Was sind Solarmodule und wie funktionieren sie?
Solarmodule sind die entscheidende Komponente einer Photovoltaikanlage. Ohne sie könnte das Licht der Sonne nicht in Strom umgewandelt werden. Kommt die Anschaffung einer PV-Anlage in Betracht, kann es nicht schaden, einige Kenntnisse über deren Funktion zu haben. In diesem Beitrag zeigen wir die Grundlagen zur Technik eines Photovoltaikmoduls auf. Die Unterschiede in Material, Fertigung, Leistung und Preis können im Beitrag Photovoltaik-Module im Vergleich nachgelesen werden.
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Was ist ein Solarmodul?
Eine Photovoltaik-Anlage wandelt die Lichtenergie der Sonne in elektrische Energie bzw. Elektrizität um. Ihre kleinste Einheit ist die Solarzelle, die den elektrischen Strom folgendermaßen erzeugt:
In einer Solarzelle werden unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten zusammengesetzt: die eine positiv, die andere negativ. Am Übergang zwischen diesen beiden Schichten, dem „p-n-Übergang“, entsteht ein elektrisches Feld, das die beiden Schichten voneinander trennt und verhindert, dass die Ladungen sich ausgleichen. Trifft Licht auf die Solarzelle, werden die Elektronen beweglich und in die Grenzschicht, das sogenannte Leitungsband, gehoben. Dort harren sie aus, bis der Stromkreis durch den Anschluss eines Verbrauchers (z.B. eine Leuchte) geschlossen wird und sie als Strom zu fließen beginnen.
Anschaulich erklärt wird diese Photovoltaischer Effekt genannte Funktion in einem Video der HTW Berlin:
Einzelne Solarzellen kommen in der Praxis allerdings fast nie zum Einsatz. Meistens werden sie zu Gruppen verbunden, den Solarmodulen oder Solarpanels. Das Herz der PV-Anlage besteht aus einer mehr oder weniger großen Anzahl dieser Solarmodule.
Jedes Modul bildet ein Gehäuse, um die empfindlichen Solarzellen zu schützen und auf einem Dach oder einer Aufständerung befestigen zu können. Von unten nach oben finden sich folgende Schichten:
- witterungsfeste Kunststoffverbundfolie
- Kunststoff- oder Gießharzschicht
- Solarzellen
- lichtdurchlässige Kunststoff- oder Gießharzschicht
- lichtdurchlässige, gehärtete Glasscheibe
Diese Schichten werden von einem Profil aus dem Leichtmetall Aluminium zusammengehalten. Das Gehäuse beherbergt zudem die elektrischen Anschlüsse.
Wie funktioniert ein Solarmodul?
Die Solarzellen im Solarmodul sind elektrisch miteinander verbunden bzw., so der Fachterminus, verschaltet. Die Verschaltung von Solarzellen kann auf unterschiedliche Art und Weise geschehen:
- Die Reihenschaltung oder Serienschaltung ist die gängigste Methode. Hierzu schaltet man die einzelnen Solarzellen in Reihe, sodass der erzeugte elektrische Strom nacheinander durch alle Solarzellen fließt. Dabei summiert sich deren Einzelspannung zu einer höheren Spannung. Ein Beispiel: 72 Solarzellen mit einer Einzelspannung von 0,5 Volt kommen so auf eine Ausgangsspannung von 36 Volt. Die Reihenschaltung ist insbesondere für kleinere PV-Anlagen vorteilhaft. Nachteil: Die Solarzellen beeinflussen sich gegenseitig. Kommt es zur Verschattung, fällt die Leistung aller verbundenen Zellen ab.
- Bei der Parallelschaltung sind die in Serienschaltung miteinander verbundenen Solarzellen parallel verschaltet. Dabei bleibt die Spannung eines parallel geschalteten Strangs im Wesentlichen gleich; die Ströme der parallel geschalteten Stränge addieren sich. Verschattungen wirken sich daher nicht zwangsläufig auf alle Strings gleichermaßen aus. Bei Verschattung können unverschattete parallele Stränge weiter beitragen; der Leistungsabfall wird aber nicht vollständig ausgeglichen. Der Ertrag kann unter Teilverschattung höher sein als bei einer reinen Reihenschaltung. Nachteil: Der höhere Aufwand bei der Installation zieht höhere Kosten nach sich.
Egal ob Reihen- oder Parallelschaltung: Im Solarmodul werden Plus- und Minuspol der Solarzellen miteinander verbunden und es entstehen Reihen oder Stränge, besser bekannt als Strings. Das Gleiche gilt für die Hintereinanderschaltung mehrerer Solarmodule. Für deren Verschaltung kombiniert man häufig beide Methoden, indem mehrere Module in Reihe zu einem String und mehrere solcher Strings parallel verschaltet werden. Die gesamte Photovoltaikanlage trägt auch die Bezeichnung Solargenerator.
