Solarzelle – Was genau ist das und wie funktioniert sie?

Viele Solarzellen auf einem Dach bilden eine Solaranlage

Solarzellen werden zunehmend begehrter. Immer mehr und mehr Leute denken über eine private Anschaffung nach. Was Sie wissen sollten und wie Sie für sich die perfekte Solarzelle auswählen, erfahren Sie hier.

Definition und Funktionsweise einer Solarzelle

Solarzellen sind Bauelemente, welche Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln. Diese Technologie ist eines der Kernelemente der erneuerbaren Energien und wird auch Photovoltaik genannt. 

„Photo“ stammt aus dem Griechischen und bedeutet Licht. Ebenso ist das Wort „Volt“ enthalten, was die Maßeinheit für elektrische Spannung ist. Da Solarzellen eine direkte Umwandlung der Sonnenenergie zu Strom bewirken, kann bei dieser Energiegewinnungsform auf die Verwendung eines Generators verzichtet werden.

Viele Solarzellen, die ein Modul bilden auf einem Schrägdach

Meist werden mehrere Solarzellen in eine Solaranlage verbaut, denn eine Solarzelle alleine erzeugt nur sehr wenig Strom. Daher werden in eine Solaranlage im Durchschnitt 60 Solarzellen integriert. Die Zusammenfassung mehrerer Solarzellen in einer Solaranlage nennt man auch Solarmodul. 

Eine Solarzelle produziert dann Strom, sobald Lichtstrahlen auf sie eintreffen. Die Photonen der Sonnenstrahlen setzen im Material der Solarzelle Elektronen frei, die dann als Gleichstrom durch die Verkabelung fließen. 

Dieser Gleichstrom fließt anschließend zum Wechselrichter, wo er in Wechselstrom umgewandelt wird. Erst dann lässt er sich nutzen und in das öffentliche Stromnetz einspeisen. Vom Wechselrichter aus läuft der Strom über einen Zähler ins Hausstromnetz. 

der Aufbau einer Mini PV-Anlage wird hier aufgezeigt

An sonnigen Tagen kommt das Hausstromnetz mit dem erzeugten Strom der Solarzelle aus. Falls ein Überschuss an Strom von der Solarzelle erzeugt wird, wird dieser in das öffentliche Netz abgeführt. Im Falle schlechten Wetters muss Strom aus dem öffentlichen Netz hinzugezogen werden, um den Bedarf des Hausnetzes zu decken.

Entgegen des Volksglaubens helfen weder die UV-Strahlen noch die Wärme bei der Stromproduktion in der Solarzelle. Tatsächlich sind es ausschließlich die Photonen, die für den Prozess wichtig sind. Interessanterweise trägt Wärme noch nicht mal zur Steigerung der Wirkungskraft bei, sondern reduziert sie. 

Die historische Entwicklung der Solarzelle

Viele Solarzellen nebeneinander bilden eine Fläche mit Wolken im Hintergrund

Bereits 1839 stellte Antoine Becquerel fest, dass man Sonnenstrahlen zur Gewinnung von elektrischer Energie nutzen konnte. Lange Zeit experimentierten zahlreiche Forscher an weiteren Systemen, wie man diese erzeugte Energie produktiv einsetzen kann. Fast 100 Jahre später gelang es dann Chapin, Fuller und Pearson von dem Unternehmen Bell im Jahr 1953 die erste Solarzelle aus Silizium zu produzieren. Der Wirkungsgrad zur damaligen Zeit betrug lediglich 6% und die Produktionskosten waren immens hoch, jedoch war der erste Meilenstein gelegt. 

In den nächsten Jahren wurde die Solarzelle vor allem in der Raumfahrt verwendet und an Satelliten befestigt. Über die Jahre forschten weitere Wissenschaftler daran, den Wirkungsgrad immer weiter zu erhöhen und auch die Lebensdauer zu verlängern. 

