Der Hauptbestandteil unserer Photovoltaikanlage sind die Solarzellen bzw. Module auf unserem Dach. Sie sind schließlich mit einer sehr wichtigen Aufgabe betraut: Sie fangen die Sonnenstrahlen ein und verwandeln sie in lupenreine und umweltfreundliche PV-Energie. Das bedeutet natürlich auch, dass unseren Solarzellen eine große Verantwortung zuteil wird. Funktionieren die Solarmodule nicht, wird es nichts mit unserem Traum vom eigenen PV-Strom. Daher fragen wir uns zu Recht: Wie hoch ist die durchschnittliche Lebensdauer? Was haben wir in Bezug auf die gefürchtete Degradation zu erwarten und welche Unterschiede gibt es bei den Arten der Solarzellen? Wir klären auf und verraten, worauf es ankommt, damit wir unsere Solarzellen mit einer langen Lebensdauer auf dem Dach begrüßen können.
Aufbau und Funktionsweise von Solarzellen
Klar, Solarzellen wandeln Sonnenstrahlen in Strom um. Soweit, so logisch. Aber das möchten wir natürlich genauer wissen. Schauen wir uns dazu erstmal den Aufbau der Solarzellen an.
Aufbau von Solarzellen
Der wichtigste Bestandteil unserer Solarzellen ist erst einmal Silizium. Hier unterscheiden wir zwischen kristallinen Solarzellen und amorphen Solarzellen. Im Bereich der klassischen Photovoltaikanlagen für den Heimgebrauch kommen meist kristalline Module zum Einsatz. Dazu zählen sowohl monokristalline als auch polykristalline Solarzellen. Die monokristallinen Zellen werden aus einem Kristall gewonnen, die polykristallinen PV-Modelle werden aus mehreren Kristallen zusammengesetzt. Der Wirkungsgrad ist daher bei monokristallinen Zellen am höchsten – und ihr Herstellungsverfahren wirkt sich ebenfalls positiv auf ihre Lebensdauer aus.
Der Aufbau einer Solarzelle gleicht im Grunde einem Butterbrot. Anstelle des Brotes nutzen wir hier jedoch zwei Schichten unseres Halbleitermaterials Silizium – eine für oben, eine für unten. Die beiden Siliziumschichten sind jedoch unterschiedlich dotiert. Klingt kompliziert, bedeutet aber nur, dass in eine Schicht Phosphor gemischt wurde, wodurch diese negativ wird. Die andere Siliziumschicht ist mit Bor versehen und dadurch positiv. In der Photovoltaik nennen wir diese Lagen n-dotierte Schicht (negativ, mit Phosphor) und p-dotierte Schicht (positiv, mit Bor). In der Mitte befindet sich die sogenannte Grenzschicht – quasi die Butter unserer Stulle. Durch sie können die freigesetzten Ladungen nur mithilfe von Sonnenlicht gelangen. Treffen die Strahlen also auf unsere Zelle, entsteht in der Grenzschicht durch die Bewegung der Elektronen ein elektrisches Feld – der sogenannte p-n-Übergang. Dann gibt es noch Metallkontakte, die sich oben und unten auf der Solarzelle befinden. Sie führen den Strom, der in unserem elektrischen Feld entstanden ist, ab.
Nun können Sie bereits richtig mit Ihrem PV-Wissen glänzen, doch wir legen natürlich noch eine solare Schippe drauf und sehen uns die Funktionsweise einer Solarzelle an.
Wie funktioniert eine Solarzelle?
Nun, da wir wissen, welche Komponenten auf unserem PV-Butterbrot für die Stromproduktion zuständig sind, wollen wir noch erfahren, wie die Funktionsweise der Solarmodule aussieht.
Hier wollen wir es nicht komplizierter machen, als nötig: Wenn Sonnenstrahlen auf unsere Solarzelle treffen, werden die darin enthaltenen Photonen (Lichtteilchen) absorbiert. Ihre Energie ermöglicht es den Elektronen im Halbleitermaterial (Silizium), sich zu bewegen. Durch die positive und negative Ladung der Schichten werden die Elektronen in eine Richtung gezwungen. So entsteht ein Stromfluss zwischen den Metallkontakten. Mit diesem ausgeklügelten Konzept ermöglicht es uns die Photovoltaik also, aus Sonnenenergie Strom für unseren Haushalt zu erzeugen.
Herrlich – das könnten wir ewig so weitermachen. Das bringt uns zurück zur Frage nach der Lebensdauer unserer Solarzellen.
Welche Lebensdauer haben PV-Module?
Grundsätzlich lässt sich sagen, dass kristalline Solarzellen eine Lebensdauer von rund 30 Jahren und mehr haben. Monokristalline Zellen sind ihren polykristallinen Kollegen dabei etwas voraus. Sie haben aufgrund ihrer Herstellung eine höhere Reinheit und Homogenität – das schraubt nicht nur den Wirkungsgrad nach oben, sondern eben auch ihre Lebenserwartung. Amorphe Solarzellen, also Dünnschichtmodule, liegen hier unter den Erwartungen der kristallinen Zellen.
Was beeinflusst die Lebensdauer der Solarmodule?
Die Einflussfaktoren
- Qualität
- Herstellungsverfahren
- Kontrollen
- Betriebsbedingungen
- Wartung und Pflege
Die Lebenserwartung unserer Solarzellen hängt von verschiedenen Faktoren ab. Dazu zählt (vermutlich vor allen anderen) die Qualität der verwendeten Materialien. Je reiner das Silizium ist, desto länger schickt unsere Solaranlage grünen Strom vom Dach. Hier spielen also auch die Herstellungstechniken eine große Rolle. So haben auch Solarmodule, die beidseitig mit Glas beschichtet sind, gewöhnlich ein längeres Leben als Glas-Folien-Module. Strenge Qualitätskontrollen sind ebenfalls ein wichtiges Puzzleteil für eine längere Lebensdauer.
