Fragen und Antworten.

Ein Photovoltaikmodul ist nicht genormt, ist jedoch meist 1,60m x 1,00 m gross. Damit das Modul sicher gegen mechanische Einflüsse ist, wird eine Photovoltaikplatte in einen stabilen Aluminiumrahmen gefasst, der dem Schutz der Scheibe bei Transport, Handhabung, Montage und Befestigung dient. Der Rahmen dient zudem der Versteifung des Verbundes.

In den Rahmen wird durch Gummi geschützt eine Solarplatte eingefasst, die aus folgenden Bestandteilen sich zusammensetzt:

• eine Glasscheibe, meist so genanntes Einscheiben-Sicherheitsglas auf der zur Sonne gewandten Seite, welche unter anderem zum Schutz gegen Hagel und Verschmutzung dient
• eine transparente Kunststoffschicht , in der die Solarzellen eingebettet sind
• polykristalline Solarzellen die durch Lötbändchen elektrisch miteinander verschaltet sind
• Rückseitenkaschierung mit einer witterungsfesten Kunststoffverbundfolie
• Anschlussdose mit Freilaufdiode bzw. Bypassdiode und Anschlussterminal, häufig bereits werksseitig mit Anschlusskabeln und Steckern ausgerüstet
• individuelle Seriennummer auf dem Rahmen oder bei manchen Fabrikaten zusammen mit den Solarzellen unveränderbar eingebettet

Die polykristalline Zelle besteht aus einfach aus Quarz bzw. Sand, der bei hohen Temperaturen (1.600 Grad Celsius und mehr) in Silizium und Sauerstoff aufgespalten wird.Zunächst wird ein Siliziumblock gegossen, welcher dann langsam abgekühlt wird. Wenn sich das flüssige Silizium abkühlt und fest wird, entstehen Kristallstrukturen in unterschiedlichen Größen. Von diesem Block werden dann Scheiben abgetrennt; jede Scheibe ist dann eine polykristalline Solarzelle.

Mehrere polykristalline Solarzellen werden dann zu einem Solarmodul zusammengeschlossen. Dabei wird unterschieden in eine Serienschaltung oder eine seltener genutzte Parallelschaltung. Wenn für ein Solarmodul eine Serienschaltung genutzt wird, ensteht eine höhere Spannung, wohingegen bei einer Parallelschaltung ein höherer Strom besteht.

Die einzelnen werden durch Kabel verbunden, sogenannte Modulleitungen. Diese Kabel werden mit hochwertigen und robusten Steckverbindungen aneinandergereiht, die entsprechend der Norm DIN EN 50521 produziert werden.

Beim Wechselrichter handelt es sich um ein elektronisches Bauteil, das Gleichspannung in Wechselspannung wandelt. Entscheidend ist hierbei, dass die Verluste bei der Umwandlung möglichst gering ausfallen. Fremdgeführte Wechselrichter verfügen außerdem über eine überwachungsfunktion. Bei Störungen wird die Verbindung zwischen dem öffentlichen Netz und der Photovoltaikanlage abgeschaltet, sodass diese vor überlastungen und Schäden geschützt ist. Daneben können im Wechselrichter alle Betriebsdaten und Fehlermeldungen aufgezeichnet werden. Dadurch kann der Betreiber der Photovoltaikanlage entweder direkt am Gerät oder über eine PC-Anbindung die erzielten Erträge oder Störungen nachzuverfolgen. Der Wechselrichter ist also sozusagen das „Gehirn“ der Photovoltaikanlage. Ein Wechselrichter ist eines der wichtigsten Bauteile der Photovoltaikanlage. Er wandelt nicht nur Gleich- und Wechselstrom um, sondern übernimmt auch Regelungs- und überwachungsfunktionen. Ein hoher Wirkungsgrad bedeutet eine gute Wirtschaftlichkeit. Der Wechselrichter ist etwas kleiner als ein herkömmlicher Stromkasten und passt in jeden Keller an die Wand.