Öffentliches Interesse bekam die Solarzelle vor allem nach Anfang der 1970er durch die erste Ölkrise und die damit verbundenen steigenden Ölpreise. Die Akzeptanz und das Vertrauen auch für die private Nutzung sind in den letzten Jahren um einiges gestiegen. In den letzten Jahrzehnten hat sich das Interesse an der Solarzelle dann nochmals um ein Vielfaches gesteigert. Denn mit dem Voranschreiten des Klimawandels werden nachhaltige, erneuerbare Energien wie die Solarenergie immer wichtiger.

Welche Arten von Solarzellen gibt es?

Aktuell werden vier verschiedene Arten von Solarzellen für die Privatperson angeboten. Diese vier Möglichkeiten haben jeweils andere Vor- und Nachteile, die Ihnen im Folgenden vorgestellt werden.

Monokristalline Solarzelle:

Erkennbar sind die monokristallinen Solarzellen an ihrer dunkelblauen bis schwarzen Farbgebung. Diese Farbe begründet sich aus dem Herstellungsprozess. Bei dieser Art der Solarzelle wird die Siliziumscheibe aus nur einem einzigen Siliziumkristall produziert. Die Siliziumscheibe ist bei allen Arten der Solarzelle die Grundfläche. 

Die Herstellung einer einheitlichen, ganzen Siliziumscheibe ist sehr aufwendig. Hinzu kommt, dass die Siliziumkristalle meist nicht quadratische sind und es dadurch zu einer nicht optimalen Ausnutzung der Grundfläche kommt. Dafür erreicht diese Solarzelle jedoch einen hohen Wirkungsgrad.

Polykristalline Solarzelle:

Wie der Name schon vermuten lässt, handelt es sich bei den polykristallinen Solarzellen um nicht nur ein Siliziumkristall, sondern um gleich mehrere. Verschiedene Blöcke von Kristallen werden hergestellt und anschließend aneinandergereiht. Dadurch entsteht eine klar erkennbare Kristallstruktur, die charakteristisch für polykristalline Solarzellen ist. 

Die Ausnutzung der Grundfläche ist deutlich einfacher als bei der monokristallinen Solarzelle und dadurch in der Herstellung auch kostengünstiger. Jedoch leidet der Wirkungsgrad unter den vielen unterschiedlichen Siliziumkristallen. Damit ist diese Solarzelle weniger Effizient als die monokristalline Solarzelle.

Monokristalline, Polykristalline Solarzellen und ein Dünnschichtmodul nebeneinander aufgereiht

Dünnschichtmodule:

Die Dünnschichtmodule sind Teil der sogenannten amorphen Solarzelle. Das heißt, dass sie keine kristalline Struktur vorweisen. In der Herstellung wird eine nur dünne Schicht von Silizium und anderen Stoffen aufgetragen. Diese Schicht ist um einiges dünner als bei der monokristallinen oder polykristallinen Solarzelle. 

Durch diese Art der Herstellung werden Materialkosten und Produktionskosten gespart. Deshalb sind Dünnschichtmodule deutlich preiswerter. Ein weiterer Vorteil besteht in der Leichtigkeit der Solarzelle aufgrund der dünneren Schicht. Demzufolge ist die Anbringung an Hauswänden flexibler und leichter. Ein Nachteil jedoch ist die Tatsache, dass Dünnschichtmodule nur einen geringen Wirkungsgrad vorweisen.

CIGS Module:

Hierbei handelt es sich um eine spezielle Art der Dünnschichtmodule. In die Dünnschichtmodule wird der Werkstoff Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) verarbeitet. Dies generiert einen deutlich höheren Wirkungsgrad im Vergleich zum normalen Dünnschichtmodul. Dafür sind die Produktionskosten aber auch um einiges höher.

