Wie macht ein Solarmodul aus Licht Strom?

Kurz gesagt

Licht setzt in den Siliziumzellen Ladungen frei, die als Gleichstrom abfließen. Viele Zellen hintereinander ergeben ein Modul. Wärme senkt die Leistung ein wenig, Schatten kann sie stark senken.

• 108 Halbzellenstecken im Beispielmodul mit 445 Wp
• 38,3 VLeerlaufspannung laut Datenblatt, bis 14,4 A Gleichstrom
• -0,30 %Leistung je Grad wärmerer Zelle
• 3 Bypassdiodenleiten den Strom um verschattete Teile herum

Von der Zelle zum Modul

Eine Solarzelle ist eine dünne Scheibe aus Silizium mit zwei unterschiedlich behandelten Schichten. Fällt Licht darauf, werden Ladungen frei, und an den Kontakten der Zelle liegt eine Spannung an. Bei Silizium sind das je Zelle nur rund 0,5 bis 0,7 Volt. Deshalb schaltet man viele Zellen hintereinander: Die Spannungen addieren sich.

• Das Beispielmodul

  445 Wp, 108 Halbzellen (6 × 18), 1.762 × 1.134 mm groß und rund 25,9 kg schwer.

• Was es abgibt

  Gleichstrom: im besten Arbeitspunkt 32,8 V und 13,56 A. Beides multipliziert ergibt die 445 W.

• Wie viel Licht zu Strom wird

  Wirkungsgrad 22,3 %: Von 1.000 W Licht je Quadratmeter werden unter Laborbedingungen rund 223 W Strom.

Die Zahlen stammen aus dem Datenblatt eines Moduls von Solar Fabrik (445-Wp-Klasse). Das ist ein Beispiel, kein Test und keine Kaufempfehlung; die Werte anderer Module stehen im jeweiligen Datenblatt.

Wärme kostet Leistung

Die Wattpeak-Zahl gilt für 25 °C warme Zellen. In der Sonne werden sie deutlich wärmer als die Luft, und mit jedem Grad sinkt die Leistung ein wenig. Schieb den Regler:

Temperatur der Solarzellen

25 °C

0Wattpeak-Wert (445 W)

Leistung bei voller Sonne

445 W

gegenüber dem Wattpeak-Wert

±0 %

Zum Vergleich: Als Nennbetriebstemperatur der Zelle nennt das Datenblatt 43 °C, gemessen bei 800 W/m² Einstrahlung und 20 °C Lufttemperatur.

Rechnung mit dem Datenblatt-Wert des Beispielmoduls (-0,30 % je Grad, 445 Wp) bei voller Einstrahlung von 1.000 W/m². 25 °C Zelltemperatur ist die Laborbedingung, bei der die Wattpeak-Zahl gemessen wird. In der Sonne ist die Zelle deutlich wärmer als die Luft.

Bei 65 °C Zelltemperatur bleiben von 445 W rechnerisch 392 W. Das ist einer der Gründe, warum Module selten ihre Nennleistung erreichen. Laut Fraunhofer ISE können Module ihre Nennleistung gelegentlich erreichen und für sehr kurze Zeit sogar überschreiten.

Was Schatten anrichtet

Weil die Zellen hintereinander geschaltet sind, bremst eine schwache Zelle alle anderen in ihrer Reihe. Fraunhofer ISE beschreibt das für verschmutzte Teilflächen: Wegen der Reihenschaltung können sie erheblich mehr Ertrag kosten, als ihrem Flächenanteil entspricht. Für Schatten gilt dasselbe Prinzip. Damit nicht gleich das ganze Modul ausfällt, sind Bypassdioden eingebaut, beim Beispielmodul drei. Moderne Halbzellenmodule sind außerdem in zwei Hälften geteilt, die parallel arbeiten. Tipp die Fälle an:

Kein SchattenSchatten untenSchatten längs

Von der Leistung bleiben

100 %

Alle sechs Teilstränge liefern Strom. Jeweils zwei übereinander teilen sich eine Bypassdiode.

• arbeitet
• fällt aus
• Bypassdiode leitet um

Vereinfachte Darstellung eines hochkant montierten Halbzellenmoduls. Wie viel wirklich übrig bleibt, hängt von Form und Dichte des Schattens, vom restlichen Licht und vom Wechselrichter ab.

• Zwei Module, zwei Eingänge

  Viele Wechselrichter für zwei Module haben je Modul einen eigenen Eingang mit eigener Regelung, so auch das Beispielgerät von Hoymiles. Liegt ein Modul im Schatten, arbeitet das andere unabhängig weiter.

  Wechselrichter ›

• Vor dem Aufhängen schauen

  Achte darauf, wo im Tagesverlauf Schatten fällt: Geländerpfosten, Balkon darüber, Markise, Bäume. Manchmal reicht es, das Modul ein Stück zu versetzen.