PV-Module

Das PV-Modul ist die kleinste Einheit, die wir hier betrachten wollen, obwohl auch das PV-Modul oder oft auch als PV-Panael bezeichnet aus einzelnen Komponjenten besteht. Es ist aber nur als ganzes erwerbbar und auch nicht modifizierbar, so dass wir es nur als fertiges Bauteil einsetzen können.
PV-Module sind so aufgebaut, dass sie jedes für sich montiert und elektrisch angeschlossen werden können. Sie bestehen aus einer Grundplatte, auf der die Halbleiterelemente, die eigentlichen Solar-Zellen aufgebracht sind. Sie sind intern miteinander verschaltet so dass mehrere einzelne Zellen hintereinander (in Reihe) geschaltet sind und mehrere solcher Reihenschaltungen dann wieder paralell (nebeneinander) verschaltet sind. Wie viele einzelne Zellen in Reihe und wieviele dieser Reihen dann paralell geschaltet sind hängt von der Art und Größe der Solarzellen ab und ist von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich. Über den Solarzellen befindet sich eine Glasplatte, die die Sonnenstrahlung gut durchlässt, aber dennoch die Solarzellen darunter gegen Beschädigung und Verschmutzung geschützt ist. Es muss sowohl einen Schutz gegen Hagel und andere kleine fester Gegenstände, und gleichzeitig einen guten Schutz gegen Verschmutzung bieten, ohne besonders schwer und dauerhaft gut lichtdurchlässig bleiben.
Um das ganze PV-Modul (PV-Panel) ist dann ein Metall-Rahmen angebracht mit dem das Modul dann auf einer Montageschiene befestigt werden kann, so dass das ganzen eine gute Stabilität bekommt.
Auf der Unterseite des Moduls befinden sich die Anschlussklemmen, für die Verkabelung des Modules. Mit speziell für diesen Zweck geeigneten Verbindungskabel werden dann die mehrere Module zusammengeschaltet, so dass sie eine Einheit (Strang) bilden und dann letztendlich an einem Wechselrichter angeschlossen werden können.
Es gibt PV-Module, die aus unterschiedlichen Halbleiermaterialen bestehen. Die wichtigsten sind monokristaline-, polykristaline- amorphe-Solarzeillen und dann auch noch mit unterschiedlichen Halbleitern, wie Seleen, Germanium usw. Daneben gibt es noch sogenannte Dünnschicht-Module teilweise flexibel, die evtl. auch auf gewölpte Oberflächen verlegt werden können.  Auf die einzelnen Typen und ihre speziellen Eigenschaften wollen wir hier nicht besonders eingehen, sondern verweisen auf die Veröffentlichungen und die Hersteller. Die einzelnen Module werden nebeneinander plaziert und meistens auf Montageschinen mit den-Modul-Rahmen verschraubt.
Am optimalsten ist natürlich, wenn das PV-Modul immer genau senkrecht zur Sonne ausgerichtet ist. Das bedeutet aber, dass das PV-Modul immer der Sonne nachgeführt werden müßte. Die Nachführung müsste hier in 2 Achsen durchgeführt werden, sowohl horizonal als auch vertikal. Solche Nachführungen der Solarmodule nennt man auch "Tracker". Der Aufwand für eine solche Nachführung ist natürlich schon aufwendig und bringt nicht nur Vorteile, sondern auch einige Nachteile mit sich. 
Der Vorteil ist ganz klar die deutlich höhere Ertragsleistung, Aufgrund der immer optimalen Ausrichtung. Ein weiterer Vorteil ist die gute Wartungszugänglichkeit der Module und eine gute Hinterlüftung, da diese ja frei stehen.
Nachteile sind unter anderem: Der hohe Kostenaufwand für die Steuerung und die Standfüße. Eine hohe Wind-Empfindlichkeit und höherte Störanfälligkeit aufgrund der mechanischen Bewegungen und Antriebe.
Wenn man die Nachführung der PV-Module zum Sonnenstand auf nur eine Achse beschränkt, kann man das ganze etwas vereinfachen. Man lässt die Neigung der Module auf einen otimalen Jahres- und Tagesmittelwert konstannt und führt die Solarmodule nur in Ost-West-Richtung nach. Damit kann man einen festen Unterbau lediglich drehbar gestalten und somit den ganzen Unterbau auch nutzen. Man kann ein Gebäude drehbar machen und dies der Sonne nachführen. Damit kann man auch die Sonnenstrahlung für die Glasfronten optimieren und zusätzlich thermisch optimal nutzen.
In den allermeisten Fällen werden aber die PV-Module fest verbaut, was den gerinsten Aufwand erfordert. Je nachdem ob die Module auf einer Schräge (z.B. Hausdach) oder einer Ebene (z.B. Boden oder Flachdach) verbaut sind, müssen die Montageschinen so angebracht sein, dass die PV-Module optimal ausgerichtet sind. Um über das ganze Jahr einen möglichst großen Ertrag zu erzielen. Dazu muss man allerdings die Sonneneinstrahlung für die in Frage kommende Fläche kennen. Abschattungen müssen vermieden werden. Dabei muss man jegliche Gegenstände die in Frage kommen daraufin prüfen, ob sie einen Schatten auf die Module werfen, und wieviel dies ausmacht. Insbesondere andere vor allem höhere Gebäude spielen hier eine Rolle, wie auch unmittelbare Hindernisse, wie Schornsteine, Dauchgauben, Satelittenantennen, Masten usw.
Für die Planung der gesamten Zusammanhänge, wie Modulbelegung, Modulausrichtung, Verschaltung der Module und Aufschaltung auf Wechselrichter gibt es aufwendige CAD-Berechnungs-Programme, die Solateure hier einsetzen und den tatsächlichen Ertrag und gegenenfalls die Wirtschaftlichkkeitsberechnung von PV-Anlagen zu ermitteln.
Es giebt viele Programma auf dem Markt. Eines dieser Programme finden Sie hier.
 
Hier kann man die Verschattung durch Hindernisse (z.B. ein Getreide-Silo) simulieren, wenn man die Abmessungen der Objekte kennt. Man kann auch deutlich sehen, dass die Verschattung vowohl von der Jahreszeit, als auch von der Uhrzeit abhängt und dies in die Ertragsberechnung mit einbeziehen.

Die handelsüblichen PV-Module für allegmeine PV-Anlagen sind ca. 1x1,6 m oder 1x2 m und ca. 5-10 cm dick. Die Leistung pro Modul liegt zwischen 250 und 400 Wp (Watt-peak). Die Angabe bezeichnet die maximale elektrische Leistung die ein Modul erzeugt, wenn die Sonneneinstrahlung senkrecht auf das Modul trifft. Es ist also der Wert, der maximal erzielt werden kann. Die tatsächliche Leistung liegt daher immer deutlich unter dieser Angabe, da eine optimale Ausrichtung praktisch nie gegeben ist und vor allem nicht über den ganzen Nutzungszeitraum. Unahängig davon, dass auch die Sonnenstrahlung nicht immer zu 100% gegeben ist, muss daher der realistische Ertrag einer PV-Anlage weit unterhalb der Angaben angesetzt werden, die sich aus der Summe der einzelnen PV-Module ergibt.