Schwarze bzw. Full Black Module: Tests & Preise im Experten-Check

• Was sind Full Black-Module? Bei schwarzen Solarmodulen sind einzelne oder alle Modul-Komponenten, darunter Solarzelle, Anti-Reflexionsschicht, Rückseitenfolie und Modulrahmen schwarz. Deshalb spricht man auch von Full Black-Modulen.
• Wirkungsgrad schwarzer PV-Module: Im Vergleich zu normalen kristallinen Modulen bieten Full Black Module einen leicht niedrigeren Wirkungsgrad, etwa 1 - 1,5 % weniger kann man im Durchschnitt rechnen. Die meisten Solarmodule liegen bei 21 – 22 % Wirkungsgrad. Für einen wirtschaftlichen Solarertrag ist das bei guter Auslegung der Full Black Module kein Problem.
• Full Black Module Leistung: Die meisten Modulhersteller beeindrucken mit der Leistung ihrer schwarzen Solarmodule. So gibt es PV Module in Full Black mit 400 W, 450 W und 500 W.
• Preise: Die Kosten für die Anschaffung variieren bei Full Black Module kaum von der Standardvariante, schwankend zwischen 450 – 700 Euro pro kW_pfür schwarze Panels sind üblich.
• Full Black Module Nachteile: Die vorteilhafte Ästhetik schwarzer Module hat auch Nachteile, zum Beispiel absorbiert die Farbe Schwarz Sonnenlicht und –wärme wie keine andere. Praxistests und Forschungen in Labors konnten belegen, dass schwarze Solarmodule sich bei Sonneneinstrahlung schneller und stärker aufheizen, was ihre Leistung allerdings nur minimal mindert.
• Von Vorteil bei Full Black Solarpanels ist, dass schwarzes Silizium in Solarmodulen auch Teile der Infrarot-Strahlung absorbiert, die von herkömmlichen Modulen nicht genutzt werden.
• Sind Full Black Solarmodule gut? Full-Black-Solarmodule, in der Regel aus hochwertigen monokristallinen Solarzellen, stehen für Qualität und Langlebigkeit. Selbst wenn sich die Module aufgrund ihrer schwarzen Farbe stärker erwärmen, sorgen die hochwertigen Solarzellen dafür, dass kein nennenswerter Leistungsverlust auftritt.

Seit mehr als 20 Jahren stellen Solarmodule in Photovoltaik-Anlagen ihre Fähigkeiten unter Beweis, aus Sonnenlicht nutzbaren elektrischen Strom zu erzeugen. Inzwischen liegen die Gestehungskosten für Solarstrom laut einer aktuellen Analyse des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE unter denen aus Braun- und Steinkohle.

Stetig kommen neue Modultypen auf den Markt, die die Leistungswerte ihrer Vorgänger übertreffen. Dabei werden sämtliche Komponenten optimiert, die die Leistung der Module beeinflussen: Halbleitermaterialien, Folien, Trägerkonstruktionen usw.

Seit einigen Jahren sind sogenannte schwarze Solarmodule auf dem Markt, die sich jedoch technisch erheblich unterscheiden und die Bezeichnung „schwarzes Solarmodul“ entsprechend unterschiedlich rechtfertigen. Wir erklären im Folgenden, welche schwarzen Solarmodule unter dieser allgemeinen Typenbezeichnung gehandelt werden.

Eine herkömmliche Solarzelle ist von silbrig-grauer Farbe. Diese reflektiert jedoch vergleichsweise viel Sonnenlicht, so dass nicht alle Strahlen, die auf die Solarzelle treffen, zur Erzeugung von Solarstrom genutzt werden können. Das mindert den Wirkungsgrad der Solarzelle. Deshalb beschichtet man Solarzellen zum Verringern der Reflektion mit einer sogenannten Anti-Reflektionsschicht. Sie ist – je nach Schichtmaterial und Schichtdicke – für die typischen Farbtöne zwischen Bläulich bis Schwarz der Solarzellen verantwortlich.

Bei modernen Solarzellen aus dem Halbleitermaterial Siliziumnitrid ist die Anti-Reflektionsschicht mit Hilfe sogenannter PE-CVD-Verfahren gefertigt. Die Dicke der Schicht liegt bei etwa 70 Nanometern (Lambda-Viertel bei einer Brechzahl von 2,0). Zudem können Anti-Reflektionsschichten aus Siliziumdioxid und Titandioxid bestehen. Sie werden unter anderem mit Hilfe von sogenannten AP-CVD-Verfahren auf die Zellen aufgetragen.

Die Schichtdicke bestimmt die Farbe (sogenannte Interferenzfarbe) der Zelle. Beim Beschichten mit einer Anti-Reflektionsschicht ist es wichtig, dass diese Beschichtungsstärke sehr gleichmäßig ausfällt. Schon Schwankungen im einstelligen Nanometerbereich steigern den Reflektionsgrad.

Die typische blaue Reflektion der Solarmodule ist das Resultat der Einstellung der Anti-Reflektionsschicht auf den roten Teil des Lichtspektrums, der der bevorzugten Absorptionswellenlänge des Siliziums entspricht. Grundsätzlich wären auch rote, gelbe oder grüne Solarzellen machbar, sie hätten jedoch einen schlechteren Wirkungsgrad als bläuliche bis schwarze.

Auch das für die Herstellung der Solarzelle verwendete Halbleitermaterial kann farbgebend sein und damit den Modultypbezeichnung als „schwarz" rechtfertigen.

