Solarpanel: das Wichtigste in Kürze
Unter einem Solarpanel versteht man den Zusammenschluss vieler einzelner Solarzellen. In diesen wird einfallendes Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt. Die Kopplung mehrerer Solarpanels ergibt eine Solaranlage oder PV-Anlage. Mit Solarstrom kann, je nach Komponenten und Größe der Anlage, ein gesamter Haushalt mit selbst produziertem Ökostrom versorgt werden.
Was versteht man unter dem Begriff Solarpanel?
Das Solarpanel, auch Solarmodul, Photovoltaikmodul oder Solarplatte genannt, ist für die Umwandlung von Licht in elektrischen Strom zuständig. Schon in den 1950er Jahren entdeckte die Raumfahrt das Potenzial der Sonnenenergie und nutzt seither Solarpanels zur Stromversorgung ihrer Satelliten.
Seit den 1980er Jahren wird die Technik auch zunehmend wichtiger für die dezentrale Stromversorgung privater Haushalte. Dank intensiver Forschung und stetig sinkender Kosten hat Solarenergie gerade in den letzten zehn Jahren nochmal einen großen Schritt nach vorne gemacht. Heute gilt die sogenannte Weltraumtechnik für zuhause als entscheidende Säule beim Umstieg auf 100 % Ökostrom.
Ein Solarpanel besteht aus dem Zusammenschluss vieler Solarzellen. Wie viele Solarpanels für eine PV-Anlage benötigt werden, hängt von den Gegebenheiten vor Ort ab. Entscheidende Faktoren sind beispielsweise die Sonnenstunden in der Region, der Stromverbrauch des Haushalts und das eingesetzte Modulmodell.
Wie ist ein Solarpanel aufgebaut?
Ein Solarpanel besteht aus verschiedenen Schichten mit unterschiedlichen Funktionen. Der obere Teil hat eine Frontglasscheibe und eine darunter liegende Kunststoffschicht. Diese beiden Komponenten schützen das Modul vor äußeren Einwirkungen wie Temperatur, Niederschlag und Feuchtigkeit.
Unter dieser Schutzschicht befinden sich die miteinander verbundenen Solarzellen. Die obere Lage der Solarzellen bildet die charakteristisch blaue „Antireflektionsschicht“. Sie verhindert, dass Licht zurückgeworfen wird, und maximiert so den Ertrag des Moduls. Darunter befinden sich die beiden Photonen- und Elektronen-Gitter, die durch einen neutralen Übergang getrennt werden. In diesem Bereich wird aus Sonnenlicht elektrische Energie gewonnen.
Die unterste Schicht bildet eine zweite Kombination aus Kunststoff- und Glasplatte (in manchen Fällen zweimal Kunststoff). Sie garantiert den Witterungsschutz von beiden Seiten. Umschlossen werden alle Schichten von einem Aluminiumrahmen, der außerdem die Montage auf dem Hausdach erleichtert.
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Wie gewinnt man Strom aus Sonnenlicht?
Die Technik eines Solarpanels basiert auf dem sogenannten Photoeffekt. Dieser beschreibt das Anregen von gebundenen Elektronen durch Bestrahlung, beispielsweise durch Sonnenlicht. Im Falle der Solarstromproduktion läuft dieser Vorgang folgendermaßen ab:
Eine Solarzelle besteht aus einer negativ und einer positiv gepolten Siliziumschicht mit jeweils zugehörigen Metallelektroden. Eine der beiden Schichten besteht dabei immer aus dem Halbleiter Silizium und einem Element mit Elektronenmangel, meist Bor. Die andere Schicht besteht aus Silizium und einem Element mit Elektronenüberfluss, meist Phosphor.