Eine Photovoltaikanlage besteht aus mehreren Komponenten:

• Photovoltaikmodul („panel“)
• Befestigungsvorrichtung der panels
• Kabel („string“)
• Wechselrichter

Das Modul

Das Panel selbst wird durch einen sehr robusten und schützenden Modulrahmen zusammengehalten – fast 80 % aller Standardmodule besitzen einen Profilrahmen aus Aluminium, der die empfindlichen Glaskanten schützt, die Montage erleichtert, die Statik des Moduls verbessern kann und zur Befestigung auf dem Montagegestellt genutzt wird. An das rahmenlose Modul wird der Rahmen mit Silikon oder Gummidichtung geklemmt. Der Rahmenglaseinstand sollte ausreichend groß sein um die Last gleichmässig zu verteilen. Aus den technischen Regeln für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen lässt der Richtwert einen Mindestglaseinstand von 10 mm ableiten. Eine abgeschrägte Rahmenkante zur Modulvorderseite verringert die Ansammlung von Schmutz und die Verschattung durch den Rahmen. Der Rahmen besitzt oft Montagelöcher und Löcher für den Wasseraustritt.

Die kristallinen Standardmodule werden meist in festen Abmessungen und Leistungen angeboten. Sie werden dort eingesetzt, wo keine speziellen Anforderungen an Größe und Form der Module gestellt werden, bei aufgeständerten Anlagen oder zusammen mit speziellen Profilsystemen bei gebäudeintegrierten Anlagen. Ein typisches Standardmodul besteht aus 36 bis 216 Zellen und hat eine Leistung von 100 bis 300 Wp. Die Zellen werden oft in 4 bis 8 Reihen nebeneinander angeordnet, so dass sich ein rechteckiges Modul ergibt. Die meisten kristallinen Module werden im Leistungsbereich um 200 W angeboten mit Abmessungen von z.B. 1,60 m x 1 m. Ein Standardmaß hat sich bisher nicht durchgesetzt

Das wichtigste Material für kristalline Module ist Silizium, das nach Sauerstoff zweithäufigste Element auf der Erde und somit nahezu unbegrenzt verfügbar. Silizium liegt nicht in Reinform vor, sondern nur als chemische Verindung mit Sauerstoff – als Sand bzw. Quarz! Es muss zuerst der unerwünschte Sauerstoff vom Siliziumdioxid abgetrennt werden, wozu Quarzsand zusammen mit Kohlepulver, Koks und Holzkohle in einem Lichtbogenofen auf 1.800 bis 1.900 ° C erhitzt wird. Dabei entsteht Kohlenmonoxid und so genanntes metallurgisches Silizium mit einer Reinheit von ca. 98 %. Eine 2 %-ige Verunreinigung im Silizium ist für Elektronikanwendungen jedoch noch erheblich zu viel, so dass das Silizium in nachfolgenden aufwendigen Prozessen weiter gereinigt wird.  Dieses noch warme Siliziumgranulat wird in Behältnisse abgefüllt, so dass es langsam erstarrt und fertig zur Weiterverarbeitung ist. Die entstehenden Blöcke, auch Quarztiegel bezeichnet werden so dass mit feinen Sägen in die in den Modulen liegenden Scheiben geschnitten. Nach dem Sägevorgang werden noch eine Antireflexschicht (die meist blaue Farbe) sowie zum Strom ableiten feine Metallfäden aufgebracht.

Um die Zellen in einen Stromkreislauf einbinden zu können, werden beidseitig metallische Kontakte aufgebracht. Auf der sonnenzugewandten Seite der Zelle wird ein feines Metallgitter verwendet, um die verschattete Fläche möglichst gering zu halten. In der Regel werden die Frontkontakte mit Hilfe eine Siebdruckverfahrens aufgebracht, wobei die silberhaltige Metallpaste durch eine Maske auf den Siliziumwafer gepresst wird. Die entstehenden etwa 0,1 bis 0,2 mm breiten Linien bilden die Kontaktfinger, über welche die Sammelkontaktlinien laufen. Die Sammelkontaktlinien verbinden bei einer Zusammenschaltung die einzelnen Zellen miteinander.

Im Gegensatz zu den Frontkontakten können die metallischen Kontakte auf der Rückseite der Zelle flächenintensiv aufgebracht werden. Diese treten bei den Standardmodulen nicht in Erscheinung.

