Wer heute eine Photovoltaikanlage plant, trifft auf zahlreiche Begriffe: Glas-Glas, Glas-Folie, bifazial, monofazial, TOPCon, Rückkontakt oder Halbzelle. Auf den ersten Blick scheint es sich um konkurrierende Modularten zu handeln. Tatsächlich beschreiben viele dieser Bezeichnungen jedoch vollkommen unterschiedliche technische Eigenschaften.
Ein Glas-Glas-Modul kann bifazial sein, muss es aber nicht. Ein bifaziales Modul beschreibt zunächst die Fähigkeit, Licht von Vorder- und Rückseite zur Stromerzeugung zu nutzen. TOPCon wiederum bezeichnet eine Technologie der Solarzelle und sagt nicht unmittelbar etwas darüber aus, ob die Rückseite des gesamten Moduls aus Glas oder Folie besteht.
Wer Module vergleichen möchte, sollte deshalb zunächst drei Ebenen auseinanderhalten: den Modulaufbau, die Art der Lichtnutzung und die Zelltechnologie.
Was in einem Solarmodul steckt
Ein Photovoltaikmodul besteht nicht einfach aus einer Glasscheibe mit darunterliegenden Solarzellen.
Mehrere Materialien bilden gemeinsam einen Verbund.
Auf der Vorderseite befindet sich in der Regel Solarglas. Darunter liegen Einkapselungsmaterialien, in die die elektrisch miteinander verbundenen Solarzellen eingebettet werden. Die Rückseite wird je nach Konstruktion beispielsweise durch eine Kunststoff-Verbundfolie oder eine weitere Glasscheibe abgeschlossen.
Hinzu kommen elektrische Leiter, Anschlussdose, Kabel und bei vielen Modulen ein Aluminiumrahmen.
Diese Konstruktion muss mehrere Aufgaben gleichzeitig erfüllen.
Sie soll Licht zu den Solarzellen gelangen lassen, elektrische Bauteile vor Umwelteinflüssen schützen und mechanischen Belastungen über viele Jahre standhalten.
Deshalb lässt sich die Qualität eines Solarmoduls nicht allein an seiner maximalen Leistung in Watt festmachen.
Glas-Folie ist die klassische Modulbauweise
Bei vielen herkömmlichen Photovoltaikmodulen besteht die Vorderseite aus Glas, während die Rückseite durch eine mehrschichtige Kunststofffolie geschützt wird.
Diese Module werden häufig als Glas-Folie-Module bezeichnet.
Ein Vorteil dieses Aufbaus kann das vergleichsweise geringe Gewicht sein. Glas ist schwerer als eine dünne Rückseitenfolie. Das kann insbesondere bei großen Modulflächen sowie bei Dächern mit begrenzten Lastreserven eine Rolle spielen.
Glas-Folie bedeutet dabei keineswegs automatisch veraltete oder minderwertige Technik.
Auch leistungsfähige moderne Solarzellen können in solchen Modulaufbauten eingesetzt werden. Entscheidend ist, welche Materialien verwendet werden, wie sie miteinander kombiniert sind und welche mechanischen beziehungsweise klimatischen Belastungen das Modul im Betrieb erfährt.
Glas-Glas bezeichnet zunächst nur den Aufbau
Bei einem Glas-Glas-Modul wird die Rückseite nicht durch eine klassische Kunststoffrückseitenfolie, sondern durch eine zweite Glasscheibe abgeschlossen.
Die Solarzellen befinden sich damit zwischen zwei Glasschichten und den jeweiligen Einkapselungsmaterialien.
Dieser Aufbau verändert die mechanischen und klimatischen Eigenschaften des Moduls.
Glas besitzt eine sehr geringe Durchlässigkeit für Wasserdampf. Gleichzeitig kann ein symmetrischerer Aufbau aus Glas auf Vorder- und Rückseite mechanische Eigenschaften beeinflussen.
Daraus ergibt sich jedoch keine pauschale Garantie, dass jedes Glas-Glas-Modul unter allen Bedingungen länger hält als jedes Glas-Folie-Modul.
Untersuchungen zur Alterung von Photovoltaikmodulen zeigen vielmehr, dass die Wechselwirkung verschiedener Materialien entscheidend ist. Einkapselung, Rückseite, Temperatur und UV-Belastung beeinflussen gemeinsam, wie ein Modul altert.
Der Begriff Glas-Glas beschreibt daher eine Konstruktion und kein allgemeines Qualitätsurteil.
