Auch Photovoltaikmodule werden immer smarter

SBZ: Herr Betzl, welche Entwicklungen waren in den vergangenen Jahren bei den Photovoltaikmodulen wegweisend?

Norbert Betzl: Eine extrem wichtige Entwicklung war mit Sicherheit die Renaissance des Glas-Glas-Moduls, also eines Moduls, bei dem die Solarzellen auf beiden Seiten von einer Glasscheibe geschützt werden. Mit der Verfügbarkeit dünnerer gehärteter Scheiben hat ja in den vergangenen Jahren der Siegeszug dieses Moduls begonnen. Glas-Glas an sich ist nichts Neues, die Technologie war aber früher sehr teuer und aufgrund der Dicke der Scheiben waren die Module schwer zu handhaben. Die Module hatten darüber hinaus ein hohes Eigengewicht und die Fertigungsprozesse waren deutlich länger. Deshalb wurden die Produkte lange Jahre nur für Spezialanwendungen eingesetzt. Heute wächst der Glas-Glas-Anteil weltweit stetig, momentan wird er wohl bei etwa 10 % liegen. Solarwatt verkauft schon rund drei Viertel der Module in der Glas-Glas-Variante.

SBZ: Wie sieht der Aufbau eines Glas-Glas- und eines Glas-Folie-Moduls grob aus?

Betzl: Glas-Folien-Module bestehen aus 3,2 mm gehärtetem Glas, die Solarzellen sind eingekapselt in Einbettungsmaterial (EVA) und rückseitig ist eine dünne Polymerfolie aufgebracht. Doppelglasmodule sind deutlich robuster und dadurch langlebiger. Sie bestehen aus 2 x 2 mm gehärtetem Glas und dazwischen liegen die in EVA eingekapselten Solarzellen. Die Montage der Module unterscheidet sich nicht, solange sie mit einem Aluminiumrahmen ausgerüstet sind. Bei der Installation gibt es bezüglich des Handlings auch keine Unterschiede mehr, da die Glas-Glas-Module heute kaum mehr schwerer sind.

SBZ: Für welche Anwendungsfälle sind Glas-Glas-Module besonders geeignet?

Betzl: Die Module lassen sich mittlerweile für jede Anwendung nutzen. Wir stellen neben normalen Glas-Glas-Modulen beispielsweise auch Indachmodule her, bei denen die Paneele die Dacheindeckung komplett ersetzen. Für Carports oder Fassaden lassen sich die Module ebenfalls einsetzen. Aufgrund der geringeren Größe sind dort dann aber nur 36 statt der üblichen 60 Solarzellen verbaut.

SBZ: Wann lohnt sich der Einsatz eines Glas-Glas-Moduls?

Betzl: Für Privathaushalte und Gewerbebetriebe, die sich mit Solarstrom vom eigenen Dach selbst versorgen und dadurch unabhängig machen wollen, sind Glas-Glas-Module heute die beste Wahl. Aber auch für größere Einheiten lohnt sich der Einsatz von Glas-Glas, da würde ich gar keinen Unterschied machen oder eine Grenze setzen. Natürlich sind die Module in der Anschaffung ein klein wenig teurer als herkömmliche Glas-Folie-Module, der Preisunterschied liegt aktuell bei rund 20 %.

SBZ: Wie kann der Installateur den Preisunterschied argumentieren?

Betzl: Der Modulpreis ist für die Käufer sicherlich entscheidend, das wird auch in Zukunft so bleiben. Allerdings wird der Faktor Zeit immer wichtiger. Bei heute neu installierten Anlagen kommt es vorrangig auf den Eigenverbrauch des Solarstroms an. Und da spielt es natürlich schon eine ganz entscheidende Rolle, ob die Solarmodule 15 bzw. 20 Jahre halten. Wir geben auf Glas-Glas-Module sogar eine Produkt- und Leistungsgarantie von 30 Jahren, weil wir von diesem Produkt absolut überzeugt sind. Und wir wissen, dass es bei einer normalen Verwendung so gut wie keinen Verschleiß gibt.

