auf der Rückseite kunststoff- oder metallbeschichtet.Heutzutage sind Solarmodule sehr robust und recht unempfindlich gegenüber Flächenspannungen und Oberflächenbelastungen.Der umgebende Rahmen ist mit Schraublöchern versehen und kann entweder auf Edelstahlstreben verschraubt werden oder z. B. auf Wagendächern auf Kunststoffmontageecken geklebt oder verschraubt werden. Auf die Module wird in der Regel eine 20-jährige Garantie von 80% -95% der Leistung gegeben.
........... zurück zur Themenauswahl Solarmodule..........

Wieviel Strom macht ein Solarmodul?

Solarmodule bestehen aus einer Vielzahl zusammengeschalteter Solarzellen, die Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln. Meistens werden Module mit Systemspannungen von 12 oder 24 Volt geliefert. Die eigentliche Spannung am Modul ist höher und hängt sowohl von der Umgebungstemperatur, der entnommenen Leistung und ein bißchen von der Stärke des eingestrahlten Sonnenlichts ab. Schließt man nun einen Verbraucher an das Modul an, fließt Strom durch den Verbraucher und die Spannung fällt ab und zwar entsprechend der im Schaubild 1 dargestellten Kennlinie.

Bild 1 Kennlinien des Moduls Atersa 75 in Abh. der Bestrahlung

. Man kann deutlich erkennen, daß der entnehmbare Strom nahezu proportional mit der Lichteinstrahlung ansteigt. Interessant ist noch ein anderer Effekt.Wie man sieht ist der entnehmbare Strom, angefangen vom Kurzschlußfall I = Isc A, U =0 V über einen weiten Spannungsbereich zunächst fast konstant, auch wenn die Spannung erhöht wird. Erst ab einem bestimmten Wert sinkt der Strom zunächst leicht und bei noch höherer Spannung rapide ab, bis der Stromwert 0 A erreicht. Die so erreichte Spannung nennt man Leerlaufspannung. Auf den Typenschildern der Module wird dieser als Uoc (open circuit) angegeben. Nun, mit hohen Strömen allein ist noch nichts gewonnen. Für die Energiegewinnung aus dem Sonnenlicht ist allein die Leistung entscheidend. Diese ist das Produkt aus Spannung und Strom, und hat, wie man in Scghaubild 2 sieht ein Maximum, ungefähr bei 17 Volt. entnimmt man einem Modul in diesem Arbeitspunkt den Strom, arbeitet es mit maximaler Effizienz. Im Gegensatz z. b. zu normalen Ladereglern, die dem Modul den Strom bei der von der Solarbatterie vorgegebenen Batteriespannung entnehmen(zwischen 10,8 und 14,4 Volt) gibt es sog MPP opder MPT Regler die dem Modul den Strom genau in diesem MPP (=Maximum-Power-Point) Arbeitspunkt entnehmen. Solche Regler erhöhen die Effiozienz also um bis zu 30 %.Die Leistung in diesem Wert wird als Wp oder Wattp (=Wattpeak) bezeichnet
Dieser Watt-Peak(Wp) genannte, stark strahlungsabhängige Wert wird international als Vergleichsmaßstab für die Leistung von Solarmodulen benutzt. Bei vielen Händlern, v.a bei Internetauktionen wird mit höheren Wattwerten für Module geworben, den sog Watt-Tagesleistungswerten. Dies ist physikalisch Blödsinn und soll den Käfern nur höhere Leistungen vorgaukeln. Näheres hier
Zurück zu den international gebrächlichen und genormten Wp-Werten. Ein 100 Wp-Modul, bei 25 °C Umgebungstemperatur, das senkrecht zur Bestrahlungsrichtung ausgerichtet ist, liefert nach dieser Konvention bei einer Strahlungsstärke von 1KW/m2 Sonnenlicht, daß unter einem Winkel von 48° auf den Erdboden trifft genau 100 Watt. (grobe Näherung der STC=Standardtestbedingungen) Das entspricht der Einstrahlung eines richtig schönen Sonnentages. Bei normaler, geschlossener, leichter Bewölkung (weiße und nicht tiefgraue Wolken) fällt die Leistung auf ca. 10 % ab. Übers Jahr hinweg gesehen werden jedoch 2/3 des Gesamtertrag von diesem diffusen Licht erzeugt (hier ist eben immer schlechtes Wetter). Deswegen lohnt es sich auch richtig, ein Modul aufs LKW-Dach zu installieren und dann in Spanien zu überwintern. Das bringt das Vielfache.


