Solarpanel in 2023: Arten, Aufbau & Montage!

Ein Solarpanel ist ein zentrales Element einer Photovoltaikanlage. Es handelt sich um ein plattenförmiges Bauteil, das Sonnenlicht einfängt und dessen Energie in Strom umwandelt. Dabei entstehen keine Emissionen und Abfälle, sodass Solarstrom klima- und umweltfreundlich ist. Darüber hinaus ist Sonnenlicht als Energieträger kostenlos! 

Ein Solarpanel wandelt Licht in Strom. Aber wie läuft die Umwandlung ab – und wie gelangt der Strom ins Haus? Herzstück des PV-Moduls sind Solarzellen, die in der Regel aus zwei Schichten dotiertem Silizium bestehen. Dotiert heißt, dass das Silizium durch Einbindung von Fremdatomen pro Schicht eine positive beziehungsweise negative Ladung aufweist. Trifft Sonnenlicht auf dieses Material, werden Elektronen angeregt – es resultiert eine Spannung. Dieses Phänomen ist als photovoltaischer Effekt bekannt. Die Spannung wird an zwei Anschlusskontakten abgegriffen. Sobald der Stromkreis geschlossen ist, fließt ein Strom. Informiere Dich bei uns gerne genauer zur Funktionsweise von Solarzellen und zu den physikalischen Hintergründen.

Wenn Du eine Photovoltaikanlage installieren möchtest, hast Du verschiedene Solarpanele zur Wahl. Sie unterscheiden sich zum Beispiel in der Effizienz, mit der sie Sonnenlicht in Strom umwandeln. Das beeinflusst unmittelbar die Menge an Strom, die Dir zur Verfügung steht. Daher ist es sinnvoll, vorab verschiedene Baumformen hinsichtlich des Preises und der Leistung zu prüfen. Damit Du Solarpanele vergleichen kannst, gibt es verschiedene Kennzahlen.

Leistung: Die Leistung von PV-Modulen wird in Watt Peak (W_p) angegeben. Dieser Wert wird unter besonders günstigen, standardisierten Testbedingungen (STC) ermittelt. Real wird Deine Anlage vermutlich selten den Höchstwert (Nennleistung) erreichen. Die Leistung alleine ist zudem kein gut vergleichbarer Wert, wenn sich die Panele auch in der Größe unterscheiden. Besser geeignet ist hier die Leistung pro Fläche: W_p/m².

Fläche: Die Modulfläche spielt eine Rolle, wenn es darum geht, Dein Hausdach oder einen anderen Untergrund zu belegen. Bei gleicher Technik gilt: Je größer die Fläche ist, desto mehr Licht kann in Strom umgewandelt werden und desto wirtschaftlicher ist eine Anlage tendenziell. Möchtest Du verschiedene Panele unterschiedlicher Fläche und Leistung vergleichen, nutze die Leistung pro Fläche als Anhaltspunkt: Wp/m2.

Wirkungsgrad: Der Wirkungsgrad von Solarpanelen ist ein sehr wichtiger Wert. Er gibt an, wie viel Prozent der eingestrahlten Lichtenergie in elektrischen Strom umgewandelt werden. Dieser Wert liegt je nach Bauart und Hersteller zwischen 15 und 23 %. Es gibt verschiedene technische Lösungen, um den Wirkungsgrad zu erhöhen, zum Beispiel PERC-Module (Passivated Emitter and Rear Cell). Hierbei wird Licht, das die Zelle passiert hat, ohne umgewandelt zu werden, an der Rückseite reflektiert. So besteht nochmals die Chance, dass es zum photovoltaischen Effekt kommt.

Spannung: Die Spannung oder präziser die Leerlaufspannung eines Solarmoduls ist vor allem für Techniker*innen interessant. Bei Deiner Anlage sorgt der Wechselrichter dafür, dass die Ausgangsspannung den haushaltsüblichen 230 V entspricht.

Bei monokristallinen Solarmodulen bestehen die Zellen aus einzelnen Kristallen. Diese haben eine Höhe von 200 µm, was in menschlichen Maßstäben sehr dünn ist. Technisch handelt es sich jedoch um sogenannte Dickschichtmodule. 

Zur Herstellung werden zunächst große Einkristalle von dotiertem Silizium gezogen und diese dann in sogenannte Wafer geschnitten. Das macht die Produktion teurer und aufwendiger als bei polykristallinen Solarzellen, dafür ist der Wirkungsgrad höher und die Ausbeute bei Schwachlicht ist besser. Das heißt: Die Stromausbeute pro Quadratmeter ist höher. Monokristalline Solarmodule erkennst Du an ihrer dunkelblauen bis schwarzen Farbe.