Warum Glas-Glas-Module nicht automatisch bifazial sind
Eine häufige Verwechslung betrifft Glas-Glas und bifazial.
Beide Begriffe treten bei modernen Modulen oft gemeinsam auf. Sie bedeuten dennoch nicht dasselbe.
Glas-Glas beschreibt, welche Materialien Vorder- und Rückseite des Modulverbundes bilden.
Bifazial beschreibt dagegen, dass die Solarzellen beziehungsweise das Modul auch Licht von der Rückseite zur Stromerzeugung nutzen können.
Ein Modul kann daher konstruktiv als Glas-Glas-Modul ausgeführt sein und trotzdem ausschließlich auf die Vorderseite optimiert sein.
Umgekehrt benötigen bifaziale Module eine Rückseite, durch die Licht zu den rückseitig aktiven Zellflächen gelangen kann. Glas eignet sich dafür besonders gut, weshalb viele bifaziale Module zugleich Glas-Glas-Konstruktionen sind.
Für den Vergleich ist diese Unterscheidung wichtig.
Wie bifaziale Module zusätzlichen Ertrag erzeugen
Klassische monofaziale Module nutzen im Wesentlichen die Einstrahlung auf ihrer Vorderseite.
Bifaziale Module können zusätzlich Licht verwerten, das auf ihre Rückseite trifft.
Dabei handelt es sich nicht um Sonnenlicht, das durch das Modul hindurchscheint. Entscheidend ist überwiegend Licht, das von der Umgebung reflektiert wird.
Wie groß der zusätzliche Ertrag ausfällt, hängt deshalb stark vom Standort und von der Montage ab.
Eine helle Oberfläche reflektiert mehr Strahlung als ein dunkler Untergrund. Auch der Abstand zwischen Modul und Untergrund, die Neigung und die gegenseitige Verschattung spielen eine Rolle.
Auf einer Freiflächenanlage mit geeignetem Untergrund kann die Rückseite deutlich besser belichtet werden als auf einem klassischen Schrägdach, bei dem die Module mit geringem Abstand über dunklen Dachziegeln montiert sind.
Die Eigenschaft „bifazial“ allein sagt daher noch nicht, welchen Mehrertrag eine konkrete Anlage erzielt.
Der Untergrund wird bei bifazialen Modulen zum Faktor
Für rückseitige Einstrahlung spielt das Reflexionsvermögen des Untergrunds eine wichtige Rolle. In der Fachsprache wird häufig vom Albedo-Wert gesprochen.
Helle Flächen reflektieren einen größeren Anteil der einfallenden Strahlung als sehr dunkle Oberflächen.
Das erklärt, weshalb bifaziale Technik unter anderem auf hellen Flachdächern, bei Freiflächenanlagen oder auf bestimmten Carport-Konstruktionen interessant sein kann.
Auf einem dicht belegten dunklen Schrägdach kann der praktische Vorteil dagegen geringer ausfallen.
Auch Befestigungselemente können Einfluss nehmen. Schienen, Kabel oder andere Bauteile hinter einem bifazialen Modul können Teile der rückseitigen Einstrahlung abschatten.
Eine bifaziale Anlage sollte deshalb als Gesamtsystem geplant werden.
Moderne Solarmodule unterscheiden sich auch bei den Zellen
Neben dem Modulaufbau hat sich die Zelltechnologie in den vergangenen Jahren weiterentwickelt.
Bei aktuellen Solarmodulen finden sich deshalb unterschiedliche Zellkonzepte und Verschaltungsarten. Begriffe wie PERC, TOPCon, HJT oder Rückkontakt beschreiben technische Ansätze auf Zellebene und sollten nicht mit Glas-Glas oder Bifazialität verwechselt werden.
Eine verbreitete Entwicklung sind n-Typ-Zelltechnologien.
Dabei basiert der Siliziumwafer auf einer anderen Dotierung als bei klassischen p-Typ-Zellen. Technologien wie TOPCon oder Heterojunction nutzen darauf aufbauend unterschiedliche Zellstrukturen, um elektrische Verluste zu reduzieren und hohe Wirkungsgrade zu ermöglichen.
Der konkrete Modulwirkungsgrad hängt jedoch nicht allein vom Namen der Zelltechnologie ab.
Auch Zellfläche, Verschaltung, Abstände zwischen den Zellen, optische Verluste und Modulmaterialien spielen eine Rolle.
Was TOPCon eigentlich bedeutet
TOPCon steht für „Tunnel Oxide Passivated Contact“.
