Solarmodule wandeln das Licht der Sonne direkt in elektrische Energie um. Ihren Anfang nahm die Photovoltaik in den 60er Jahren in der Raumfahrt, noch heute sieht man zum Beispiel auf der Raumstation ISS riesige Sonnenkollektoren, die die Raumstation mit Strom versorgen. Zur Nutzung von  Solarenergie sind Solarzellen notwendig. Deren Einsatzgebiete sind sehr vielfältig. Ob auf Freiflächen, an Hauswänden oder auf Dächern, die Funktionsweise der Solarzelle ist immer gleich. Durch die direkte und diffuse Sonneneinstrahlung gelangen Photonen auf die Solarzellen der Photovoltaik-Anlage und dabei werden Elektronen freigesetzt, ein Plus- und Minuspol entsteht. Durch Halbleitermaterialien fließt Gleichstrom zu einem Verbraucher oder einen Wechselrichter. Die Stromstärke ist direkt proportional zur Einstrahlung: „Doppelt so viel Licht, doppelt so hoher Strom“. Die Stromstärke ist direkt proportional zur Fläche der Solarzelle.

Charakterisiert wird das Solarmodul durch sein Herstellungsverfahren sowie durch die Anschlusswerte (z. B. Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom). Wesentliche Eigenschaft eines jeden Moduls ist die Nennleistung, die auf Basis von Laborbedingungen, so genannten Standard Test Conditions (STC), angegeben wird. Diese Standardbedingungen setzen sich aus definierten Werten für solare Einstrahlung (1.000 W/m²), Lichtspektrum  bzw. Temperatur (25° Zelltemperatur) sowie Luftmasse (AM = 1,5) zusammen.

Als weiterer wichtiger Richtwert dient der Wirkungsgrad der Solarzelle zur Bestimmung der Qualität der Solarzelle. Der Wirkungsgrad kann für die Solarzelle oder für das gesamte Solarmodul betrachtet werden und ist das Verhältnis von entnommener elektrischer Energie und eingestrahlter Lichtenergie. Je höher der Wirkungsgrad ist, desto geringer kann die Fläche für die Anlage gehalten werden. Die aktuell mit Solarzellen erzielbaren Wirkungsgrade reichen von wenigen Prozent bis zu über 40 % (unter Laborbedingungen). Dieser wird unter standardisierten Bedingungen ermittelt. Organische Solarzellen erzielen derzeit über 8 % Wirkungsgrad, Dünnschichtmodule auf Basis von amorphem Silizium etwa 5 bis 13 %, Dünnschichtmodule auf der Basis von Cadmiumtellurid ca. 12 %, Solarzellen aus polykristallinem Silizium zwischen 13 und 18 %, Zellen aus monokristallinem Silizium zwischen 14 und 24 %.

Aufbau eines Solarmoduls

Um den Anforderungen einer Anlage für die Erzeugung von Solarstrom gerecht zu werden, fasst man Solarzellen mittels mehrerer verschiedener Materialien zu einem Solarmodul zusammen.

Dieser Verbund erfüllt folgende Zwecke:

• transparente, strahlungs- und witterungsbeständige Abdeckung
• robuste elektrische Anschlüsse
• Schutz der Solarzelle vor mechanischen Einflüssen
• Schutz der Solarzellen und elektrischen Verbindungen vor Feuchtigkeit
• Ausreichende Kühlung der Solarzellen
• Berührungsschutz der elektrisch leitenden Bauteile
• Handhabungs- und Befestigungsmöglichkeit

Solarinteressierte können sich zwischen vielen Arten von Solarmodulen und Technologien entscheiden.

