Solarpanel: Aufbau und Funktion, Bedeutung und Kosten

Das Zentrum jeder Photovoltaikanlage sind die Solarpanels oder Solarmodule. Ihre Leistungsfähigkeit ist entscheidend für den Stromertrag – und damit für das Gelingen der Energiewende. Mit dem Ziel der Klimaneutralität wird die Bedeutung von Solarpanels auch für private Haushalte in Zukunft weiter steigen.

In diesem Beitrag geben wir Ihnen einen Überblick über den Aufbau von Solarmodulen, ihre Funktionsweise und ihre Kosten. Darüber hinaus fassen wir wichtige Infos zu den Themen Wartung, Recycling und technologische Weiterentwicklungen für Sie zusammen. 

Bedeutung: Warum sind Solarpanels so wichtig für die Energiewende?

Klimawandel und Energiewende machen die Abkehr von fossilen Brennstoffen und den Ausbau der erneuerbaren Energien zwingend notwendig. Das gilt nicht nur für Industrie und öffentliche Versorgung: auch immer mehr private Haushalte setzen auf die größte kostenlose Energiequelle, die uns auf der Erde zur Verfügung steht: die Sonne. 

Die Umwandlung des Sonnenlichts in elektrische Energie funktioniert nur mit Solarpanels – auch Solarpanele, Solarmodule, Photovoltaik-Modula oder PV-Module genannt. Damit sind Solarpanels unverzichtbar für die erfolgreiche Energiewende und die nachhaltige Stromversorgung von Privathaushalten. 
 

Aufbau und Funktion eines Solarpanels 

Unsere Solarpanels für Hausdächer bestehen aus einem Verbund von 54 Solarzellen (108 Halbzellen). Mehrere dieser Solarpanels werden zusammen zu einer Photovoltaikanlage, die auf dem Dach installiert wird und über elektrische Steckverbindungen miteinander verbunden ist. Neben den sichtbaren Solarmodulen gehören ein Wechselrichter und in vielen Fällen ein Stromspeicher zur PV-Anlage.
 

Der Aufbau eines Solarpanels gliedert sich in mehrere Schichten: 

Schicht 1: Das circa 4 mm dicke Frontglas bildet die oberste Schicht. Sie schützt das Modul vor Temperaturschwankungen sowie äußeren Einflüssen wie Regen, Hagel, Schnee, Blättern, Ästen und Verschmutzungen.

Schicht 2: Unter dem Frontglas befindet sich eine Kunststoff- oder Gießharzschicht, die das Eindringen von Wasser und Feuchtigkeit verhindern soll.

Schicht 3: In der dritten Schicht sitzen die miteinander verbundenen Solarzellen unter einer Antireflexionsbeschichtung, die die Ertragsleistung steigert.

Schicht 4: Unter den Solarzellen befindet sich eine weitere Gießharz- oder Kunststoffschicht, damit die Solarzellen von beiden Seiten wassergeschützt sind.

Schicht 5: Die Unterseite der Solarmodule besteht aus einer Kunststofffolie oder einer Glasplatte.

Zusammenhang: Solarzelle, Solarmodul und Solarpanel

Die folgende Grafik zeigt bildlich, dass ein Solarpanel bzw. ein Solarmodul aus vielen Solarzellen aufgebaut ist und eine feste Einheit bildet.   

So funktioniert die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom

Die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie – der sogenannte photoelektrische Effekt – vollzieht sich in den Solarzellen. Damit das funktioniert, braucht es einen festen Verbundstoff (z. B. Halbeiterschichten aus Silizium) und eine Photonenquelle – die Sonne. 

Trifft das Sonnenlicht auf die Halbleiterschichten, geben die Photonen ihre Energie ab. Dadurch geraten die Elektronen in der Halbleiterschicht in Bewegung und erzeugen elektrische Spannung. Diese elektrische Spannung wird als Gleichstrom (DC) über Kontakte, mit denen die Solarzellen miteinander verbunden sind, zum Wechselrichter geleitet. Hier wird der Gleichstrom in Wechselstrom (AC) umwandelt, damit er im Haushalt genutzt werden kann.

Weitere Informationen bekommen Sie in unserem Beitrag: Wie funktioniert Photovoltaik?  
 

Leistung von Solarpanelen: Welche Faktoren spielen eine Rolle?

Die wesentlichen Kennzahlen und Einflussfaktoren für die Leistung von Solarpanelen sind Nennleistung, Wirkungsgrad, Lebensdauer sowie Ausrichtung und Neigungswinkel. Im Folgenden stellen wir Ihnen diese Faktoren kurz vor. 

Die Nennleistung eines Solarpanels ist die maximal mögliche Leistung unter Laborbedingungen. Die Nennleistung wird vom Hersteller ermittelt. Formell erfolgt die Angabe in Watt-Peak (Wp), weshalb man auch von der Peakleistung spricht. Nennleistungen für ganze Solaranlagen werden hingegen in Kilowatt-Peak (kWp) angegeben. 

Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls beziffert, wie viel Prozent der einfallenden Sonnenenergie je Solarzelle in Strom umgewandelt werden kann. Je nach Art des Moduls liegt der Wirkungsgrad zwischen 10 % und bis zu circa 24 %. Die Wirkungsgrade kompletter Solaranlagen beziehen auch technische Verbrauchsverluste mit ein und sind daher immer etwas geringer als die Wirkungsgrade ihrer Panels und Solarzellen. 

Die Lebensdauer von Solarpanelen ist ebenfalls elementar für die Ertragsleistung und Wirtschaftlichkeit eines Solarpanels. Unabhängig von der Nennleistung und dem Wirkungsgrad halten Module heute etwa 25 Jahre.