Ebenfalls ein Wörtchen mitzureden, haben auch die Betriebsbedingungen, unter denen unsere Photovoltaikanlage Leistung erbringt. Extrem hohe oder sehr niedrige Temperaturen können die Lebenserwartung senken, auch Verschmutzungen und mechanische Belastungen (zum Beispiel durch extremes Wetter) sind natürlich ein Minus für ein sehr langes Leben unserer PV-Zellen.
Photovoltaikanlagen sind grundsätzlich sehr pflegeleicht. Trotzdem kann sich eine regelmäßige Wartung und Reinigung der Solarzellen positiv auf ihre Lebensdauer auswirken. Dann natürlich laufen unsere Photovoltaikanlagen effizienter, wenn wir ihnen Schmutz, Staub und andere Verunreinigungen vom Dach halten. Die Reinigung der Module sollten immer Fachbetriebe übernehmen, ansonsten ist die Unfallgefahr zu groß und es besteht die Möglichkeit, dass die Module durch unsachgemäßes Säubern beschädigt werden.
Degradation in der Photovoltaik
Bei dieser Überschrift läuft PV-Fans ein kalter Schauer über die Zellen. Denn die Degradation beschreibt zunächst einmal schlicht und einfach den Leistungsverfall von Solaranlagen. Nachdem wir unsere Photovoltaikanlage detailverliebt und gewissenhaft geplant haben und die Anlage nun endlich unser Dach ziert, soll sie nun plötzlich Leistungseinbußen verzeichnen? Ja, das kann – mehr oder weniger ausgeprägt – passieren. Und, so viel sei verraten: Das ist ganz normal.
Altersbedingte Degradation der Solaranlage
Der Zahn der Zeit nagt an uns allen. Auch an unserer Solaranlage. Wir müssen uns also aufgrund der altersbedingten Degradation darauf einstellen, dass unsere Anlage an Leistung verliert. Daran sind äußere Einflüsse, Verschleiß etc. Schuld. Die gute Nachricht: Bei hochwertigen kristallinen Solarmodulen liegt die Degradation laut einer Studie des Fraunhofer Instituts hierzulande bei durchschnittlich 0,15
Prozent pro Jahr.* Dieser Wert bezieht sich auf die Nennleistung der Module.
Quelle*: Fraunhofer Institut
Lichtinduzierte Degradation der Solaranlage
Werden kristalline Silizium-Solarzellen zum ersten Mal dem Sonnenlicht ausgesetzt, verlieren sie an Effizienz. Allerdings stabilisiert sich ihre Leistung normalerweise nach den ersten Stunden oder Tagen der Belichtung. Die sogenannte Anfangsdegradation liegt laut Fraunhofer Institut bei 1 bis 2 Prozent in den ersten Betriebstagen. In die deklarierte Nennleistung von Modulen ist diese lichtinduzierte Degradation allerdings im Normalfall schon mit eingerechnet.
Beispielrechnung
Um die Einbußen durch die Degradation zu verdeutlichen, schauen wir uns eine Beispielrechnung auf die gesamte Lebenszeit einer Photovoltaikanlage an.
Unser Beispielmodul weist eine Nennleistung von 400 Watt auf. Die lichtinduzierte Degradation ist hier schon einbezogen und muss uns also nicht weiter behelligen.
Die altersbedingte Degradation liegt bei 0,15 Prozent pro Jahr. Das bedeutet, nach 10 Jahren weist unser Modul noch eine Leistung von 394 Watt auf, nach 30 Jahren sind es noch immer satte 382 Watt.
Solaranlage vom Photovoltaik-Experten
Wir haben also gelernt: Von den PV-Zellen einer Solaranlage erwarten wir rund 30 Jahre Lebensdauer. Solarmodule verlieren im Laufe der Zeit an Leistung, diese sogenannte Degradation ist allerdings überschaubar und wirkt sich auch auf viele Jahre hochgerechnet nur geringfügig auf unsere Photovoltaik-Ausbeute aus.
Die Voraussetzung für ein langes Leben ist dabei vor allem eine hohe Qualität, das passende Herstellungsverfahren, strenge Qualitätskontrollen, äußere Einflüsse auf die Betriebsbedingungen und die Wartung. Natürlich möchten wir bei der Planung und Installation unserer energetischen Zukunft mit Photovoltaik sicherstellen, dass wir lange Zeit auf unsere Module vertrauen können, auch wenn wir wissen, dass ihre Lebensdauer begrenzt ist, so sind 30 Jahre doch ein Wert mit dem wir guten Gewissens leben können.
Vertrauen Sie bei der Wahl Ihres Photovoltaik-Partners auf Energieversum. Wir verbinden umfangreiches Fachwissen mit den Stärken eines erfahrenen Handwerksbetriebs. Als Unternehmen der EnBW Gruppe sind wir ein zuverlässiger Partner. Wir planen die Solaranlage, die perfekt zu Ihren Bedürfnissen passt. Dabei stellen wir sicher, dass die Leistung auch in vielen Jahren noch zu Ihrer vollen Zufriedenheit ist. Bei uns erhalten Sie alles aus einer Hand – von der ersten Beratung über die Planung, Installation, Inbetriebnahme und Wartung.
