Größe und Solarmodultypen von Photovoltaikanlagen

Wenn die Frage, ob eine Photovoltaikanlage installiert werden kann, positiv geklärt ist, schließen sich im Anschluss als Fragestellungen an, welche Größe die Anlage haben und wie diese technisch beschaffen sein soll.

1. Richtige Größe der Photovoltaikanlage

Selbstverständlich wird die maximale Größe der installierbaren Photovoltaikanlagen durch die zur Verfügung stehende Dachfläche definiert. Bei der Entscheidung über die Größe der Anlage stellen aber das zur Verfügung stehende Finanzbudget sowie die Frage, wie der erzeugte Strom genutzt werden soll, ebenso wichtige Faktoren dar.

Am wirtschaftlichsten ist eine Photovoltaikanlage in der Regel, wenn der erzeugte Strom direkt vor Ort verbraucht werden kann, d. h. die Anlage für den eigenen Strombedarf genutzt wird. Soweit dies der Zweck für die Installation der Anlage sein soll, ist für die Bestimmung der Größe der Anlage der bisherige Strombedarf wie auch der potenziell zukünftige Mehrbedarf (zum Beispiel für Wärmepumpe, Elektrofahrzeuge, Klimaanlage etc.) zugrunde zu legen. Besonders zu berücksichtigen ist dabei, dass eine Photovoltaikanlagen im Wesentlichen den Strom in den Monaten von März bis Oktober produziert und damit (leider) gerade in den Monaten, in denen der Strombedarf unterdurchschnittlich ist.

Der von der Photovoltaikanlage erzeugte und nicht selbst verbrauchte Strom wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist und nach gesetzlich festgelegten Vergütungssätzen, die für 20 Jahre durch das EEG-Gesetz garantiert sind, vergütet. Die Vergütungssätze sind allerdings deutlich geringer als wenn der erzeugte Strom ausschließlich, d.h. ohne Eigenverbrauch, in das Netz eingespeist wird.

In der Regel kann davon ausgegangen werden, dass eine durchschnittliche Kirchengemeinde - soweit nicht auch ein angeschlossener Kindergarten mitversorgt werden soll - für den Eigenverbrauch keine Anlage benötigt, die größer ist als 10 kW/peak. Für eine solche Anlage sind aktuell Investitionskosten zwischen von ca. 20.000,-- € (Stand September 2023) zu veranschlagen.

Selbstverständlich kann, wenn ein ausreichendes Investitionsbudget zur Verfügung steht, die Anlage auch bis zur der der Dachfläche entsprechenden maximalen Größe errichtet werden. Bei größeren Anlagen ist dann zu entscheiden, ob die Anlage mit Eigenverbrauch und geringeren Vergütungssätzen für die Netzeinspeisung des Reststromes oder als Volleinspeisungsanlage betrieben werden soll.

2. Arten von Solarmodulen

Die drei häufigsten Solarzellen-Arten auf dem Markt sind Monokristalline Solarmodule, Polykristalline Solarmodule und Dünnschicht Solarmodule. Diese wurden für unterschiedliche Bedingungen entwickelt und haben daher auch unterschiedliche Eigenschaften.

a. Monokristalline Solarmodule

Monokristalline Solarzellen bestehen aus einem Kristall. Diese Solarmodule können selbst bei geringem Sonnenlicht Energie erzeugen. Monokristalline Solarzellen sind etwas teurer als Polykristalline und Dünnschicht Solarzellen, da der Herstellungsprozess komplizierter ist. Sie haben einen dunkelblauen bis schwarzen Farbton. Sie haben eine Nutzungserwartung von mehr als 25 Jahren. Nach 25 Jahren ist in etwa 80 % der Leistungsfähigkeit zu erwarten.

b. Polykristalline Solarmodule

Polykristalline Solarzellen bestehen aus mehreren Kristallen in jeder Zelle und sind nicht so hitzeempfindlich wie Monokristalline Solarzellen. Sie sind die gängigsten Solarzellen in den auf dem Markt befindlichen Solarmodulen, gelten jedoch als etwas weniger effizient als Monokristalline Solarzellen. Polykristalline Solarzellen werden häufig bei großen Anlagen und landwirtschaftlichen Betrieben eingesetzt, die über viel Platz verfügen. Im Vergleich zu monokristallinen Solarzellen sind polykristalline Solarzellen etwas billiger, da der Herstellungsprozess einfacher ist. Polykristalline Solarzellen haben einen helleren Blauton. Die Abgrenzung der einzelnen Siliziumkristalle ist hier sehr deutlich zu sehen. Die Nutzungserwartung beträgt ebenfalls mehr als 25 Jahre mit einer Leistungsfähigkeit von 80 % nach 25 Jahren.