Auch der Neigungswinkel der Solarpanele zur Sonne hat Einfluss auf die Ertragsleistung. Die besten Stromerträge werden in Deutschland durchschnittlich mit einem Neigungswinkel von 30° bis 35° erzielt. 

Nicht zuletzt ist die Ausrichtung der Panels auf dem Dach (z. B. Süd, Ost-West) entscheidend für die Ertragsleistung der Solaranlage. Nach Süden ausgerichtete PV-Anlagen erzeugen mittags am meisten Strom, während Ost-West-Anlagen den Strombedarf in den Morgen- und Abendstunden besser direkt versorgen können. 

Ausführliche Informationen zu den einzelnen Leistungsfaktoren inklusive Ermittlungsanleitung der optimalen Anlagengröße finden Sie in unserem Blogartikel Leistung von Solarmodulen. 
 

Welche Arten von Solarpanels gibt es?

Die gängigsten Arten von Solarpanels bei Eigenheimen sind monokristalline und polykristalline Solarmodule. Darüber hinaus gibt es sogenannte Dünnschicht-Module. Sie kommen jedoch aufgrund ihrer geringen Wirkungsgrade bei privaten Immobilien nur sehr begrenzt zum Einsatz. 

Heutzutage werden in der Regel dickschichtige monokristalline Solarpanels genutzt. Sie sind robust und haben aufgrund ihres höheren Wirkungsgrads die älteren polykristallinen Solarpanels, die Sie am bläulichen Schimmern erkennen, weitestgehend verdrängt. 

Vor- und Nachteile von Solarpanel-Typen im Überblick

Nicht zuletzt wegen ihrer Bedeutung für die Energiewende schreitet die technologische Entwicklung von Solarpanelen mit großen Schritten voran. Mittlerweile hat sich die Halbzellen-Technologie etabliert, die die Effizienz von Solarpanelen um circa 5 % im Vergleich zu Vollzellen-Modulen steigert. Sogenannte Glas-Glas-Module, bei denen nicht nur die Vorder- sondern auch die Rückseite des Panels eine Glasschicht hat, kennzeichnen sich durch eine noch höhere Lebensdauer im Vergleich zu Glas-Folie-Solarpanelen. Nicht zuletzt forscht man intensiv an neuen Materialkombinationen und Alternativen zum Silizium-Solarmodul.
 

Was kosten Solarpanele?

Pauschal lassen sich die Kosten nur schwer beziffern, denn die Preise schwanken und sind von vielen Faktoren wie Hersteller, Wettbewerb, Lieferketten und Materialien abhängig. Bei den gängigsten Solarpanels können Sie aktuell mit folgenden Kosten rechnen: 
 

Allerdings braucht es für eine Photovoltaikanlage mehr als „nur“ Solarpanele – diese machen derzeit etwa 30 % der Gesamtinvestition für die Solaranlage aus. Hinzu kommen die Kosten für Montage, Wechselrichter, einmalige Netzanschlusskosten sowie Betriebskosten und Versicherung und eventuelle weitere Komponenten wie Stromspeicher und Wallbox.

Konkrete Rechenbeispiele für die Anschaffungskosten einer Photovoltaikanlage finden Sie in unserem Blogbeitrag Solaranlage Kosten: Was kostet eine PV-Anlage? 
 

Wie arbeiten Solarpanele möglichst effizient?

Wir haben weiter oben bereits skizziert, wie wichtig neben den eigentlichen Leistungskennzahlen auch der Neigungswinkel der Module und ihre Ausrichtung zur Sonne sind. Ihr Installationsbetrieb wird sich bei der Planung genau anschauen, ob die Leistung der Solarpanels eventuell durch Verschattungen durch große Bäume oder umliegende Gebäude beeinträchtigt wird. 

Aber auch starke Verschmutzungen können einen Einfluss auf die PV-Leistung haben. In aller Regel sorgen Regen, Wind und Schnee für eine Selbstreinigung der Panels. Doch es gibt spezielle Umstände, bei denen sich die Reinigung der Solarpanels empfiehlt. Wann und wie genau? Das erläutern wir Ihnen in unserem Blogbeitrag Photovoltaik-Reinigung. 
 

Recycling: Was passiert mit den Solarpanels am Ende ihrer Lebenszeit? 

Haben Solarpanels das Ende ihrer Lebensdauer erreicht, werden sie zum größten Teil dem Recycling-Kreislauf zugeführt. Das ist in Deutschland mittlerweile gesetzlich geregelt. Formal fällt die Entsorgung ausgedienter Solarmodule unter das Gesetz zur Rücknahme alter Elektrogeräte. Das heißt, der Hersteller einer Photovoltaikanlage bzw. ihrer Module ist verpflichtet, selbige unentgeltlich zurückzunehmen und fachgerecht zu entsorgen. 

Ende 2022 lag die Recycling-Quote von Solarpanels in Deutschland bereits bei mehr 95 %. Insbesondere Aluminium, Glas und die unterschiedlichen Kunststoffe lassen sich problemlos recyceln. Aufgrund der zunehmenden Menge an Solarmodulen bereitet sich die Entsorgungswirtschaft bereits darauf vor, künftig auch größere Zahlen von Modulen zu möglichst 100 % zu recyceln. Das Ziel ist gemäß Direktive des Bundesumweltamtes eine vollumfänglich funktionierende und wirtschaftlich effiziente Photovoltaik-Kreislaufwirtschaft. 

Für weiterführende Informationen empfehlen wir Ihnen unseren Blogbeitrag Recycling und Entsorgung von Photovoltaikanlagen.