Komponenten

Damit die Sonnenenergie von der Solarzelle zur Steckdose kommt, sind diverse Komponenten notwendig. Weiter würde die Solarzelle ohne Schutz dem Wetter nicht standhalten. 

Solarzellen unterscheiden sich nicht nur nach dem Material, sondern auch in der Art der Dotierung und in den Produktionsverfahren. An neuen Zelltypen und der Verbesserungen der bereits auf dem Markt erhältlichen Zellen wird weltweit intensiv geforscht. Die meisten heute verwendeten Zellen bestehen aus monokristallinem Silizium, andere Technologien kommen bisher nur vereinzelt zum Einsatz. 

Zur Herstellung von monokristallinen Siliziumzellen wird hochreines Halbleitermaterial benötigt. Aus einer Siliziumschmelze werden einkristalline Stäbe (Ingots) gezogen und anschliessend in 200 Mikrometer (µm) dünne Scheiben gesägt, die auch Wafer genannt werden. Meist werden heute Ingots mit einem Durchmesser von 300 Millimetern und bis zu einer Länge von 2 Metern hergestellt. Immer häufiger werden Ingots mit 450 Millimeter Durchmesser produziert, dies wird langfristig auch Auswirkungen auf die Grösse der Solarmodule haben. 

Wird auf Glas oder anderes Substratmaterial eine Silizium- oder andere Halbleiterschicht aufgedampft, spricht man von Dünnschichtzellen. Die Schichtdicken betragen weniger als 1 Mikrometer. 

Neben Silizium kommen bei Dünnschichtzellen auch Cadmiumtellurid (CdTe), Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) und Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) zum Einsatz. Von Tandemzellen spricht man, wenn kristallines und amorphes Silizium in einer Zelle kombiniert werden.  

Erst am Beginn des kommerziellen Einsatzes stehen Grätzel-Solarzellen, die zur Umwandlung von Licht in elektrischen Strom nicht Halbleiter, sondern organische Farbstoffe verwenden. Sie wurden an der EPFL Lausanne unter der Leitung von Prof. Dr. M. Grätzel entwickelt. 

Derzeit wird intensiv an Zellen aus Perowskit-Kristallen geforscht. Solche Zellen haben das Potenzial zu sehr hohen Wirkungsgraden bei geringen Herstellkosten. Bisher wurden solche Zellen noch nicht kommerzialisiert. 

Solarzellen werden zusammengeschaltet und in Glas und Kunststoff verpackt zu Solarmodulen verbaut. Auf diese Weise vor Umwelteinflüssen geschützt werden sie als Bauteile für Solaranlagen eingesetzt. Heutige Module haben meist 120 Halbzellen, eine Leistung von 380–420 Watt und Grössen von ca. 1,0×1,75 Metern. 

Der Modulwirkungsgrad hängt von der verwendeten Zelltechnologie, der Konfiguration der Zellen, z. B. Zellabstände, und der Verbindung der Zellen untereinander ab. Heute verfügbare Solarmodule haben typischerweise Wirkungsgrade zwischen 19 und 22 %. Der Gesamtwirkungsgrad einer Photovoltaikanlage liegt etwas tiefer, wobei der Solarzelle bis zum Stromnetz Energie verloren geht. Zum Beispiel ist der Wirkungsgrad des Wechselrichters ein wichtiger Faktor. 

Die Leistung der Module wird in Watt oder oft auch in «Watt Peak» (Maximalleistung) angegeben. Dies bezeichnet die Nennleistung bei Standard-Testbedingungen (kurz STC). Die STC-Leistung ist auf dem jeweiligen Modul-Datenblatt angegeben. 

Die Testbedingungen sind wie folgt definiert:  

• Einstrahlung von 1000 Watt pro Quadratmeter (W/m2) 
• 25 °C Zelltemperatur 
• Luftmasse von 1,5 Air Mass (AM) 

Eine optimal positionierte Photovoltaikanlage im Schweizer Mittelland liefert jährlich rund 1000 Kilowattstunden pro 1000 Watt installierter PV-Module. 

Photovoltaik-Module werden nach international anerkannten Normen geprüft: 

• IEC 61215: terrestrische Photovoltaik–Module 
• IEC 61646: terrestrische Dünnschicht-Photovoltaik-Module 
• IEC 61730: PV-Module – Sicherheitszertifizierung 
• SNEN 50583-1/-2: BIPV-Module, respektive BIPV-Systeme 

Die grundlegende Aufgabe eines Wechselrichters ist es, den Gleichstrom (DC) aus den Solarmodulen in Wechselstrom (AC) umzuformen und diesen an die Frequenz und die Höhe der Spannung des Netzes anzupassen. Es werden unter anderem folgende Wechselrichter unterschieden: 

• Modulwechselrichter 
• Strangwechselrichter mit einem oder mehreren DC-Strängen pro Wechselrichter 
• Zentralwechselrichter für Grossanlagen 

Weiter besteht die Möglichkeit, das PV-System mit «Power Optimizers» auszustatten. 

Die Wechselrichter bieten heute standardmässig viele nützliche Funktionen zur Unterstützung der Stromnetze, zur Erhöhung des Eigenverbrauchs, zur Ertragsoptimierung bei Verschattungen sowie zur (Fern-)Überwachung der Anlage. 

Der Anteil des selbst verbrauchten, eigenerzeugten Solarstroms kann durch Batteriespeicher weiter erhöht werden.