........... zurück zur Themenauswahl Solarmodule..........
y

Daten der angebotenen Standardsolarmodule

Hersteller/
Modultyp		 Nenn-
leistung		 Spannung im MPP
Strom im MPP
Leistung im MPP		 Zellentyp System-
spann.		 Länge x Breite
x Höhe in mm 		Gewicht
Kg		 Kurzschlußstrom/
Leerlaufspannung/
Spannungs-Temperaturkoeffizient		 Garantie ..J/
auf ..% der Nennl.
Isofoton/

I-106/12		106 Wp (+-5%)Umpp=17,4V
Impp=6,1A

Pmpp=106Wp		monokr.12 V1310 x 654 x 39,5116,54 A
21,6 V		20J 88%
Isofoton/

I-53		53 Wp (+-5%)monokr. 12 V20J 88%
Isofoton/

I-159		159 Wp (+-5%)Umpp=17,4V
Impp=9,14 A Pmpp=159 Wp		monokr.12 V1310 x 969 x 39,5 16,5 9,81 A
21,6 V		20J 88%
Evergreen/

E-55		55 Wp (+-nn%)Umpp=17,1V
Impp=3,2 A Pmpp=54,7 Wp		polykr.12 V814 x 653 x 35 6,8 3,7 A
20 V		10J 90%
20J 80%
Atersa/

A-75		75 Wp (+- 5%)Umpp=17 V
Impp=4,4 A
Pmpp= 74,8 Wp		monokr.12 V1200 x 526 x 35/35 8,24,8 A
21 V		10J 90%
20J 80%
Atersa/

A-120		120 Wp (+-5%)Umpp=16,9 V
Impp=7,1 A
Pmpp= 120 Wp		monokr.12 V1477 x 660 x 35 11,97,7 A
21 V		10J 90%
20J 80%
Kyocera/

KC-40T		43 Wp (+15%/-5%)Umpp=17,4 V
Impp=2,48 A
Pmpp=43,15 Wp		polykr.12 V526 x 652 x 36/544,5 2,65 A
21,7 V
-82,1mV/Gr.C		25J 80%
Kyocera/

KC-50T		54 Wp (+15%/-5%)Umpp=17,4 V
Impp=3,11 A
Pmpp=54,1 Wp		polykr.12 V639 x 652 x 36/545 3,31 A
nn
-82,1mV/Gr.C		25J 80%
Kyocera/

KC-60		60 Wp (+-5%)Umpp=16,9 V
Impp=3,55 A
Pmpp=60 Wp		polykr.12 V751 x 652 x 36/546 3,73 A
21,5 V
-78mV/Gr.C		25J 80%
Kyocera/

KC-65T		65 Wp (+10%/-5%)Umpp=17,4 V
Impp=3,75 A
Pmpp= 65,25 Wp		polykr.12 V751 x 652 x 36/566 3,99 A
21,7 V
-82,1mV/Gr.C		25J 80%
Kyocera/

KC-85T		85 Wp (+10%/-5%)Umpp=17,4 V
Impp=5,02 A
Pmpp= 87,35 Wp		polykr.12 V1007 x 652 x 36/568,3 5,34 A
21,7 V
-82,1mV/Gr.C		25J 80%
Kyocera/

KC-125		125 Wp (+10%/-5%)Umpp=17,4 V
Impp=7,2 A
Pmpp= 125,28 Wp		polykr.12 V1425 x 652 x 36/56 12,2 8 A
21,7 V
nn		25J +-25%
FEE/

Para RK12		12 Wp12 Wpamorph12 V 930 x 317 x 12,54,10,9
Total Energie/

TE400		40 Wp (+-5%) Umpp=17,3 V
Impp=2,3 A
Pmpp=39,8 Wp		polyk.12 V662 x 557 x 24/?4,452,5 A
21,8 V
-38,1 mV/Gr.C		nn
Total Energie/

TE500/50		50 Wp (+-5%) Umpp=17 V
Impp=2,8 A
Pmpp=47,6 Wp		polyk.12 V1003 x 462 x 24,5/4563,1 A
21,6		20J 80%
Total Energie/

TE500/55		55 Wp (+-5%) Umpp=17,5 V
Impp=3,2 A
Pmpp= 56 Wp		polyk.12 V1003 x 462 x 24,5/4563,5
22,2		20J 80%
Total Energie/