Polykristalline Solarmodule bestehen aus mehreren Kristallstücken und zählen ebenfalls zu den Dickschichtmodulen. Durch die Kristallstücke ergibt sich ihr charakteristisches Funkeln in der Sonne, sie erscheinen zudem blau. Die Produktion ist einfacher, da für diese Bauart mehrere Kristallstücke aneinandergesetzt werden und kein reiner Einkristall nötig ist. Dadurch sind polykristalline Solarzellen günstiger in der Anschaffung, allerdings ist der Wirkungsgrad etwas geringer als bei monokristallinen.

Polykristalline oder monokristalline Solarpanele – was ist besser? Das kommt auf Deine Anforderungen an die Technik an. Für die Ausstattung von Eigenheimen gelten monokristalline Solarpanele als Standard, da sie sich mit ihrem vorteilhaften Preis-Leistungs-Verhältnis empfehlen. Hier siehst Du die jeweiligen Eigenschaften der Modulvarianten im Vergleich.

Solarpanele auf dem eigenen Dach, die kostenlose Sonnenenergie in Strom verwandeln – noch bis in die 1990er Jahre war das größtenteils Zukunftsmusik. Heute ist diese solare Vision für viele Menschen Realität und die Entwicklung der Solarmodule schreitet weiter voran. Die Forschung konzentriert sich auf verschiedene Aspekte, allen voran höhere Wirkungsgrade, niedrigere Kosten und mehr Flexibilität bei der Montage. Dabei sind einige vielversprechende Kandidaten in der Erprobung.

Metal-Wrap-Through-Solarzellen (MWT-Solarzellen) haben den konstruktiven Vorteil, dass die Technik selbst weniger Schatten auf die Oberfläche wirft. Dadurch steigt der Wirkungsgrad im Vergleich zu herkömmlichen Solarmodulen. Möglich wird das durch einen konstruktiven Aufbau, bei dem die Kontakte beide rückseitig liegen. Die eigentlichen Frontkontakte werden durch metallisierte Löcher auf der Rückseite abgegriffen. Die Technik verschattet sich also nicht selbst.

Tandem-Solarzellen bestehen aus einem Schichtaufbau. Vereinfacht gesagt, liegen mehrere lichtabsorbierende Schichten übereinander, wobei die oberste Schicht kurzwelliges Licht absorbiert, die darunterliegenden längerwelliges Licht. Das hat zwei entscheidende Vorteile: Erstens werden die unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts besser ausgenutzt und zweitens ist die Absorption des energiereichen kurzwelligen Lichts effizienter. Dadurch steigen die Wirkungsgrade je nach Technik auf 30 %, 40 % und mehr an. Dabei handelt es sich allerdings um experimentelle Modelle.

Heterojunction-Solarzellen (HJT-Solarzellen) erreichen Wirkungsgrade von etwa 24 %. Das ist zwar kein so immenser Anstieg wie bei Tandem-Solarzellen, dafür ist die HJT-Technik weitaus einfacher. Damit sind HJT-Solarzellen günstiger und ressourcenschonender in der Produktion als reine monokristalline Zellen, die im Idealfall auch bis zu 24 % Wirkungsgrad erreichen. Bei der HJT-Technik werden kristalline Solarzellen mit einer zusätzlichen Dünnschicht aus dotiertem Silizium bedampft. So erklärt sich auch der Name: Heterojunction bedeutet, dass die beiden unterschiedlichen Technologien (kristalline Zellen und Dünnschichtmodule) miteinander vereint werden.

Die Effizienz von Solarzellen zu steigern, gelingt nicht nur durch neuartige Halbleiter und komplexere Strukturen. Die am Fraunhofer ISE in Freiburg entwickelte TOPCon-Solarzelle verfügt über einen speziellen Rückseitenkontakt (Tunnel Oxide Passivated Contact), der den Wirkungsgrad auf über 25 % steigert, wobei die Fertigung zugleich einfacher wird.

Ein Problem traditioneller Solarzellen ist, dass Kontakte auf der Oberfläche liegen, wodurch diese zum Teil beschattet wird. IBC Solarzellen (Interdigital Back Contact) sind so konzipiert, dass Emitter und Kontakt rückseitig liegen. In Kombination mit einer optischen Optimierung der Vorderseite lässt sich dadurch der Wirkungsgrad erhöhen.