SBZ: Welche weiteren Kriterien sind für die Käufer besonders wichtig?

Betzl: Im Marktsegment der Eigenheime und kleinen Gewerbebetriebe sind auch die Empfehlungen des Installateurs und die Reputation bzw. das Qualitätsniveau des Herstellers extrem wichtig. Zudem wird auch auf die Garantien und die Erreichbarkeit sowie die Unterstützung im Problemfall geschaut. Darüber hinaus ist natürlich auch der Wirkungsgrad ein wichtiges Kriterium. In den vergangenen Jahren gab es am Modulmarkt insgesamt einige zentrale Entwicklungen, die den Wirkungsgrad bzw. die Leistung von PV-Modulen nach vorne gebracht, die Kosten aber gesenkt haben. Die Einführung der Perc-Technologie bei monokristallinen als auch bei polykristallinen Zellen hat beispielsweise viel verändert.

SBZ: Was genau sind Perc-Zellen?

Betzl: Der Wirkungsgrad der Zelle wird bei der Perc-Technologie durch eine Passivierung der Rückseite erhöht. Das Licht, das die Rückseite erreicht, wird so zurück in die Zelle reflektiert. Dadurch erhält es quasi eine zweite Chance, Strom zu erzeugen. Durch ein wenig mehr an Fertigungsaufwand entsteht so eine deutliche Steigerung des Wirkungsgrads. Dieser Trend hat vor etwa drei bis vier Jahren begonnen und ist jetzt auf breiter Front im Markt angekommen. Bei monokristallinen Zellen wird schon jetzt überwiegend die Perc-Technologie eingesetzt.

SBZ: Ein weiterer Trend ist aktuell ja auch das Halbzellenmodul.

Betzl: Das ist richtig. Dabei werden die Zellen einfach mechanisch in der Mitte geteilt. Man hat also keine quadratischen Zellen mehr, sondern rechteckige. Durch das Halbieren der Zelle wird auch die Stromstärke im Modul halbiert. Das reduziert die elektrischen Verluste beachtlich. Bei gleicher Zellleistung wird eine messbar höhere Modulleistung erreicht. Wenn das Modul genauso groß ist wie ein herkömmliches, sind dann doppelt so viele Zellen verbaut – sie sind aber nur halb so groß. Dieser Trend ist mittlerweile auch bei den großen Zellherstellern angekommen: Viele entwickeln die Zellen so, dass sie problemlos in der Mitte geteilt werden können.

SBZ: Sie haben den Wirkungsgrad ja vorhin schon angesprochen – wie hat sich dieser in den vergangenen Jahren entwickelt?

Betzl: Beim Wirkungsgrad gibt es natürlich eine Bandbreite. Zum einen hat man einen grundsätzlichen Wirkungsgradunterschied zwischen polykristallinen und monokristallinen Zellen. Monokristalline Zellen liegen mittlerweile etwa bei 20 bis 22 %, polykristalline Zellen ungefähr einen Prozentpunkt darunter – das hängt aber natürlich auch stark vom Zellhersteller ab. Bei der evolutionären Entwicklung des Wirkungsgrads, also einer Verbesserung durch die Verfeinerung der Technik, schafft man vielleicht 0,5 % pro Jahr. Die Einführung der Perc-Technologie hat damals zu einem Sprung von etwa 1 % geführt.

SBZ: Was sind die Potenziale, die Sie bei Solarmodulen aktuell sehen?

Betzl: Es gibt derzeit spannende Entwicklungen auf der Zellseite: Bifaziale Zellen sind beispielsweise aktuell wieder sehr gefragt. Dies ist eine weitere Technologie, die es schon länger gibt, momentan aber eine neue Hochzeit erlebt. Wenn das Dach, auf dem die Anlage verbaut ist, entsprechend reflektiert, lässt sich durch diesen beidseitigen Zellaufbau der Ertrag merklich erhöhen. Das hängt natürlich stark von den Gegebenheiten vor Ort ab. Bei hellen Dachflächen kann das aber durchaus einen Vorteil bringen  – ich kriege einfach mehr Stromertrag heraus als bei einem herkömmlichen Solarmodul.

