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Wie beeinflusst die Solarzelle den Ertrag Ihrer Solaranlage?

Redaktionsbild von der Autorin
Undine Tackmann
21. Juni 2023

Mit einer Solaranlage haben Sie die Möglichkeit, Strom für den Eigenbedarf umweltfreundlich und kostengünstig zu produzieren. Um den erwünschten Ertrag zu erwirtschaften, ist es wichtig, die passenden Solarzellen auszuwählen. Wir erklären Ihnen, wovon die Leistung abhängt und wie Sie in drei Schritten das passende Solarmodul auswählen.

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Funktionsweise von Solarzellen

Die Leistungsstärke einer Solaranlage wird maßgeblich von den gewählten Solarzellen beeinflusst, da hier die eigentliche Stromgewinnung stattfindet. Eine einzelne Solarzelle hat dabei eine vergleichsweise geringe Leistung. Deshalb werden für Photovoltaikanlagen mehrere Zellen miteinander gekoppelt. Durch die Serienschaltung von Solarzellen wird die Spannung erhöht, während die Parallelschaltung den Strom erhöht. Diese zusammengeschalteten Solarzellen ergeben dann das Solarmodul, welches üblicherweise mit einem Rahmen und einer Abdeckung versehen ist, um die Zellen vor Witterungseinflüssen zu schützen.

Um die Funktionsweise einer Solarzelle zu erklären, sind ein paar Physikkenntnisse notwendig. Eine Solarzelle besteht aus einem Halbleitermaterial, das oft aus Silizium besteht. Wenn die Sonnenstrahlung (Photonen) auf die Solarzelle trifft, erzeugt sie positive und negative Ladungsträger (Elektronen und Löcher). Dies geschieht aufgrund der halbleitenden Eigenschaft des Halbleitermaterials. Die Ladungsträger werden anschließend durch das elektrische Feld innerhalb der Solarzelle getrennt und erzeugen einen elektrischen Strom. Dadurch kann die Solarzelle die Sonnenenergie in nutzbare elektrische Energie umwandeln.

Solarzelle Aufbau und Funktion im Querschnitt sieht man den Vorderseitenkontakt mit den beiden Siliziumschichten der Grenzschicht und dem Rückseitenkontakt
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Wodurch wird der Wirkungsgrad von Solarzellen beeinflusst?

Der Wirkungsgrad von Solarzellen hängt von den verwendeten Siliziumkristallen ab. Es ist wichtig, dass der Kristall möglichst rein ist und nur wenige Fremdatome enthält. Je reiner das Silizium ist, desto besser ist die Leitfähigkeit und umso höher ist der Wirkungsgrad. Es ist jedoch zu beachten, dass es keine vollkommen reinen Siliziumkristalle gibt, weshalb der Reinheitsgrad bei Solarzellen selten angegeben wird.

Stattdessen werden die Solarmodule je nach Art des verwendeten Siliziumkristalls in verschiedene Kategorien eingeteilt. Mit zunehmender Größe des Siliziumkristalls im Modul steigt auch der Wirkungsgrad der Solarzelle. Es gibt zwei Hauptarten von Solarmodulen: kristalline Module und Dünnschichtmodule. Kristalline Module bestehen aus Siliziumkristallen mit einer regelmäßigen atomaren Struktur. Sie haben einen höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu Dünnschichtmodulen. Dünnschichtmodule hingegen verwenden eine dünnere Schicht aus Silizium oder anderen Halbleitermaterialien, was zu einem etwas niedrigeren Wirkungsgrad führt.

Monokristalline Solarmodule

Monokristallinen Module bestehen aus einem einzelnen Kristall, um den Energieverlust zu verringern und den Wirkungsgrad zu maximieren. Bei der Herstellung von monokristallinen Zellen wird ein zylinderförmiger Einkristall aus Silizium in dünne Scheiben zersägt. Diese Scheiben werden als Wafer bezeichnet und haben normalerweise eine runde Form. Die Herstellung von monokristallinen Solarzellen ist jedoch aufgrund des hohen Energieaufwands für die Produktion großer Kristalle kostenintensiv.

ARTIKEL: Was macht monokristalline Module so leistungsstark?

Modul mit monokristallinen Solarzellen

Polykristalline Solarmodule

Polykristalline Module bestehen aus vielen kleinen Siliziumkristallen, die zu einem Kristallblock zusammengesetzt und anschließend in Scheiben geschnitten werden. Beim Abkühlungsprozess entstehen jedoch keine einheitlichen Siliziumflächen, sondern sogenannte Kristallite. An den Grenzflächen dieser kleinen Kristalle treten geringfügige Stromverluste auf, wodurch der Wirkungsgrad des Solarmoduls verringert wird. Der Wirkungsgrad von polykristallinen Modulen liegt zwar unter dem von monokristallinen Modulen, jedoch über dem von Dünnschichtmodulen.

ARTIKEL: Wann sind polykristalline Solarmodule eine gute Wahl?