Auch wenn mit diesen und weiteren Arbeiten die Grundlagen für die Photovoltaik gelegt waren, dauerte es nochmals einige Jahre, bis die erste funktionierende Solarzelle auf Siliziumbasis das Licht der Welt erblickte. 1954, im Jahr der Veröffentlichung, erreichte eine Zelle aus den Bell Laboratories einen Wirkungsgrad von 4 – 6 %.

Obwohl der erste Einsatz auf der Erde erfolgte – nämlich zur Stromversorgung von Telefonverstärkern – erlebten die Solarzellen ihren ersten großen Erfolg im Weltall. 1958 startete die NASA den ersten Satelliten Explorer 1 mit PV-Modulen zur Stromversorgung. Es folgten Solarpanele für verschiedene Anwendungszwecke, Dachanlagen mit Einspeisung gab es in Deutschland erstmals 1991. Seitdem wird die Technik kontinuierlich weiterentwickelt. Im Vergleich zu den Anfangsjahren sind die Wirkungsgrade heute deutlich höher und die Kosten erheblich niedriger.

Von der Theorie und der Geschichte der Panels zurück zur Praxis. Wenn Du eine PV-Anlage installieren möchtest, ist für Dich sicher interessant, welche Leistung Solarmodule erbringen.

Hier gibt es eine Schwierigkeit: Die Leistung, die Du tatsächlich von Deiner Anlage erhältst, schwankt mit der Lichteinstrahlung und der Temperatur. Um einen Vergleich durchführen zu können, sind jedoch identische Bedingungen für die verschiedenen  Solarpanele nötig, sonst haben die Ergebnisse keine Aussagekraft. Daher wird die Leistung von PV-Modulen in Watt Peak (W_p) als maximale Nennleistung angegeben. Dabei handelt es sich um die größtmögliche Leistung, die das Modul unter Idealbedingungen erbringt. Der Wert handelsüblicher Solarpanele liegt zwischen 50 und 400 W_p Nennleistung.

Da die STC zwar im Labor, im Regelbetrieb aber kaum erreicht werden, wurde als alternatives, realistischeres Testszenario die Normal Operating Cell Temperature entwickelt:

• Bestrahlungsstärke auf der Zelloberfläche = 800 W/m
• Lufttemperatur = 20 °C
• Windgeschwindigkeit = 1 m/s

Unter diesen Bedingungen wird dann geprüft, welche Leistung das Solarmodul erreicht. Grundsätzlich gibt es zusätzlich produktionsbedingte Schwankungen zu berücksichtigen. Daher findest Du die Angaben zur Leistung meist mit einer Angabe zur möglichen Schwankung, zum Beispiel: 350 W_p ± 10 W_p.

Leistungsoptimierer sind elektrotechnische Bauteile, die den Ertrag einer PV-Anlage optimieren sollen. Um ihre Wirkweise zu verstehen, ist ein kleiner Ausflug in die Elektrotechnik nötig.

Die Leistung einer PV-Anlage ergibt sich aus der Stromstärke und der Spannung Konkret ist die Leistung das Produkt aus Spannung und Stromstärke. Bei Photovoltaikanlagen, die aus mehreren Modulen in einem String (eine Reihenschaltung von Panels) bestehen, gibt jeweils das Modul mit dem geringsten Wert die Leistung vor. 

Sofern alle Module gleich ausgerichtet sind und ähnlich viel Sonnenlicht bekommen, sind die Differenzen minimal. Wenn jedoch ein Teil der Module nach Westen ausgerichtet ist und der andere Teil nach Osten, sind die Schwankungen je nach Sonnenstand groß. Ähnlich ist es, wenn ein Modul verschattet wird – zum Beispiel durch einen Mast, einen Baum oder den Schornstein. Dann bleibt die Anlage unter ihrem Optimum.

Ein Leistungsoptimierer löst dieses Problem, indem jedes Modul separat geregelt wird (und nicht zentral über den Wechselrichter). Dadurch erbringen alle Solarpanele ihr Optimum. Ob sich ein Leistungsoptimierer lohnt, hängt vom Einzelfall ab.

Wie hoch die Kosten für ein Photovoltaikmodul sind, richtet sich nach vielen Faktoren. Üblicherweise sind polykristalline Solarzellen günstiger als monokristalline. Aber auch die Qualität der Verarbeitung spielt eine Rolle. Dadurch ergibt sich eine breite Preisspanne von etwa 150 – 350 € pro Modul. Damit machen die Panels insgesamt nur etwa ein Fünftel der Gesamtkosten der Anlage aus.