Vereinfacht gesagt wird bei dieser Zelltechnologie versucht, elektrische Kontakte so zu gestalten, dass Ladungsträger effizient abgeleitet werden und gleichzeitig Rekombinationsverluste reduziert werden.
Technisch ist das erheblich komplexer als die Bezeichnung auf einem Datenblatt vermuten lässt.
Für Hausbesitzer ist vor allem die Konsequenz relevant: Solche Zellkonzepte ermöglichen hohe Wirkungsgrade und haben sich in der industriellen Modulproduktion stark etabliert.
Trotzdem wäre es zu einfach, ein Modul ausschließlich aufgrund des Begriffs TOPCon auszuwählen.
Ein vollständiges Modul besteht aus erheblich mehr als der Solarzelle.
Rückkontaktzellen verfolgen einen anderen Ansatz
Bei klassischen Solarzellen sind auf der Vorderseite Leiterbahnen und Sammelkontakte sichtbar.
Sie transportieren den erzeugten Strom, bedecken aber gleichzeitig einen Teil der lichtempfindlichen Zellfläche.
Rückkontakttechnologien verlagern elektrische Kontakte teilweise oder vollständig auf die Rückseite.
Dadurch kann die Vorderseite frei von bestimmten Metallkontakten bleiben.
Das kann optische und elektrische Vorteile ermöglichen, stellt aber höhere Anforderungen an Zellherstellung und Verschaltung.
Auch hier gilt: Die technische Bezeichnung allein ist noch kein Beweis dafür, dass ein bestimmtes Modul für jedes Dach die beste Lösung darstellt.
Wattzahl und Wirkungsgrad sind nicht dasselbe
Bei Solarmodulen wird häufig zuerst die Nennleistung betrachtet, beispielsweise 450, 470 oder 500 Watt.
Diese Zahl beschreibt die elektrische Leistung des Moduls unter standardisierten Prüfbedingungen.
Ein Modul mit höherer Wattzahl muss jedoch nicht zwingend effizienter sein.
Ist es schlicht größer, kann es mehr Leistung liefern, obwohl sein Wirkungsgrad gleich oder sogar geringer ausfällt.
Der Modulwirkungsgrad setzt die erzeugbare Leistung ins Verhältnis zur Modulfläche.
Das ist insbesondere dort interessant, wo die nutzbare Dachfläche begrenzt ist.
Auf einem kleinen Dach kann ein höherer Flächenwirkungsgrad wertvoller sein als bei einer großen Freifläche, auf der genügend Platz vorhanden ist.
Die Modulgröße beeinflusst die Planung
Moderne Hochleistungsmodule sind teilweise größer geworden.
Das ermöglicht höhere absolute Leistungen pro Modul, verändert aber auch Anforderungen an Transport, Montage und Dachbelegung.
Ein großes Modul kann beispielsweise weniger flexibel um Dachfenster, Gauben oder andere Hindernisse herum angeordnet werden.
Auch Gewicht und Handhabung spielen eine Rolle.
Deshalb sollte die höchste Wattzahl nicht automatisch als wichtigste Kenngröße betrachtet werden.
Bei Wohngebäuden zählt letztlich, welche Kombination aus Modulgröße, Leistung und Dachgeometrie den sinnvollsten Gesamtgenerator ergibt.
Halbzellen verändern die elektrische Verschaltung
Viele moderne Module verwenden keine ungeteilten Vollzellen mehr, sondern kleinere Zellformate beziehungsweise halbierte Solarzellen.
Durch eine geeignete Verschaltung können elektrische Widerstandsverluste reduziert werden.
Außerdem lassen sich Module in Teilbereiche aufteilen, was unter bestimmten Verschattungssituationen Auswirkungen auf das elektrische Verhalten haben kann.
Der Begriff Halbzelle beschreibt wiederum eine andere Ebene als Glas-Glas, bifazial oder TOPCon.
Ein modernes Modul kann gleichzeitig Halbzellen, TOPCon-Technologie, Glas-Glas-Aufbau und bifaziale Eigenschaften besitzen.
Genau deshalb wirken Produktbezeichnungen schnell kompliziert: Mehrere unabhängige technische Merkmale werden in einer einzigen Modellbeschreibung kombiniert.
Verschattung bleibt eine Herausforderung
Keine Modultechnologie macht eine Photovoltaikanlage vollständig unempfindlich gegen Schatten.
Fällt Schatten auf Teile eines Moduls, kann sich das elektrische Verhalten verändern. Bypass-Dioden und geeignete Zellverschaltungen begrenzen bestimmte Auswirkungen, beseitigen sie jedoch nicht vollständig.
