Finden Sie jetzt Ihren Energie-Experten! 2847 registrierte Profis direkt erreichen und kostenlos vergleichen!
Jetzt lesen: So funktioniert energie-experten.org

Schwarze Solarmodule: Technik, Leistung & Kosten im Experten-Check

Was sind schwarze Solarmodule? Wie unterscheiden sich schwarze Module von den typisch blauen? Welche Leistung erbringen schwarze Solarzellen? Was kosten sie im Vergleich?

Bei schwarzen Solarmodulen sind einzelne oder alle Modul-Komponenten, darunter Solarzelle, Anti-Reflektionsschicht, Rückseitenfolie und Modulrahmen schwarz. Die Farbe Schwarz absorbiert 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. Dafür absorbiert schwarzes Silizium in Solarmodulen auch Teile der Infrarot-Strahlung, die von herkömmlichen Modulen nicht genutzt werden.

Modul-Preise und Angebote von unseren Experten anfordern

Finden Sie jetzt Energie-Experten in Ihrer Nähe:
 

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.

Das schwarze Solarmodul IBC MonoSol ZX Black ist besonders leistungsstark und langlebig. (Foto: IBC SOLAR)
Das schwarze Solarmodul IBC MonoSol ZX Black ist besonders leistungsstark und langlebig. (Foto: IBC SOLAR)

Farbgebende Modul-Komponenten im Überblick

Einfluss der Anti-Reflektionsschicht auf die Farbe der Solarmodule

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.

Einfluss des Siliziumtyps auf die Farbe der Solarmodule

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.

Wissenschaftler des Fraunhofer HHI konnten die Laserbestrahlung schwarzen Siliziums so optimieren, dass weniger IR-Licht notwendig ist, um die Elektronen zur Stromerzeugung anzuregen. (Grafik: Fraunhofer HHI)
Wissenschaftler des Fraunhofer HHI konnten die Laserbestrahlung schwarzen Siliziums so optimieren, dass weniger IR-Licht notwendig ist, um die Elektronen zur Stromerzeugung anzuregen. (Grafik: Fraunhofer HHI)

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.

Experten-Wissen: Forscher des Institut für Technologie in Karlsruhe übertrugen die Oberfläche der Flügel tiefschwarzer Schmetterlinge „gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) auf die Struktur von Silizium und steigerten die Lichtabsorption des Halbleiters im Vergleich zu Oberflächen ohne Löcher je nach Wellenlänge um bis zu 200 Prozent – bislang allerdings nur im Laborversuch.

Einfluss der Rückseitenfolien auf die Farbe der Solarmodule

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.

Einfluss von Modulrahmen auf die Farbe der Solarmodule

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.

Hier sehen Sie das polykristalline Talesun MIPRO-Modul mit Multi-Busbar-Technologie mit einem schwarzen Rahmen (links) und komplett in schwarz (rechts).
Das polykristalline Talesun MIPRO-Modul mit Multi-Busbar-Technologie ist mit einem schwarzen Rahmen (links) und komplett in schwarz (rechts) erhältlich. Der Multi-Busbar-Ansatz nutzt eine 12er-Stromschiene, um die einzelnen Zellen im Modul zu verbinden. Dies steigert die Leistung und den Output. (Fotos: Talesun Solar Germany GmbH)

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.

Das komplett schwarze Hochleistungsmodul HIT KURO mit 320 und 325 Wattpeak Leistung bietet eine ansprechende Optik und einen hohen Solarertrag. (Foto: Panasonic)
Das komplett schwarze Hochleistungsmodul HIT KURO mit 320 und 325 Wattpeak Leistung bietet eine ansprechende Optik und einen hohen Solarertrag. (Foto: Panasonic)

Auswahl von optisch passenden Montagesystemen

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.

Mit dem schwarz eloxierten IBC TopFix 200 Einlegesystem ergibt sich ein homogen, schwarzes Gesamtbild von PV-Dachanlagen. (Grafik: IBC SOLAR AG)
Mit dem schwarz eloxierten IBC TopFix 200 Einlegesystem ergibt sich ein homogen, schwarzes Gesamtbild von PV-Dachanlagen. (Grafik: IBC SOLAR AG)

Anbieter von PV-Modulen in Ihrer Nähe finden

Finden Sie jetzt Energie-Experten in Ihrer Nähe:
 

Schwarze Solarmodule im Leistungstest

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 Wattpeak(Wp))
  • im zweiten Testjahr monokristalline Module mit komplett schwarzer Oberfläche (gleichfalls 180 Wp)

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.

Die multikristallline PV Modulserie REC TwinPeak 2 BLK2 ist eine komplett schwarze Modul-Variante der TwinPeak 2 Serie mit bis zu 285 Wp. (Foto: REC)
Die multikristallline PV Modulserie REC TwinPeak 2 BLK2 ist eine komplett schwarze Modul-Variante der TwinPeak 2 Serie mit bis zu 285 Wp. (Foto: REC)

Was kosten schwarze Solarmodule?

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.

Tabelle 1: Beispiel-Preise für schwarze Solarmodule aus Online-Shops nach Preisen pro kWp (Stand: April 2018)
Hersteller / Modell Leistung Modul-Preis (brutto) / Preis pro kWp Online-Shop
Trina Solar / Honey M+ TSM-300DD05A.08 (II) - 300 Wp mono - schwarzer Rahmen 300 Wattp 178,58 € / 595,27 € www.photovoltaik-shop.com
Solar-Fabrik / Pro 60 poly 265 schwarzer Rahmen 265 Wattp 167,14 € / 630,72 € shop.solar-pur.de
BenQ Solar / SunVivo PM060MB2 black/black 4BB 290 Wattp 203,50 € / 701,72 € www.mg-solar-shop.de
I'M SOLAR / Premium Schwarz 270 Wattp 199,00 € / 737,04 € www.alma-solarshop.de
LG / Neon2 315N1C-G4, schwarzer Rahmen 315 Wattp 240,98 € / 765,02 € www.photovoltaik-shop.com
SolarWorld / Sunmodule Plus SW 280 mono black 280 Wattp 219,00 € / 782,14 € www.shop-muenchner-solarmarkt.de
Aleo Solar / 305Wp mono Rahmen schwarz S59.305 305 Wattp 241,90 € / 793,11 € shop.solar-pur.de
Panasonic / VBHN 330 SJ47 (B/W) schwarzer Rahmen 330 Wattp 302,47 € / 916,58 € www.photovoltaik-shop.com

Kostenlos 5 Angebote von unseren PV-Experten anfordern

Finden Sie jetzt Energie-Experten in Ihrer Nähe:
 

Weitere Informationen zu speziellen Solarmodularten

"Schwarze Solarmodule: Technik, Leistung & Kosten" wurde am 14.06.2018 das letzte Mal aktualisiert.