Vor- und Nachteile der verschiedenen Solarzellarten auf einen Blick

Vor und Nachteile verschiedener Solarzellen in einer Tabelle aufgelistet

In Kürze: Die Wahl der geeigneten Solarzelle hängt sehr stark von den privaten Bedürfnissen und Vorstellungen ab. Nicht außer Acht zu lassen sind die Anbringungsfläche, die gewünschte Menge an produziertem Strom, der Anbringungsort und ob es sich um eine private Nutzung oder den Verkauf ans öffentliche Stromnetz handelt.

Dies sollten Sie bei der Montage Ihrer Solarzelle beachten

Man auf einem Dach bei der Montage einer Solarzelle

Normalerweise übernehmen Solarfachbetriebe die Montage der Solarzelle. Wir raten zwar nicht dazu, die Montage eigenständig zu übernehmen. In beiden Fällen aber ist Folgendes zu beachten.

Zum einen muss die Anbringungsfläche frei von möglichem Schatten sein. Weder ein nahestehender Baum noch Gebäude sollten Schatten auf die Solarzelle werfen können. Zum anderen ist es wichtig, dass das vorgesehene Dach Ihre Solarzelle tragen kann. Besonders die schwereren poly- und monokristallinen Solarzellen können instabilen Dächern schaden. Daher sollte die Stabilität des Daches vorher auf jeden Fall getestet werden. 

Das vermeintlich wichtigste und ausschlaggebende für den Erfolg Ihrer Solarzelle ist die Ausrichtung. Optimaler Weise wählen Sie die Ausrichtung gen Süden und in einem Winkel von 30 Grad. Weniger als 15 Grad darf die Solarzelle nicht aufweisen, denn dann kommt es zu einer starken Minderung des erzeugten Stroms. 

Weitere zu berücksichtigende Faktoren sind die in ihrer Region vorherrschende Windstärke und die Häufigkeit von Gewittern und Schnee. All das muss unbedingt beachtet werden, damit es nicht zu bösen Überraschungen kommt.

Arten der Montage:

Solarzellen auf einem Flachen Dach

Neben diesen Punkten gibt es unterschiedliche Montagesysteme, die je nach Anbringungsort durchgeführt werden. Die Flachdach-Montage ist die wahrscheinlich optimale und einfachste Montageform. Bei einem Flachdach können die Solarzellen perfekt ausgerichtet werden und im genauen Winkel von 30 Grad hintereinander aufgebaut werden.

Die Schrägdachmontage bietet zwei verschiedene Montagemöglichkeiten. Bei der Aufdach-Montage werden die Solarzellen mit einer Halterung auf dem Dach montiert. Bei der Indach-Montage hingegen werden die Dachziegel gegen die Solarzellen ausgetauscht. Diese werden dann quasi in das Dach integriert und meistens führt dies zu einem optisch schöneren Anblick.

Falls Ihr Dach für ungeeignet befunden wird, können Sie die Solarzellen auch an der Hausfassade anbringen. Hier gibt es wie für Schrägdächer zwei Möglichkeiten: die Montage mit einer Halterung oder die Integration in die Hauswand.

Unsere Empfehlung:

Weil die Montage bzw. Installation oftmals ziemlich kompliziert sein kann, überlassen Sie dies lieber den Profis. Denken Sie unbedingt auch an die regelmäßige Wartung und den Abschluss einer Versicherung, damit Sie bei Wind und Wetter unbesorgt bleiben.

Wer sich hingegen für die Miete einer Solaranlage bei Enpal entscheidet, profitiert von der Rundum-sorglos-Garantie. Für einen kleinen monatlichen Betrag übernimmt Enpal die komplette Installation, Wartung und Reparatur und dabei ist die Anlage während der gesamten Mietzeit vor Wetter, Katastrophen und Ausfällen versichert. 

Am Ende der Mietzeit bekommen Mieter bei Enpal die Anlage für einen symbolischen Euro geschenkt und können sie so lange sie möchten kostenfrei weiter nutzen.

Hier können Sie prüfen, ob das Angebot in Ihrer Region verfügbar ist.

Qualitaetsmodule werden verbaut

Enpal-Solar-Planer