Durch die Energie der Umgebungswärme bewegen sich die freien Elektronen der Phosphor-Atome zu den Bor-Atomen, die einen Mangel an Elektronen aufweisen. Dabei findet eine Ladungsverschiebung innerhalb der Solarzelle statt. Die Bor-Silizium-Schicht wird negativ, die Phosphor-Silizium-Schicht positiv geladen. Getrennt werden die beiden Schichten von einer Lage Bor-Atome, die bereits ein zusätzliches Elektron aufgenommen haben. Diese Schicht wird auch p-n-Übergang genannt.
Durch den Einfall von energiereichem Sonnenlicht werden die überschüssigen Elektronen in der Bor-Silizium-Schicht aktiviert. Um das Gleichgewicht innerhalb der Zelle wiederherzustellen, wandern die Elektronen von der negativ geladenen Bor-Silizium-Schicht über den p-n-Übergang in die positive Phosphor-Silizium-Schicht. Durch diesen Austausch entsteht ein konstanter Fluss an Elektronen. Im letzten Schritt werden die Elektronen über den externen, metallischen Leiter von der positiven Elektrode zurück zur negativen Elektrode geführt. Es fließt Solarstrom.
Da ein Solarpanel Gleichstrom produziert, ist noch ein weiterer Schritt nötig: Der Solarstrom muss mit Hilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt werden. Nach diesem finalen Schritt ist die Energie der Sonne für alle Geräte im Haushalt nutzbar.
Gut zu wissen
Die Leistung eines Solarpanels hängt nicht von der Temperatur, sondern von der Intensität der Lichteinstrahlung ab. Bei maximaler Auslastung und hohem Wirkungsgrad erreichen moderne Solarmodule eine Leistung von 450 bis 500 Wp. Ein Watt Peak (Wp) beschreibt die maximale Leistung einer Solaranlage unter Standardbedingungen und dient der Vergleichbarkeit verschiedener Solarpanels.
Der ideale Aufbau eines Solarpanels
Je mehr Lichteinstrahlung, desto mehr Ertrag erwirtschaftet das Solarpanel. Trotzdem kann man bei der Ausrichtung der Solarmodule einige Dinge beachten und so die Leistung optimieren.
Die optimale Leistung erreicht ein Solarpanel bei einer Ausrichtung nach Süden. Wenn keine Südausrichtung möglich ist, lässt sich das Panel auch in Richtung Südwest oder Südost installieren. Das Ertragsniveau liegt dann immer noch bei etwa 95 % der maximalen Leistung. Auf Flachdächern erreicht ein Solarpanel mit Ost-West-Ausrichtung den größten Ertrag. Die genaue Ausrichtung der Solarmodule sollte immer in Zusammenarbeit mit Fachleuten erfolgen.
Der optimale Neigungswinkel eines Solarmoduls beträgt 30 Grad. In diesem Fall treffen die meisten Sonnenstrahlen im rechten Winkel auf die Solarzellen, was die Erträge maximiert. Abweichungen vom Optimum senken die Leistung aber nur minimal. Auch bei Neigungswinkeln von 10 bis 60 Grad sind noch 90 % des maximalen Ertrags möglich.
Was kostet ein Solarpanel?
Die Preise für Solarmodule sind in den letzten Jahren stark gesunken. Diese Entwicklung ist vor allem auf den großen Wettbewerb und steigende Produktionszahlen zurückzuführen. Die Kosten für ein Solarpanel orientieren sich dabei primär an der Leistung in Watt Peak des jeweiligen Moduls. Aber auch Faktoren wie Verfügbarkeit, Hersteller und Bestellmenge haben entscheidenden Einfluss auf den Preis.
Beispielrechnung
Moderne monokristalline Solarpanels mit einer Leistung von 400 bis 450 Wp kosten aktuell zwischen 150 und 250 Euro pro Stück. Bei einer Anlage mit beispielsweise 10 kWp kommen so reine Modulkosten von etwa 3.000 bis 5.000 Euro zusammen. Inklusive Montage, Wechselrichter und weiteren Komponenten ergeben sich für eine schlüsselfertig installierte Photovoltaikanlage mit 10 kWp Gesamtkosten von circa 13.000 bis 16.000 Euro, ohne Batteriespeicher. Bereits seit Januar 2023 gilt der 0 Prozent Mehrwertsteuersatz.