Am besten vergleichst Du Preise für Solarmodule über die Kosten pro W_p. Die meisten Modelle liegen zwischen 50 Cent und 80 Cent pro W_p. Alternativ kannst Du die Kosten pro Quadratmeter vergleichen. Daraus ergibt sich bei den meisten Modellen, dass monokristalline Solarzellen ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis haben als polykristalline. Mehr über die Kosten von Solarpanelen erfährst Du in unserem Ratgeber zu den Kosten der Photovoltaik.

Ist das Solarpanel sicher und erbringt es die gewünschte Leistung? Eignet sich das Modul für die Montage in Deutschland und entspricht die Qualität hohen Standards? Um all diese Fragen zu beantworten, gibt es Zertifizierungen für Solarpanele. Ein Vorteil für Dich als Anlagenbetreiber*in: Bestimmte Zertifikate sind verpflichtend, um ein Modul verkaufen zu dürfen. Andere bieten Dir zusätzliche Sicherheit in Hinblick auf die Qualität der Technik. Hier siehst Du die wichtigsten Zertifikate und Tests für Solarmodule in der Übersicht.

Eine pauschale Garantie auf Photovoltaikmodule gibt es nicht – doch die meisten Hersteller bieten mittlerweile entsprechende Sicherheiten an. Für Dich ist das vorteilhaft, denn dadurch hast Du meist über mehrere Jahre hinweg Ansprüche auf Ersatz, falls ein Modul defekt ist. Was genau die Garantie umfasst, hängt von den Garantiebedingungen des Herstellers ab. 

Grundsätzlich gibt es zwei unterschiedliche Arten von Garantien: die Produktgarantie und die Leistungsgarantie für Solarpanele.

Die Produktgarantie für PV-Module bezieht sich auf Material- und Baufehler. Sie wird meist für fünf bis zehn Jahre gewährt. Sollten in dieser Zeit ab dem Kauf Mängel auftreten, die auf Defekte im Produkt zurückgehen, hast Du Anspruch auf Ersatz oder Reparatur – je nach Garantiebedingungen.

Die Leistungsgarantie von PV-Modulen bezieht sich auf die Leistung, welche die Solarpanele erbringen. Diese nimmt mit der Zeit etwas ab (siehe Abschnitt Degradation von Solarmodulen). Über die Leistungsgarantie sichert der Hersteller Dir zu, dass die Leistung über einen Zeitraum von 20, 30 oder sogar 40 Jahren nicht unter einen bestimmten Wert fällt. Diese Leistungsgarantie wird häufig nicht linear, sondern in Stufen gewährt. Das heißt: Die Leistung wird nicht von Jahr zu Jahr garantiert, sondern zum Beispiel in Form von mindestens 90 % in den ersten zehn Jahren und mindestens 80 % in den ersten 20 Jahren.

Die Aufdachmontage von „Solarplatten“ ist die häufigste Variante der Installation. Sie ist konstruktiv unkompliziert und lässt sich auch auf bestehenden Dächern schnell vornehmen. Dazu wird auf dem Dach ein Schienensystem befestigt, welches dann die Module trägt. So erklärt sich auch der Name. Die Solarpanele befinden sich auf dem Dach.

Die Indachmontage ist ähnlich, hierbei ersetzen die Solarmodule allerdings die Dachziegel. Das sorgt für einen ästhetischen Gesamteindruck, da eine einheitliche Oberfläche entsteht. Die Befestigung erfolgt in diesem Fall direkt auf den Dachlatten, ebenfalls mit einem Schienensystem. Wegen der konstruktiven Besonderheiten der Indachmontage kommt diese Variante vor allem dann in Betracht, wenn Dach oder Haus neu gebaut werden.

Flachdächer eignen sich ebenfalls zur Montage von Solarpanelen, allerdings werden hier Aufständerungen verwendet, um die Module zu neigen. Das hat Effizienzgründe: Geneigte Module fangen mehr Sonnenlicht ein, da die Sonne in Mitteleuropa nie senkrecht über der Erde steht. Daher ist der Ertrag deutlich höher, wenn die Solarmodule gekippt sind. Ein Vorteil bei Flachdächern ist, dass die Ausrichtung meist frei wählbar ist. Den höchsten Gesamtertrag bieten Anlagen mit Süd-Ausrichtung.

Der Sonnenstand ändert sich im Laufe des Tages – und damit auch der ideale Einstrahlwinkel. Eine Solaranlage mit Nachführung der Module gleicht dies aus, indem sie die Neigung und Ausrichtung der Panele dem Sonnenstand anpasst. Das erhöht die Effizienz der Anlage, allerdings ist die Konstruktion nicht überall realisierbar. Bei geneigten Hausdächern ist die Nachführung meist konstruktiv unmöglich, bei Flachdächern theoretisch machbar. Zum Einsatz kommt die Technik vor allem bei Freiflächenanlagen.