TE500/60		60 Wp (+-5%) Umpp=17,9 V
Impp=3,35 A
Pmpp= 60 Wp		polyk.12 V1003 x 462 x 24,5/4563,7
22,5		20J 80%
Photowatt/

PW850/80		80 Wp (+x%/-6,2%) Umpp=17,3 V
Impp=4,6 A
Pmpp= 80 Wp		polyk.12 V1237 x 556 x 24/4585
21,6
-79mV/K		25J 80%
ASE/

ASE-50-ETF/50		50 Wp (+-10%) Umpp=17,2 V
Impp=2,9 A
Pmpp= 50 Wp		EFG12 V975 x 452 x 34,5/??6,13,2
20,0
-76mV/K		10J 90%
Solarex/

MST43LV		43 Wp (+-10%)Umpp=16,7 V
Impp=2,64 A
Pmpp=42,8 Wp		Dünnsch.12 V1231 x 655 x 50/50 15,53,53 A
22,3 V		20J 80%
Sondermodule siehe unten

Bemerkungen zur Montage

Die Maß&e können sich zwischenzeitlich geringffügig geändert haben Zu beachten ist bei oben angegebenen Höhenmaßen noch, daß sich dieerste Ziffer der Tiefe nur auf die Höhe des Rahmens bezieht, die zweite Ziffer ist die Tiefe des Anschlußkastes. Auch ist bei der Montage auf einen genügend großen Abstand zum Untergrund zu achten, damit das Solarmodul durch freien Luftaustausch gekühlt werden kann(dann steigt die Leistung).
Andere Modulgrößen mit anderen Leistungen und Spannungen gibt es auf Anfrage. Montagematerial für die Montage auf Hausdächern siehe hier.
........... zurück zur Themenauswahl Solarmodule..........

Module mit texturierter Oberfläche

Wie oben beschrieben, hängt der Wirkungsgrad einer Solarzelle entscheidend von seiner Oberfläche ab, wieviel Licht reflektiert wird und wieviel von dem Schatten der aufgedampften elektrischen Kontakte nicht durchgelassen wird. Das von BP entwickelte Modul BP 585S ist das non plus ultra auf dem Markt. Durch die pyramidenförmige Oberfläche wird das auftreffende Licht mehrfach reflektiert und da bei jedem Reflexionsprozeß was hängenbleibt, wird also mehr Licht eringefangen. Dies macht sich insbesondere an Morgen und Abendstunden bemerkbar, wenn der Lichteinfall sehr schwach ist. Planparalelle Flächen würden hier alle Strahlen, die z. B. unter einem Winkel kleiner als dem Brewsterwinkel ung. 5 ° total reflektieren. Da aber auch bei schlechtem Wetter die meisten Strahlen unter einem flachen Winkel auf das Modul treffen, ist die Ausbeute dieser Spezialzellen auch gerade bei schlechtem Wetter sehr hoch.

Die elektrischen Anschlüsse werden nicht nur einfach aufgedampft, sondern quasi in eine mit Lasern eingefräste Nut hineingedampft. Der Vorteil ist eine geringere Abschattung der aktiven Oberfläche bei trotzdem ausreichend großem Leitungsquerschnitt. Die verbesserte Ertragslage ist folgendem Schaubild zu B entnehmen
........... zurück zur Themenauswahl Solarmodule..........

flexible Module

Für viele Anforderungen werden besondere Anforderungen an Solarmodule gestellt, so z.B. im Outdoorbereich sollen die Module leicht robust und wenn m/ouml;glich faltbar sein. Auch der weit größere Anwendungsbereich für Solartechnik im Bootsbereich sind begehbare und extrem kratzfeste Module von Vorteil. Angeboten werden Module der Hersteller Solara, Unisolar und Photowatt. Die Module können aufgeklebt oder aufgeschraubt werden.
leicht flexibles Modul SM225M


Die SOLARA Module aus V4A-Edelstahl sind leicht biegbar, sehr dünn und leicht. Flach aufgeklebt oder aufgeschraubt sind die Module begehbar und fügen sich auch leicht gewölbten Dächern an. Auf Grund der Kunststoffoberfäche kann kein Glasbruch entstehen. Diese Solarmodule mit Hochleistungs-Solarzellen aus der Raumfahrttechnik sind besonders ergiebig und haben 1,5m langes Kabel. Für die SOLARA M-Serie gibt es als schönen und sinnvollen Abschluß der Modulkante.einen zusätzlichen schwarzen Kantenschutz aus UV-beständigen Kunststoff mit Edelstahlverstärkung.
leicht flexible Module von Solarwatt vollflexible Module von Unisolar