Für eine 10-kWp-Anlage mit einem 10-kWh-Batteriespeicher liegen die Gesamtkosten bei etwa 19.000 bis 25.000 Euro. PV-Anlagen dieser Größe haben in der Regel eine Amortisationszeit von circa zehn bis 15 Jahren. Darunter versteht man den Zeitraum, bis zu dem die Einnahmen und Ersparnisse die Investitionskosten übersteigen. Die durchschnittliche Lebensdauer eines Solarpanels liegt bei 30 Jahren oder mehr. Dementsprechend lohnt sich die Investition in Solarenergie langfristig.
Wer überschüssigen Solarstrom ins Netz einspeist, erhält dafür eine staatlich garantierte Vergütung. Mit der EEG-Novelle, die zum Jahresbeginn 2023 in Kraft trat, liegt die Einspeisevergütung für Anlagen bis 10 kWp bei 8,2 Cent pro kWh bei Teileinspeisung und bei 13,0 Cent pro kWh bei Volleinspeisung.
Welche Typen von Solarpanels gibt es?
Im Bereich der Photovoltaik wird traditionell zwischen drei Arten von Solarpanels unterschieden: monokristallinen, polykristallinen und Dünnschichtmodulen. Letztere kommen im privaten Haushalt kaum zum Einsatz. Auch polykristalline Module spielen im Wohnbereich ebenfalls kaum noch eine Rolle, weil der Preisunterschied zu monokristallinen Modulen praktisch verschwunden ist.
Monokristalline Solarzellen
Die charakteristisch dunklen, monokristallinen Solarpanels sind der aktuelle Marktstandard. Sie bestehen aus hochreinen Siliziumkristallen, die in einem einzigen Kristall gezogen werden. Durch die gleichmäßige Struktur des Siliziums erreichen monokristalline Serienmodule Wirkungsgrade von 20 bis 24 %. Premium-Varianten mit moderner TOPCon- oder HJT-Technologie schaffen sogar bis zu 24,8 %. Damit produzieren sie mehr Strom aus derselben Menge Licht als alle anderen kommerziellen Modultypen. Hier kannst du mehr über die Unterschiede zwischen mono- und polykristallinen Solarmodulen lesen.
Polykristalline Solarzellen
In polykristallinen Solarmodulen kommen Siliziumblöcke zum Einsatz, aus denen die Zellen hauchdünn herausgeschnitten werden. Die Siliziumkristalle richten sich dabei unterschiedlich aus, was den Wirkungsgrad auf 15 bis 18 % senkt.
Dünnschichtzellen
Bei Dünnschichtmodulen besteht die Solarzelle nicht aus kristallinem Silizium. Stattdessen wird ein Halbleitermaterial auf ein Trägermaterial aufgedampft. Dieses Verfahren macht Dünnschichtmodule deutlich dünner und in der Herstellung günstiger. Allerdings liegen die kommerziell erhältlichen Dünnschichtmodule beim Wirkungsgrad bei 8 bis 19 %, was deutlich unter dem monokristallinen Standard liegt. Aus diesem Grund kommen Dünnschichtmodule auf privaten Hausdächern kaum zum Einsatz; ihre Nische sind Großanlagen und Fassadenanwendungen.
Welche Art von Solarpanel die richtige Wahl für dein Hausdach ist, hängt von der Dimensionierung der Anlage und deinem Stromverbrauch ab.
Häufige Fragen zum Solarpanel
Wie viele Solarpanels brauche ich für ein Einfamilienhaus?
Ein typisches Einfamilienhaus kommt mit einer PV-Anlage zwischen 5 und 15 kWp gut aus. Am gängigsten sind Anlagen mit rund 10 kWp.