Bei der Planung sollte deshalb untersucht werden, wann und wo Verschattung entsteht.
Kamine, Bäume, Nachbargebäude, Gauben oder Antennen können je nach Sonnenstand sehr unterschiedliche Schattenverläufe erzeugen.
Ein vermeintlich leistungsstärkeres Modul kann unter ungünstiger Verschattung weniger Jahresertrag liefern als eine besser geplante Anlage mit nominell geringerer Modulleistung.
Temperatur beeinflusst die reale Leistung
Die Nennleistung eines Solarmoduls wird unter standardisierten Bedingungen bestimmt.
Auf einem Dach herrschen diese Bedingungen jedoch nur selten.
Besonders wichtig ist die Modultemperatur.
Silizium-Solarzellen liefern bei steigender Zelltemperatur typischerweise weniger elektrische Leistung. Wie stark dieser Effekt ausfällt, wird im Datenblatt über Temperaturkoeffizienten beschrieben.
Deshalb bedeutet sehr starke Sonneneinstrahlung an einem heißen Sommertag nicht automatisch, dass ein Modul seine höchste mögliche Leistung erreicht.
Gute Hinterlüftung kann dazu beitragen, Wärme abzuführen.
Auch dieser Faktor zeigt, warum einzelne Spitzenwerte auf einem Datenblatt nur einen Teil der tatsächlichen Anlagenleistung erklären.
Lebensdauer hängt vom gesamten Materialsystem ab
Bei Photovoltaikanlagen wird häufig über eine Nutzungsdauer von Jahrzehnten gesprochen.
Damit ein Modul diese Zeit zuverlässig übersteht, müssen zahlreiche Materialien zusammenarbeiten.
UV-Strahlung, Feuchtigkeit, Temperaturwechsel, Wind und mechanische Belastungen wirken dauerhaft auf den Modulverbund.
Forschung zur Modulzuverlässigkeit zeigt, dass Alterung nicht durch ein einzelnes Material bestimmt wird. Rückseiten, Einkapselungsmaterialien und weitere Komponenten beeinflussen sich gegenseitig.
Deshalb sollte aus einzelnen Konstruktionsmerkmalen keine pauschale Haltbarkeitsgarantie abgeleitet werden.
Auch Garantiebedingungen und nachgewiesene Prüfnormen sind bei einer langfristigen Beurteilung relevant.
Welches Modul passt zu welchem Dach?
Eine allgemein beste Modultechnik gibt es nicht.
Auf einer begrenzten Dachfläche kann ein hoher Wirkungsgrad besonders wichtig sein.
Bei einer erhöht aufgeständerten Anlage über einer hellen Oberfläche kann Bifazialität zusätzlichen Ertrag ermöglichen.
Bei Dächern mit begrenzten statischen Reserven kann das Gewicht eine größere Rolle spielen.
Auf stark gegliederten Dachflächen sind Modulabmessungen wichtig. Bei optisch sensiblen Gebäuden können Farbe und sichtbare Kontakte stärker gewichtet werden.
Deshalb sollte die Modulauswahl immer im Zusammenhang mit dem gesamten Gebäude erfolgen.
Nicht die längste Produktbezeichnung entscheidet
Moderne Solarmodule verbinden inzwischen mehrere technische Entwicklungen miteinander. Ein Produkt kann gleichzeitig Glas-Glas-Modul, bifazial, n-Typ, TOPCon und als Halbzellenmodul ausgeführt sein.
Diese Begriffe beschreiben unterschiedliche Eigenschaften und sollten nicht als Qualitätsstufen verstanden werden.
Glas-Glas beschreibt den Modulverbund. Bifazialität beschreibt die Nutzung von Licht auf beiden Seiten. Zellbegriffe wie TOPCon beschreiben die elektrische Zellarchitektur. Wattzahl und Wirkungsgrad liefern wiederum Informationen über Leistung und Flächeneffizienz.
Erst wenn diese Ebenen getrennt betrachtet werden, wird ein sinnvoller Vergleich möglich.
Für Hausbesitzer ist deshalb weniger entscheidend, welches Modul auf dem Papier die meisten technischen Schlagwörter vereint. Wichtiger ist, ob Größe, Gewicht, Wirkungsgrad, Zelltechnik und Modulaufbau zu Dach, Montageart und Standort passen.
Die beste technische Eigenschaft ist schließlich immer diejenige, die unter den realen Bedingungen einer Anlage tatsächlich einen Nutzen bringt.