Aufgrund einer dünnen mit seewasserbeständigen Rückseitenschicht aus EVA-Aluminium besonders leicht und etwas flexibel sind die Module von Photowatt.
Voll flexibel und total biegbar und damit für Outdooranwendungen besonders geeignet sind jedoch die Module von Unisolar
........... zurück zur Themenauswahl Solarmodule..........

Daten der angebotenen Spezialmodule

Hersteller/
Modultyp		 Nenn-
leistung		 Spannung im MPP
Strom_im_MPP
Leistung im MPP		 Zellentyp Eigenschaften Länge x Breite
x Höhe in mm 		Gewicht
Kg		 Kurz- schluß- strom/
Leer- lauf- spannung/
Spannungs-temperaturkoeffizient		 Gsarantie
in ? Jahren
auf ?% der Nennleistung
Solarwatt/

M 15-36 TEA LK		15 Wp (+-10%)Umpp=?V
Impp=0,87A

Pmpp=15Wp		?leicht flexibel550 x 235 x 20,70,95 A
? V
-?mV/Gr.C		?
Solarwatt/

M 30-36 TEA LK		30 Wp (+-10%)Umpp=17,1V
Impp=1,75 A

Pmpp=30 Wp		?leicht flexibel 540 x 440 x 21,31,95 A
21,96 V		?
Solarwatt/

M 60-36 TEA LK		60 Wp (+-10%)Umpp=?V
Impp=3,51 A Pmpp=60 Wp		?1leicht flexibel1000 x 440 x 2 6,8 3,81 A
? V		?
BP Solar/

BP585S		85 Wp (+-5%)Umpp=18 V
Impp=4,72 A
Pmpp=85 Wp		monokr./
Saturn-
technik		höchst effizient bei Schwachlicht 1209 x 537 x 507,75 A
22,1 V		25 J auf 80%
Unisolar/

USF-05		5 Wp (+- 10%)Umpp=16,5 V
Impp=? A
Pmpp= 5,0 Wp		amorph 3 Schichttechnik, vollflexibel247 x 554 x 5 0,54? A
? V		5 J
Unisolar/

USF-11		11 Wp (+-10%)Umpp=16,5 V
Impp=? A
Pmpp= 10,3 Wp		amorph3 Schichttechnik, vollflexibel425 x 554 x 5 0,91? A
? V		5 J
Unisolar/

USF-32		32 Wp (+-10%)Umpp=16,5 V
Impp=? A
Pmpp=32,0 Wp		amorph3 Schichttechnik, vollflexibel425 x 1430 x 52,14 ? A
? V		5 J
Solara/

SM40M		10 Wp (-15%)Umpp=19 V
Impp=0,63 A
Pmpp= 12 Wp		kristallinhocheffizient 3% Biegsamkeit445 x 267 x 21,3 0,7 A
22,6 V		?
Solara/

SM80M		20 Wp (-15%)Umpp=19 V
Impp=1,21 A
Pmpp= 23 W		kristallinhocheffizient 3% Biegsamkeit 440 x 460 x 2 2,0 1,3 A
22,6 V		?
Solara/

SM120M		34 Wp (-15%)Umpp=19 V
Impp=1,78 A
Pmpp=33,82 W		 kristallinhocheffizient 3% Biegsamkeit590 x 460 x 2 3,11,9 A
22,6 V		?
Solara/

SM160M		45 Wp (-15%)Umpp=19 V
Impp=2,36 A
Pmpp=44,8 W		 kristallinhocheffizient 3% Biegsamkeit756 x 450 x 2 3,7522,6 V2,5
Solara/

SM225M		68 Wp (-15%) Umpp=19 V
Impp=3,67 A
Pmpp= 69,7 W		 kristallinhocheffizient 3% Biegsamkeit800 x 645 x 25,43,8 A
22,6 V		?
Standardmodule siehe oben



Preise: Standardmodule
Preise: flexible Module
Preise: texturiertes Modul/ Sondermodule

Kontakt.......... zurück nach oben.......... Ein Schritt zurück


Home/Themenauswahl