Befestigung der Panels am Gebäude

PV-Anlagen sind bauliche Anlagen und müssen nach einer Grundregel aller Landesbauverordnungen im Ganzen, in den einzelnen Teilen und für sich alleine standsicher sein. Das Montagesystem muss so bemessen sein, dass der Generator unter den am Einsatzort anzunehmenden Lasteinwirkungen nicht abhebt, umkippt, abrutscht oder ähnliches. Das bedeutet, dass die Befestigung individuell für jedes Dach im Vorhinein sorgfältig geplant werden muss. Um diese Standsicherheit berechnen zu können, trifft man sog. Lastannahmen über die zu erwartenden Einwirkungen. Die Planungs- und Berechnungsgrundlagen sind in der europäischen Normreihe DIN EN 1991 „Einwirkugnen auf Tragwerke“ definiert.

Bei der Aufdachmontage werden die Module mit einer Metallunterkonstruktion oberhalb der bestehenden Dacheindeckung montiert. Die Dacheindeckung bleibt dabei erhalten und behält ihre wasserableitende Funktion

• Metalldächer: Falzklemmen und Schellen
  Bei Trapezblechdächern werden passende Falzklemmen auf die Blechfalze gesetzt und festgeklemmt. An den vorgesehenen Löchern der Klemmen oder Schellen können die Gestelle festgeschraubt werden, auf denen die PV Platten befestigt werden.
  

• Welleternit- oder Trapzeblechdächer: Stockschrauben und Konsolen
  An den Dachbefestigungspunkten wird die Eindeckung durchbohrt und die Stockschraube in den Sparren geschraubt. Die unterste Mutter presst eine Dichtscheibe auf die Dachdeckung und verschließt die Bohrung, dazu wird großzügig Dichtmasse um die Bohrung aufgetragen um sicherzugehen, dass das Dach nicht undicht wird.
  

• Flachdächer: Schwerlastverfahren oder Befestigung an der Dachhaut
  Der Befestigung der Gestelle auf flachen Dächern kommt große Bedeutung zu – durch die große Angriffsfläche der Generatoren müssen bei der Befestigung beachtliche Windkräfte berücksichtigt werden.
  Beim Schwerlastverfahren werden die Flachdachgestelle schwimmend verankert und halten Wind und Regen durch das Eigengewicht stand. Bei Dächern mit einer bestehenden Lagesicherung (Kies, Betonplatten o.ä.) bietet es sich an, diese auch als Beschwerung für die PV-Anlage zu nutzen und die Lasten flächig zu verteilen. Bei den Betonelementen kommen Standardbaustoffe wie Rasenkantenstein, Terrassenplatten usw. zur Anwendung.
     

  Bei der Befestigung an der Dachhaut werden auf geeigneten Foliendächern Verankerungspunkte mit einem speziellen Verfahren schonend aufgeklebt.
  

Die Nutzungsdauer einer Photovoltaikanlage ist abhängig von der jeweiligen Lebensdauer der einzelnen Komponenten wie der PV-Module, dem Wechselrichter sowie dem Montagegestell.

Wie lange das System nutzbar ist hängt zudem von einer fachgerechten Planung und Auslegung, der Ausführungsqualität der Montage und Elektroinstallation sowie der laufenden Wartung und Kontrolle ab.

Insgesamt ist mit einer Nutzungs- und Lebensdauer einer Photovoltaikanlage von etwa 30 Jahren zu rechnen.

Von der Produktgarantie ausgenommen ist immer die Photovoltaik Garantie auf die Nennleistung der Solarmodule. Diese ist über die Leistungsgarantie abgedeckt. Die vereinbarten Garantiezeiten sind nach Leistung gestaffelt. Üblich ist eine Garantiezeit von zehn Jahren über eine Leistung von 90 %. Für weitere zehn bis fünfzehn Jahre garantiert die Photovoltaik Garantie dann eine Leistung von 80 % der Nennleistung. Insgesamt umfasst die Garantiezeit dann zwischen 20 und 25 Jahre.

Ja, eine leichte Abnahme der Leistungsfähigkeit ist völlig normal und auch in die Wirtschaftlichkeitsberechnung eingerechnet. Allerdings garantieren Qualitätshersteller rund 80 Prozent der Leistung nach 20 Jahren, sodass eine Sicherheit schon gegeben ist. Das Gros der bislang erbauten Anlagen erweist sich als außerordentlich langlebig.