Leistung und Wirkungsgrad
Die Photovoltaik hat sich in den vergangenen zweieinhalb Jahrzehnten zu einer Massentechnologie gemausert, die sich stetig fortentwickelt. Ständig kommen neue PV-Module auf den Markt, die bessere Leistungen und eine höhere Lebensdauer mitbringen als ihre Vorgängermodelle.
Doch was genau ist unter der Leistung eines Photovoltaikmoduls zu verstehen? Sie wird allgemein beziffert als elektrischer Wirkungsgrad, also als Verhältnis von erzeugter beziehungsweise abgegebener elektrischer Leistung und einfallender Lichtleistung. Oder anders: Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von erzeugtem Strom und Sonnenstrahlung.
Dickschicht- oder lieber Dünnschichtzellen?
Folgende PV-Modultypen finden sich derzeit auf Deutschlands Dächern und Fassaden:
- Monokristalline PV-Module
- Polykristalline PV-Module
- Dünnschicht-PV-Module mit amorphem Silizium (a-Si)
- Dünnschicht-PV-Module mit Cadmium-Tellurid (CdTe)
- CIGS-PV-Module
Im Neubau dominieren heute monokristalline Module nahezu vollständig den Markt. Polykristalline Module werden inzwischen kaum noch gefertigt und finden sich überwiegend auf älteren Bestandsanlagen. Dünnschichtmodule (CdTe, CIGS, a-Si) machen weltweit zusammen nur rund 2 bis 3 Prozent der Modulproduktion aus und kommen vor allem in Großanlagen oder bei der Gebäudeintegration zum Einsatz (Quelle: Fraunhofer ISE Photovoltaics Report, Stand Okt. 2025).
Sie zeichnen sich u.a. durch unterschiedliche Wirkungsgrade aus. Pauschal kann gesagt werden:
Monokristalline PV-Module haben einen höheren Wirkungsgrad als polykristalline Module. Der Wirkungsgrad der CdTe- und CIGS-Module liegt deutlich über dem von Dünnschichtmodulen mit amorphem Silizium (a-Si), kommt jedoch noch nicht ganz an den Wirkungsgrad der leistungsfähigeren kristallinen PV-Module heran. Dafür büßen Dünnschichtmodule bei schwachem Licht und hohen Temperaturen weniger ihrer Leistung ein als die kristallinen PV-Module.
Unser Beitrag Photovoltaik-Module im Vergleich geht genauestens auf die unterschiedlichen Eigenschaften sowie die Vor- und Nachteile aller gängigen Solarmodultypen ein.
Modultypen im Überblick
Moderne Zelltechnologien: PERC, TOPCon und HJT
Innerhalb der monokristallinen Modulwelt unterscheiden sich Module heute vor allem in der Architektur der Solarzelle. Drei Begriffe begegnen Käufern dabei besonders häufig – sie beschreiben unterschiedliche Bauweisen mit jeweils eigenen Stärken bei Wirkungsgrad, Preis und Langzeitverhalten:
PERC
Passivated Emitter and Rear Cell
Lange die dominierende Standard-Architektur. Eine zusätzliche Passivierungsschicht auf der Zellrückseite erhöht den Wirkungsgrad gegenüber älteren Bauweisen spürbar. Basiert meist auf p-Typ-Silizium.
TOPCon
Tunnel Oxide Passivated Contact
Die heute marktführende Zelltechnologie auf n-Typ-Wafern. Eine sehr dünne Tunneloxid-Schicht reduziert elektrische Verluste an den Kontakten. Höhere Wirkungsgrade und geringere Leistungsabnahme über die Lebensdauer als PERC.
HJT
Heterojunction Technology
Premium-Architektur, die kristalline und amorphe Siliziumschichten kombiniert. Sehr hohe kommerzielle Wirkungsgrade und gutes Verhalten bei hohen Temperaturen, allerdings meist zu einem höheren Modulpreis.
Welche Zelltechnologie sinnvoll ist, hängt vom Verhältnis aus Anschaffungspreis und gewünschter Flächenleistung ab. Bei begrenzter Dachfläche oder hohem Anspruch an die Effizienz lohnt sich ein Blick auf TOPCon- oder HJT-Module. Für die meisten Wohnhaus-Anwendungen liefern Module der aktuellen Standard-Generation jedoch ausreichende Erträge – die Unterschiede beim jährlichen Stromertrag fallen geringer aus, als die nominalen Wirkungsgrade vermuten lassen. Welcher Fachbetrieb in Ihrer Region die passenden Module anbietet, finden Sie über unsere Fachbetriebssuche.
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