Solarmodule Vergleich: Welche Photovoltaik-Module gibt es?

• Monokristalline Module: Die Solarzellen werden aus sogenannten Wafern (einkristalline Siliciumscheiben) hergestellt. Die Herstellung ist aufwendig und verhältnismäßig teuer. Der Wirkungsgrad, also das Verhältnis zwischen Sonneneinstrahlung und erzeugter Energie, liegt bei 15 bis 23 Prozent. Ein monokristallines Modul erkennt man an der dunkelblauen oder schwarzen Farbe.
• Polykristalline Module: Weisen im Gegensatz zu den monokristallinen Zellen nicht überall die gleiche Kristallorientierung auf. Die Zellen können zum Beispiel durch ein Gießverfahren hergestellt werden. Die Module sind preiswerter und besitzen einen Wirkungsgrad von 13 bis 18 Prozent. Das Modul selber hat eine blaue Farbe.
• Dünnschicht-Module: Die Herstellung kann durch ein Aufdampfverfahren erfolgen und ist preiswert. Dünnschicht-Solarzellen bestehen zum Beispiel aus einer dünnen und einer nichtkristallinen (amorphen) Siliciumschicht. Diese Module weisen eher einen geringen Wirkungsgrad von 5 bis 7 Prozent auf, sodass Solarzellen mit amorphen Silicium vermehrt ihre Anwendung in Taschenrechnern oder anderen Kleingeräten finden. Durch die Verwendung anderer Materialien lassen sich aber auch höhere Wirkungsgrade realisieren: Cadmium-Tellurid-Dünnschicht-Module erreichen etwa einen Wirkungsgrad von 10 bis 13 Prozent, bei Modulen aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGS) liegt er bei circa 15 Prozent. Dünnschicht-Module werden weniger stark von erhöhten Temperaturen beeinträchtigt als Dickschicht-Module, teilweise soll auch ihr Schwachlichtverhalten besser sein. Dafür ist die Lebensdauer geringer. Trotzdem könnten sich aufgrund der vergleichsweise günstigen Herstellung insbesondere beim großflächigen Einsatz Kostenvorteile entwickeln.
• Solarfolie: Als Trägermaterial für Dünnschicht-Solarzellen kann nicht nur Glas, sondern auch Folie dienen. Solarfolie ist kostengünstig, biegsam und leicht. Sie ist einfach zu montieren, benötigt keinen Unterbau und kann sogar ohne Probleme auf einem gebogenen Untergrund befestigt werden. Wegen ihrem geringen Gewicht kann sie auch bei Camping- und Outdoor-Aktivitäten zum Einsatz kommen. Allerdings geht Solarfolie mit dem für Dünnschicht-Module üblichen geringeren Wirkungsgrad einher.
• Solardachziegel: Zeichnen sich ebenfalls durch flexible Einsatzmöglichkeiten aus. Solarzellen werden entweder in die Ziegel eingelassen, oder sie bilden die gesamte Oberfläche. Montage und Installation gestalten sich aufwändig, da die Solarziegel zuverlässig abgedichtet und einzeln verkabelt werden müssen. Dies erhöht auch die Ausfallquote und den Wartungsaufwand. Der Wirkungsgrad der Ziegel hängt von den verwendeten Solarzellen ab, häufig werden monokristalline Solarzellen verwendet. Da allerdings der Neigungswinkel bei Solarziegeln nicht justierbar ist, fällt der Ertrag deutlich geringer als bei Aufdach-Solaranlagen aus. Auch die Anschaffungskosten sind höher. Der Vorteil von Solardachziegeln liegt in ihrer ansprechenden Optik und ihrer Flexibilität: So können sie etwa für Gebäude unter Denkmalschutz oder mit verwinkelten und komplizierten Dachkonstruktionen die richtige Lösung sein. 
• Farbige PV-Module: Solarmodule lassen sich auch farblich vielfältig gestalten. Hierfür kommen Farbpigmente oder Schichten mit besonderen lichtreflektierenden Eigenschaften zum Einsatz. Für dach- oder gebäudeintegrierte Anlagen gibt es viele Wege, die farbigen Module in ein architektonisches Gesamtbild einzufügen. Auch Solarfolien sind in verschiedensten Farben erhältlich. Viele farbige Module haben deutlich geringere Wirkungsgrade, da die verwendeten Farbstoffe die Absorption der Lichtpartikel beeinflussen. Das Fraunhofer ISE entwickelte jedoch farbige PV-Module, die bis zu 94 Prozent des Wirkungsgrads konventioneller Module erreichen.
• PVT-Kollektoren: Die Hybridkollektoren kombinieren die Produktion von Wärme und Strom. Der elektrische Wirkungsgrad von PVT-Modulen liegt bei etwa 20 Prozent. Wird hierzu der thermische Wirkungsgrad addiert, so können die Kollektoren einen Gesamtwirkungsgrad von 70 bis 80 Prozent erreichen. An der Kollektoroberfläche fangen PV-Elemente Sonnenlicht zur Stromerzeugung ein. Ein rückseitig angebrachter Wärmetauscher nimmt die Wärme der Umgebungsluft auf und transportiert sie zur gebäudeinternen Nutzung weiter. Dies trägt auch zur Kühlung und somit zu einem erhöhten Ertrag der Kollektoren bei. Wird die Wärme jedoch nicht genutzt, können sie sich zusätzlich erhitzen und an Leistung verlieren. Idealerweise lässt sich eine PVT-Anlage deshalb mit einer Erdwärmepumpe kombinieren. Die Kollektoren fungieren dann als zusätzliche Wärmequelle für die Wärmepumpe und stellen zugleich Solarstrom für deren Betrieb bereit. Wärmeüberschüsse können über die Sonde in die Erde geführt werden. So werden Überhitzungen an den Kollektoren vermieden und das Erdreich als Wärmequelle regeneriert. 

Die Photovoltaik-Industrie verzeichnete in den vergangenen Jahren eine stetige Wirkungsgradverbesserung kommerzieller Solarmodule. Bei den angegebenen Werten handelt es sich allerdings um einen Nennwirkungsgrad der Module unter genormten Bedingungen. Im realen Betrieb weichen die Konditionen oftmals deutlich von den Standardtestbedingungen ab, weswegen der Nennwirkungsgrad meistens unterschritten wird.

Zu beachten ist auch, dass der Modulwirkungsgrad nur eine eingeschränkte Aussagekraft bezüglich der Effizienz der gesamten PV-Anlage hat. Temperatur- und betriebsbedingte Verluste, Einstrahlungsbedingungen, Aufstellung, Verschmutzungsgrad und Degradation der Module sowie ggf. auftretende Störungen bleiben unberücksichtigt. Um diese Effekte zu erfassen, kann das Performance-Ratio (PR) herangezogen werden. Diese Größe beschreibt das Verhältnis zwischen tatsächlich erreichtem und maximal möglichen, idealisiertem Ertrag einer PV-Anlage. Neuere Solaranlagen können PR-Werte von 80 bis 90 Prozent im Jahresmittel erreichen.