Als Überblick über die gängigen Zelltechnologien dient die nachfolgende Auflistung:

Polykristalline Zellen

• Polykristalline Band-Zellen (EFG, String Ribbon, Apex)
• Rückkontakt-Zellen (MWT, EWT)
• Hybride HIT-Zellen

Dünnschicht-Zellen

• Amorphe Silizium-Zellen
• Kristalline Silizium-Dünnschichtzellen (CSG)
• Kufper Indium Diselenid Zellen (CIS)
• CIS-Band-Zellen / CIS-Glaskugelzellen / Kupfer Indium Disulfid-Zellen
• Cadmium-Tellurid-Zellen (CdTe)

Nanostrukturierte Solarzellen

• Nanostrukturierte CIS-Solarzellen
• Polymer Solarzellen
• Farbstoff Solarzellen

Die nächste Übersicht stellt einen kurzen Überblick über die wichtigsten Eigenschaften von kristallinen und Dünnschichtzellen dar:

Modul-Wirkungsgrad: 8-13%
Flächenbedarf: 9-14 m² pro kWp
Energetische Amortisation: < 1-2 Jahre
Temperaturkoeffizient: -0,2% bis -0.45% pro C°
Verschattungsverhalten: "planbar"
Leistungstoleranz: -0/+5% bis -10/+10%

Polykristalline oder multikristalline Solarzellen erkennt man an ihrer blauen Oberfläche. Ihre Kristallstruktur ist nur in Teilen geordnet. Deshalb haben sie einen etwas höheren Innenwiderstand, die sich in einem etwas niedrigeren Wirkungsgrad niederschlägt. Polykristalline Zellen sind einfacher in der Herstellung, sie werden in Blöcken vergossen und anschließend in Scheiben gesägt. Polykristalline Zellen haben aufgrund des vergleichsweise geringen Fertigungsaufwandes ein günstiges Preis/Leistungsverhältnis und sind die am häufigsten verwendete Technologie. Speziell geeignet sind die polykristallinen Module für landwirtschaftliche Gebäude, da Doppelglasmodule robust gegen Witterungseinflüsse oder aggressive Luftschadstoffe sind. Als gängige Herstellungsverfahren kommen hier das Gießverfahren, das Bridgman-Verfahren und das kantenbegrenzte Bandziehverfahren (EFG-Verfahren, von engl. edge-defined film-fed growth) zum Einsatz.

Hierbei wird das Silizium auf eine Trägerschicht ohne erkennbare Struktur(=amorph) aufgedampft. Durch die geringe Schichtdicke von maximal 2 µm haben diese den Namen Dünnschichtzellen erhalten. Sie haben im Sonnenlicht einen nur geringen Wirkungsgrad, bieten jedoch Vorteile bei wenig Licht, Streulicht oder bei hoher Betriebstemperatur. Dünnschichtmodule sind nicht so anfällig bei Schattenproblemen aufgrund ihrer Funktionsweise. Viele Dünnschichtmodule sind rahmenlos und haben daher eine geringere Anfälligkeit für Verschmutzungen. Die Montage stellt sich allerdings schwieriger dar. Die nicht sichtbaren Leiterbahnen sorgen für eine durchgängige homogene Fläche. Einsetzbar sind Dünnschichtmodule für den großflächigen Einsatz auf Freiflächen, Fassaden oder bei gebäudeintegrierten Anlagen. Vorteilhaft ist der Einsatz an Standorten mit viel indirekten oder diffusen Lichtverhältnissen, bei nicht nach Süden ausgerichteten Dächern oder in Regionen mit großen Temperaturunterschieden. Aufgrund der flexiblen Einsatzform ergeben sich auch Möglichkeiten bei komplexen Gebäudesituationen.

• a-SI (amorphes Silizium)
• CIS oder CIGS-Dünnschichtmodule: Das Halbleitermaterial besteht aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid.
• CdTe-Dünnschichtmodule: Hier wird eine Verbindung von Tellur und Cadmium als Halbleiter eingesetzt. Der Einsatz des Schwermetalls Cadmium muss aber bei der Entsorgung beachtet werden.
• CSG–Dünnschichtmodule: Silizium wird aus Silangas gewonnen und auf eine strukturierte Glasscheibe aufgebracht. Die Schichtdicke beträgt 2  µm.