Schwarzes Silizium beispielsweise hat eine aufgeraute, nadelförmige Oberfläche, die sehr geringe Reflektionen aufweist. Sie wird erzeugt, indem die Oberfläche des kristallinen Siliciums verändert wird. Das geschieht mit Hilfe hochenergetischer Ionen oder ultrakurzer Laserpulse, mit denen das Material beschossen wird. Dabei entstehen nadelförmige Strukturen auf der Oberfläche, die die Reflektion des Substrates stark verringern.

Solarmodule mit schwarzem Silizium bringen aufgrund der höheren Lichtabsorption eine höhere Effizienz. Aufgrund der vergrößerten Oberfläche ist zudem eine erhöhte Langzeitstabilität zu erwarten.

Vergleicht man herkömmliches Silizium mit schwarzem Silizium ist vor allem eins auffällig: Während sich rund ein Viertel der Energie des Sonnenlichts von aktuellen Solar-Modulen kaum nutzen lässt, weil sie diese Strahlen nicht oder nur ungenügend in Strom umwandeln können (siehe auch "Photoelektrischer Effekt"), ist das bei schwarzem Silizium nicht so. Dank seiner modifizierten Oberfläche ist es in der Lage, auch Infrarot(IR)-Licht zu absorbieren anstatt zu reflektieren.

Wie eingangs bereits beschrieben rechtfertigen auch die anstelle weißer Tedlar-Folien benutzten schwarzen Folien der Solarmodule bislang die Bezeichnung „schwarze Solarmodule“. Denn durch die Verwendung einer schwarzen statt einer weißen Tedlar-Folie fällt das Rastermuster durch die hellen Bereiche zwischen den einzelnen Zellen und am Rahmen weg. Das ergibt ein einheitlich schwarzes Modul-Bild.

Wer es ganz "black" liebt, der kann auch Module mit schwarzem Rahmen kaufen. Diese sind mittlerweile von viele Herstellern zu haben und runden die dunkle Farbkomposition homogen ab. Ein schwarzes Solarmodul mit ebensolchem Modulrahmen ("all black") wirkt dann insbesondere auf Dächern mit schwarzen Ziegeln besonders passend.

U.a. bietet der Hersteller Panasonic das schwarze Solarmodul HIT*KURO an. Das japanische Wort „Kuro“ bedeutet „Schwarz“. Und schwarz sind bei diesem Modul sowohl die kristallinen Solarzellen, als auch die Rückseitenfolie und der Modulrahmen. Laut Panasonic betrage der Wirkungsgrad des schwarzen Solarmoduls HIT*KURO in der 325-Watt-Ausführung 19,4 Prozent.

Um eine PV-Anlage wirklich durchgängig "black" zu gestalten, sollten nicht nur die Zellen und Rahmen schwarz sein, es lohnt sich auch auf das Montagegestell zu achten. Dies ist in der Regel aus Aluminium und damit in einer auffälligen Farbe, die zudem Reflexionen auslösen kann. Dies kann das schwarze Gesamtbild der Solaranlage beeinträchtigen.

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Der Wirkungsgrad von Solarmodulen wird auch von der Temperatur beeinflusst, die sich aufgrund der Sonneneinstrahlung am Modul entwickelt. Wegen der Stromwärmeentwicklung innerhalb der Solarzelle ergeben sich Energieverluste, die den Wirkungsgrad mindern, denn mit steigender Temperatur verschlechtert sich der Umwandlungswirkungsgrad der Solarzellen:

So sinkt der Wirkungsgrad einer Siliziumzelle um gut 10 Prozent, wenn sie sich von 25 Grad Celsius auf 60 Grad Celsius erwärmt. Die Frage ist, wie sich die schwarze Färbung schwarzer Solarmodule auf den Wirkungsgrad auswirkt. Denn Schwarz absorbiert nachweislich Wärme stärker als andere Farben.

In einem 2-jährigen Test "Temperatur- und Leistungsverhalten von monokristallinen PV-Modulen mit schwarzer und herkömmlicher Oberfläche" hat das TEC-Institut für technische Innovationen mit Sitz in Waldaschaff in Bayern schon im Jahr 2010 überprüft, welche Einbußen eine komplett schwarze Färbung bei einem Photovoltaik-Modul tatsächlich bringt. Geprüft wurden:

• im ersten Testjahr schwarz-weiß gemusterte monokristalline Module (Typ: Antaris ASM 180 mit einer Modulleistung von 180 Watt_peak(W_p))
• im zweiten Testjahr monokristalline Module mit komplett schwarzer Oberfläche (gleichfalls 180 W_p)

Das Testergebnis: Die schwarzen Photovoltaik-Module kamen in der Tagesspitze auf eine Temperatur von 69 Grad Celsius und wurden damit um 5 Grad Celsius heißer als die Module mit schwarz-weißer Oberfläche. Der Leistungsverlust der schwarzen Module lag bei nur 2,3 Prozent.

Da die hohen Temperaturen jedoch nur an wenigen Tagen im Jahr erreicht würden, zogen die Forscher vom TEC-Institut das Fazit, dass eine komplett schwarze Oberfläche keine nennenswerten Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit eines Photovoltaik-Moduls habe.

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Die Preise für schwarze Module sind in der Regel etwas höher als normale, blaue Module. Dennoch lohnt sich immer ein Preisvergleich, denn viele Hersteller und Anbieter haben teilweise Überkapazitäten oder einen Modellwechsel, sodass man schwarze Module auch häufig zum gleichen Preis oder sogar günstiger kaufen kann.

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