c. Dünnschicht Solarmodule

Dünnschicht Solarzellen bestehen aus einer dünnen Siliziumschicht, die auf Metall, Glas, Silizium oder Kunststoff aufgetragen wird. Sowohl das Aussehen als auch der Herstellungsprozess von Dünnschicht Solarzellen unterscheiden sich von kristallinen Solarzellen. Eine der besonderen Eigenschaften ist jedoch das flexible Material, was die Möglichkeit eröffnet, Dünnschicht Solarzellen auf abgerundeten Oberflächen zu verwenden. So können Dünnschicht Solarzellen beispielsweise direkt auf Dachziegel geklebt werden. Dünnschicht Solarzellen sind etwas billiger als kristalline Solarzellen, haben aber auch eine kürzere Lebensdauer. Sie sehen wie eine schwarze Dünnschicht aus.

d. Solarzellen der Zukunft, bifaziale Module

Die Mission, Solarzellen auf den PV-Modulen noch effizienter zu machen, entwickelt sich ständig weiter, sowohl was den Herstellungsprozess als auch die Effizienz betrifft. Drei neue Arten von Solarzellen, die derzeit entwickelt werden, sind Perowskit Solarzellen, Solarzellen auf Nanodrahtbasis und Farbstoffsolarzellen. Alle haben das Ziel, die Kosten so gering wie möglich zu halten und die Effizienz zu erhöhen. Aktuell befinden sich diese Module jedoch noch in der Forschungsphase. Wann genau sie die gängigen Arten von Solarzellen ergänzen oder sogar ersetzen, bleibt offen.

Aktuell finden immer mehr bifaziale Solarmodule Anwendung. Ein bifaziales Solarmodul unterscheidet sich nur geringfügig von einem Standardmodul. Durch Modifizierung der Standardzellen (genauer der Rückseitenkontakte) erreicht man, dass auch von der Rückseite Photonen in die Zelle eindringen können. Diese Photonen werden zwar weniger effizient genutzt, erhöhen aber als zusätzlicher Energieeintrag den Wirkungsgrad des Gesamtmoduls.

Der größte Vorteil von bifazialen Solarmodulen ist der zusätzliche Ertrag, der im besten Fall bis zu 25 % betragen kann. Bei einer 10 kWp-Anlage wäre das im Jahr also etwa 12.500 kWh gegenüber 10.000 kWh (1 kWp = ca. 1.000 kWh/a). Der „bifaziale Zugewinn“ zeigt sich insbesondere in den Sommermonaten. Aufgrund der Photoaktivität beider Seiten werden bifaziale Solarmodule vorrangig als Glas-Glas-Module ausgeführt, um beide Seiten gleichermaßen gut zu schützen. Das wirkt sich positiv auf Langlebigkeit und Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen aus. Die Höhe des Mehrertrags hängt aber nicht nur von den Moduleigenschaften, sondern auch von der Art der Montage und der Umgebung der PV-Anlage ab. Bei Aufdach-Installationen über schwarzen Dächern ist aufgrund der schwachen Reflektion und des geringen Abstandes zum Dach kein großer Zugewinn zu erwarten. Anders bei aufgeständerten oder senkrecht stehenden Modulen.

e. Empfehlung

Auf der Grundlage der vorstehenden Ausführungen wird empfohlen, grundsätzlich monokristalline Module zu installieren. Polykristalline Module sollten lediglich dann verwandt werden, wenn es sich um größere Anlagen handelt und ein deutlicher Preisvorteil von mehr als 10 Prozent gegenüber monokristallinen Modulen besteht. Bifaziale monokristalline Module sind ausschließlich bei aufgeständerter Montage auf Flachdächern zu empfehlen; die Mehrkosten gegenüber (einseitigen) monokristallinen Modulen sollte allerdings nicht mehr als 10 Prozent betragen.