Bei der Frage, wie lange ein PV-Modul hält, ist zunächst zu klären, was Haltbarkeit bei Solarpanelen bedeutet. Der äußere Aufbau – Rahmen, Glas und Anschlüsse – ist sehr robust und lässt sich bei Bedarf teilweise austauschen. Tatsächlich wird die Haltbarkeit wesentlich von den Halbleitern beeinflusst, die einer natürlichen Alterung unterworfen sind. Zwar gehen diese Bauteile nicht im klassischen Sinn kaputt, doch die Nennleistung lässt nach. Dadurch kann es nach einer bestimmten Zeit nicht mehr wirtschaftlich sein, die Anlage zu betreiben. Mittlerweile sind moderne Solarmodule lange haltbar. Einen guten Richtwert geben die Leistungsgarantien der Hersteller. Sie laufen zum Teil 30 bis 40 Jahre.

Zu unterscheiden ist zwischen der alterungsbedingten Degradation und anderen Effekten, welche die Leistung mindern. Dazu zählen zum Beispiel Verschmutzung und Verschattung. Diese lassen sich häufig beheben, etwa durch eine Reinigung. Gegen die alterungsbedingte Degradation gibt es hingegen aktuell keine Maßnahme.

Staub und andere Ablagerungen halten Sonnenlicht zurück – das heißt, sie vermindern den Ertrag der Anlage. Üblicherweise spült der Regen die Verunreinigungen herunter. Von Zeit zu Zeit kann eine zusätzliche Reinigung durchgeführt werden. Sie sorgt nicht nur für einen schönen Anblick der Module, sie bringt Dir bei verschmutzten Flächen auch mehr Strom.

Wenn Du ein Solarpanel reinigen möchtest, solltest Du grundsätzlich die Sicherheit beachten – Deine eigene und die der Anlage. Wenn Du Dir die Reinigung der Module nicht selbst zutraust, kannst Du dies auch von Fachfirmen übernehmen lassen.

In der Regel sind die Glasoberflächen so ausgerüstet, dass Verschmutzungen abperlen. Du brauchst daher keine aggressiven Reiniger und keine harten Bürsten. Ein weiches Wischtuch oder ein weicher Wischer mit lauwarmem Wasser reicht in der Regel schon aus, um die Reinigung vorzunehmen. Doch Vorsicht: Wenn Du in einer Region mit kalkhaltigem Leitungswasser wohnst, können Kalkablagerungen auf dem Glas das Gegenteil bewirken. Verwende dann destilliertes Wasser oder klares Regenwasser. Bei hartnäckigen Verschmutzungen ist ein Glasreiniger hilfreich.

Die gute Nachricht für Dich: Die Entsorgung ist für Dich unkompliziert und kostenlos. Dazu gibst Du die Panele bei Deinem zuständigen Entsorger ab. Und was passiert danach mit der Technik? Glas, Aluminium und auch die Halbleiter sind wertvolle Rohstoffe. Daher gibt es eine EU-Richtlinie, die das Recycling der Panele gesetzlich regelt.

Solarpanele für das Dach sind nicht die einzige Option, um nutzbare Energie aus dem Sonnenlicht zu beziehen. Hier stellen wir Dir drei Technik-Lösungen vor, die als Alternative interessant sein könnten.

Solardachziegel sind eine sehr ästhetische Alternative zu Solarpanelen, denn sie werden wie klassische Dachziegel verbaut. Im Idealfall entsteht also eine einheitliche Optik der Dachoberfläche ganz ohne Module. Realisierbar ist das bereits, es gibt verschiedene Modelle mit polykristallinem oder monokristallinem Silizium. Allerdings liegen die Kosten für Solardachziegel aktuell noch über denen für Solarmodule mit gleichem Ertrag.

Bei solarthermischen Anlagen wird das Sonnenlicht nicht genutzt, um Strom zu erzeugen, sondern um Wärme zu gewinnen. Auch das bringt viele Vorteile, denn die Wärmegewinnung ist ebenfalls kostenlos und nicht mit Emissionen verbunden. Die Module für die Montage auf dem Dach sehen den Solarpanelen sogar ähnlich. Sie beinhalten jedoch keine Halbleiter, sondern Wärmetauscher. Dadurch sind die Solarthermie-Kollektoren vom Aufbau her größer. Dafür ist die benötigte Fläche kleiner. Bei einem ausreichend großen Dach ist es möglich, beide Technologien zu kombinieren.