SBZ: Was muss denn ein Solarmodul heute leisten?

Betzl: Ein Solarmodul ist immer noch für die Erzeugung der Solarenergie da. Allerdings wird heute viel stärker in Systemlösungen gedacht, um das intelligente Managen und das Speichern des Stroms zu ermöglichen. Und das wirkt sich natürlich auch auf das Solarmodul aus. Smarte Module ermöglichen beispielsweise ein einfacheres Monitoring der erzeugten Energie. So weiß man tatsächlich, was jedes einzelne Modul in jeder Sekunde tut. Daraus lassen sich einfacher Strategien zur Optimierung des Energieertrags entwickeln. Auf dieser Grundlage können beispielsweise Verschattungseffekte, die tageszeitabhängig auftreten, und deren Auswirkungen auf die Gesamterzeugung der Anlage minimiert werden. Die Informationen fließen dann in eine gesamte Systemlösung, in der die Erzeugung überwacht und der Verbrauch sowie die Speicherung gesteuert wird.

SBZ: Werden die smarten Module vom Markt überhaupt nachgefragt?

Betzl: Die Nachfrage wird größer und größer – das wird uns auch durch unsere Kollegen im Außendienst immer wieder bestätigt. Und es gibt tatsächlich nur wenige große Hersteller, die auf diese Module setzen. Die Anlage regelt dabei alles selbst, die einzelnen Module werden nicht von außen gesteuert. Wir glauben, dass es jetzt mit der Integration in unser Gesamtsystem wirklich sinnvoll ist, auf diese optimierten Module zu setzen. Wir haben auf der Intersolar als ersten Schritt unser Premium-Modul mit einem Optimizer in Retrofit-Version präsentiert. Das bedeutet, die Module werden bei uns als klassische Glas-Glas-Module produziert und dann in einem zweiten Schritt mit dem Optimizer versehen.

SBZ: Generell hat sich für die Installateure in den vergangenen Jahren ja sehr viel verändert.

Betzl: In der Tat. Vor wenigen Jahren hatte der Installateur die Aufgabe, die Module zu montieren und mit dem Wechselrichter zu verbinden. Heute benötigt er schon weiterführende Kenntnisse, um intelligente Energielösungen fachgerecht zu installieren. Deshalb ist es für uns extrem wichtig, die Lösungen so einfach und intuitiv wie möglich zu gestalten und die Partner gut zu schulen. Der Installateur muss die gesamte Anlage auch ohne vertiefte IT-Kenntnisse installieren, konfigurieren und kontrollieren können. Wir werden deshalb bei smarten Modulen, wie auch bei anderen Systemen, auf eine einfache Plug-and-play-Lösung setzen.

SBZ: Was müssen Module in einem intelligenten dezentralen Energiesystem in den kommenden Jahren leisten?

Betzl: Wenn man zu jedem Zeitpunkt weiß, was jedes einzelne Modul leistet, und die Anlage sich quasi selbstständig optimiert, dann ist schon viel erreicht. Das Schöne ist, dass Solarmodule weitgehend wartungsfrei sind, und deswegen wird es zukünftig ein großer Vorteil sein, wenn das Modul auch über sich selbst Auskunft geben kann. Unsere Aufgabe besteht dann weiter darin, die Systeme so zu optimieren, dass die Module unter jeder Beleuchtungssituation den maximal möglichen Stromertrag herausholen.

Die Fragen stellte Jens Secker, M.A. für Publizistik. Er ist freier Autor und betreut bei der BrunoMedia GmbH in Mainz den Bereich erneuerbare Energien.