Wie viele Solarpanels auf einem Dach installiert werden, richtet sich in erster Linie nach der verfügbaren Dachfläche. Bei einem kleinen Dach oder vielen Gauben und Dachfenstern ist die mögliche Anlagengröße entsprechend begrenzt. Steht ausreichend Dachfläche zur Verfügung, spielen außerdem der Jahresstromverbrauch und das individuelle Verbrauchsverhalten eine Rolle, zum Beispiel, ob du ein E-Auto ladest oder eine Wärmepumpe betreibst.
Wie viele Solarpanels darf ich haben?
Du darfst grundsätzlich so viele Solarpanels auf deinem Hausdach installieren, wie du möchten. In der Praxis ist die maximal installierbare Leistung auf einem Ein- oder Zweifamilienhaus jedoch selten höher als 30 kWp.
Wie viel Strom produziert ein Solarpanel?
Wie viel Strom ein Solarpanel real produziert, hängt von der Sonneneinstrahlung am jeweiligen Standort ab. Als Faustformel gilt: Pro Watt Leistung wird etwa eine Kilowattstunde im Jahr erzeugt. Ein Modul mit 450 Wp erzeugt somit im Jahresdurchschnitt etwa 450 kWh. In sonnenschwachen Jahren kann der Ertrag etwas geringer ausfallen, in guten Jahren entsprechend höher.
Welches Solarpanel ist das Beste?
Bei der Auswahl empfehlen wir, auf ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis zu achten. Zwar gibt es am Markt Module mit sehr hohen Wirkungsgraden von über 24 %. Diese können jedoch deutlich teurer sein als nur geringfügig weniger leistungsstarke Module und damit die Wirtschaftlichkeit der Anlage schmälern. Setze deshalb auf Solarmodule mit hoher Qualität und etablierten Hersteller*innen.
Worauf sollte ich bei der Auswahl eines Solarmoduls noch achten?
Etablierte Hersteller*innen
Kaufe ein Solarmodul von einem etablierten Hersteller. So gehst du sicher, dass das Modul eine hohe Qualität aufweist und im Garantiefall ein zuverlässiger Ansprechpartner da ist. Zu den gut bewerteten Herstellern auf dem deutschen Markt zählen unter anderem Aiko Solar, LONGi, JA Solar, Jinko, Trina, REC und das deutsche Unternehmen Luxor Solar.
Garantie
Achte auf möglichst lange Garantiezeiten. Produktgarantien von 25 bis 30 Jahren sind heute bei hochwertigen Modulen möglich und auch bei der Leistungsgarantie ist dieser Zeitraum der neue Standard. Eine kurze Produktgarantie von nur zehn Jahren sollte ein Warnsignal sein.
Zelltechnologie
TOPCon ist die dominierende Zelltechnologie – sie bietet den besten Kompromiss aus Wirkungsgrad, Preis und Langzeitstabilität. HJT-Module lohnen sich, wenn die Dachfläche begrenzt ist und maximaler Ertrag pro Quadratmeter gefragt ist. Die ältere PERC-Technologie wird zunehmend verdrängt und bei Neuanlagen kaum noch verbaut.
Optik
Nicht zuletzt sollte das Solarmodul auch optisch zum Haus passen. Monokristalline Module wirken durch ihre schwarze Farbe häufig hochwertiger und sind gleichzeitig effizient. Wer es ganz edel möchte, kann sich für ein Full-Black-Modul entscheiden, das eine vollständig schwarze Moduloberfläche hat. Die Leistungsunterschiede zwischen Full-Black und Standard sind gering – in der Praxis meist fünf bis 15 Wp weniger, was kaum ins Gewicht fällt.
Beim Wirkungsgrad und der Technologieauswahl lohnt es sich außerdem, einen Blick auf unabhängige Tests zu werfen – zum Beispiel von Fraunhofer ISE oder dem Kiwa-PVEL-Scoreboard, das jährlich die zuverlässigsten Hersteller auszeichnet.