Modul mit polykristallinen Solarzellen

Dünnschichtmodule

Bei Dünnschichtmodulen wird das Silizium nicht in kristalliner Form verwendet, sondern zu einer amorphen Masse geschmolzen und als dünne Schicht auf die Solarzelle aufgedampft. Es gibt jedoch auch andere Halbleitermaterialien wie Cadmiumtellurid (CdTe) oder Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS), die für Dünnschicht-Solarzellen verwendet werden können.

Dünnschichtzellen sind durch eine ungeordnete und nichtkristalline Struktur gekennzeichnet. Bei der Herstellung werden gasförmige Verbindungen wie Silan (Silizium-Wasserstoff-Verbindung) auf einen Trägerstoff aufgedampft. Die resultierenden amorphen Solarzellen haben oft eine rötlich-braune oder schwarze Farbe, wobei die genaue Farbe von dem verwendeten Halbleitermaterial abhängt. Im Vergleich zu kristallinen Silizium-Solarzellen weisen Dünnschichtmodule einen niedrigeren Wirkungsgrad auf. Allerdings sind sie bei diffusem Licht oder Streulicht effizienter. Darüber hinaus sind sie aufgrund des geringeren Materialbedarfs oft kostengünstiger in der Anschaffung.

ARTIKEL: Eignen sich Dünnschichtmodule für Sie?

Photovoltaikanlage Solaranlage Dünnschichtmodul
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In 3 Schritten die passende Solarzelle auswählen

Nicht immer ist es notwendig, das teuerste Modul mit den leistungsstärksten Solarzellen zu kaufen. Doch genauso wenig sollten Sie an der falschen Stelle sparen. Wir erklären Ihnen in drei einfachen Schritten, wie Sie das passende Modul mit den geeigneten Solarzellen auswählen.

1. Leistungsbedarf bestimmen

Damit Sie mit der Solaranlage Ihren Strombedarf decken können, sollten Sie die Anlage auf Ihren persönlichen Bedarf anpassen. Schauen Sie dazu am besten auf Ihre Stromabrechnung vom letzten Jahr. Für ein Einfamilienhaus mit vier Personen wird meist eine Anlagenleistung von durchschnittlich 4.000 bis 4.500 kWh empfohlen.

2. Verfügbare Montagefläche überprüfen

Um den gewünschten Ertrag mit Ihrer Anlage zu erwirtschaften, müssen Sie auch überprüfen, wie viel Montagefläche Sie auf dem Dach für die Solarmodule zur Verfügung haben. Achten Sie darauf, dass die Dachfläche frei von Verschattungen und Dachgauben oder -fenstern sein muss. Die verschiedenen Modularten benötigen etwa folgende Flächen:

  • Monokristalline Module: etwa 7 m² Fläche pro kWp
  • Polykristalline Module: etwa 9 m² Fläche pro kWp
  • Dünnschichtmodule: etwa 15 m² Fläche pro kWp

3. Leistung und Montagefläche aufeinander abstimmen

Haben Sie Ihren Strombedarf und die verfügbare Montagefläche bestimmt, wissen Sie, welches Solarmodul am geeignetsten für Sie wäre. Im Idealfall sprechen Sie sich mit einer Fachfirma ab. Diese kann Ihnen genau ausrechnen, welches Potenzial in Ihrem Dach steckt und mit welchem Solarstromertrag Sie rechnen können.

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Häufig gestellte Fragen

Wie hoch ist der Wirkungsgrad von Solarzellen?

Generell wird zwischen monokristallinen und poylkristallinen Zellen sowie Dünnschichtsolarzellen unterschieden. Monokristalline Solarzellen sind mit einem Wirkungsgrad von etwa 19 Prozent am effektivsten, polykristalline Solarzellen weisen einen Wirkungsgrad von ungefähr 15 Prozent auf und bieten in der Regel das beste Preis-Leistungs-Verhältnis. Dünnschichtzellen haben nur einen Wirkungsgrad von etwa 7 Prozent.

Was kosten PV-Module?

Die Preise für Solarmodule sind leistungsabhängig und liegen aktuell zwischen 230 und 530 Euro/kWp. Rechnen Sie für Dünnschichtmodule mit Kosten von 230 bis 380 Euro/kWp, für polykristalline Module mit etwa 220 bis 410 Euro/kWp und für monokristalline Module mit etwa 360 bis 530 Euro/kWp.

Wie gut ist die Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage?

Unter Betrachtung der ansteigenden Netzstrompreise und den sinkenden Kosten für Photovoltaik wird die Investition in eine Solaranlage immer rentabler für Privatpersonen. Aktuell zahlen private Haushalte durchschnittlich 48 Cent/kWh für Netzstrom, wohingegen selbst produzierter Solarstrom ca. 11 bis 13 Cent/kWh kostet. Mit einem Stromspeicher können Sie sich bis zu 70 Prozent selbstständig mit Strom versorgen und sparen dadurch bis zu mehrere Hundert Euro im Jahr an Stromkosten.