In den letzten Jahren haben sich in der Photovoltaikbranche mehrere technische Neuerungen etabliert, die mittlerweile zum Standard moderner Solarmodule gehören. Dazu zählen insbesondere bifaziale Solarmodule sowie optimierte Zell- und Verschaltungstechniken wie Halbzellen-Design und Multi-Busbar-Verschaltung. Solche Innovationen steigern den Energieertrag und Wirkungsgrad von PV-Modulen deutlich. Zudem sind auch ästhetische Verbesserungen wie Full-Black-Module verfügbar, die Solaranlagen optisch aufwerten – wenn auch mit geringfügigen technischen Kompromissen. Im Folgenden werden diese Innovationen und ihre Eigenschaften näher erläutert.

Bifaziale Solarmodule (auch bifaciale Module) können auf Vorder- und Rückseite Licht einfangen und in Strom umwandeln. Im Gegensatz zu herkömmlichen (monofazialen) Modulen, die nur auf der Frontseite aktive Solarzellen haben, sind bei bifazialen Modulen auch die Zellrückseiten lichtdurchlässig und aktiv. Diese Module besitzen daher meist eine Glasabdeckung auf beiden Seiten (Glas-Glas-Aufbau). Die doppelseitige Glasbeschichtung schützt vor Witterung und UV-Strahlung und erhöht die mechanische Stabilität sowie Lebensdauer der Module. Unter optimalen Bedingungen lassen sich so erheblich höhere Erträge erzielen, da neben direktem Sonnenlicht auch reflektiertes Licht von der Untergrundfläche genutzt wird. Labor- und Feldtests zeigen Mehrerträge von etwa 6–10 % auf Gras oder Sand und bis zu ~20 % auf sehr hellen Untergründen wie weißem Beton oder Schnee In Einzelfällen sind sogar Steigerungen bis ~30 % gegenüber monofazialen Modulen möglich.

Allerdings hängt der Zusatznutzen stark vom Albedo-Wert (Reflexionsvermögen) der Umgebung ab. In der Praxis kann die Rückseite nur diffuses oder reflektiertes Licht verwerten. Daher sind bifaziale Module besonders sinnvoll bei Freiflächenanlagen, auf Flachdächern mit hellem Bodenbelag oder bei Carport-Überdachungen, wo genügend Abstand und Reflexionsfläche zur Verfügung stehen. Auf typischen Schrägdächern einer Aufdachanlage ist der Vorteil hingegen gering: Dort liegt die Panelrückseite meist dicht über der Dachhaut, sodass kaum Licht von hinten einfällt. Bifazialität bringt in solchen Fällen kaum Mehrertrag und rechtfertigt die Mehrkosten nicht. Werden die Module hingegen mit etwas Abstand und vorzugsweise über einem hellen Untergrund montiert, können Mehrerträge in der Größenordnung von etwa 10–20 % erzielt werden, was die höheren Anschaffungskosten über die Betriebsdauer ausgleicht. Bifaziale Module sind fast immer in Glas-Glas-Bauweise ausgeführt, um die nötige Transparenz und Robustheit zu gewährleisten. Insgesamt bieten sie bei geeigneter Installation eine attraktive Möglichkeit, die Flächeneffizienz von PV-Anlagen zu steigern.

Eine weitere Innovation, die sich durchgesetzt hat, ist die Halbzellen-Technologie bei Solarmodulen. Halbzellen-Module verwenden Solarzellen, die nach der Herstellung in zwei Hälften geschnitten werden. Anstelle von z.B. 60 Vollzellen enthält ein solches Modul also 120 halbierte Zellen. Diese zwei Hälften des Panels werden elektrisch in jeweils eigenen Teil-Strings verschaltet (oben und unten), die in der Modulmitte parallel zusammengeführt werden. Durch die Halbierung jeder Zelle reduziert sich der Strom pro Zelle, was die elektrischen Widerstandsverluste verringert. Dadurch steigt der Modulleistungswirkungsgrad um etwa 2–4 % gegenüber Vollzellen-Technik. In der Praxis erzielen Halbzellen-Module daher einen etwas höheren Gesamtertrag (bis zu ~10 % mehr Jahresenergie). Ein weiterer Vorteil ist das verbesserte Teilverschattungsverhalten: Da die Strings auf zwei Panelhälften aufgeteilt sind, führt eine Verschattung nicht mehr zum vollständigen Ausfall des Moduls. Ist zum Beispiel die untere Hälfte eines Halbzellen-Moduls verschattet, kann die obere Hälfte weiterhin Strom liefern – in Summe kann das Modul dann noch rund 50 % seiner Nennleistung erreichen. Bei klassischen Vollzellen-Modulen würde dieselbe Verschattung einen deutlich stärkeren Ertragsabfall bewirken, da ein ganzer Zellstring unterbrochen wird. Dank der besseren Leistung und ohne nennenswerte Nachteile (abgesehen von einem minimal höherem Produktionsaufwand) haben Halbzellen-Module die herkömmlichen Vollzellen-Module fast vollständig vom Markt verdrängt. Heute sind rund 90 % aller neuen Solarmodule mit Halbzellentechnik ausgestattet, da die meisten Hersteller konsequent auf diese Technik setzen.

Moderne PV-Module profitieren zudem von Verbesserungen in der Zellverschaltung, insbesondere durch Multi-Busbar-Technologie (MBB). Busbars sind die silbernen Stromschienen auf der Solarzelle, die den Strom aus den feinen Zellfingern sammeln. Ältere Solarmodule hatten oft 3 bis 5 dieser Leiterbahnen pro Zelle. Bei der MBB-Technologie kommen deutlich mehr, aber dafür dünnere Busbars (häufig 9, 10 oder sogar 12) zum Einsatz, teils in Form von feinen Runddrähten statt flacher Bänder. Eine höhere Anzahl von Busbars verringert den Serienwiderstand in den Zellen und ermöglicht eine effizientere Stromabführung. Der Strom muss in den Zellfingern nur eine kürzere Strecke bis zur nächsten Busbar zurücklegen, wodurch die elektrischen Verluste sinken. Dies führt zu einer leichten Leistungssteigerung des Moduls – Hersteller berichten von etwa 3 W Mehrleistung pro Modul durch Umstieg von 5 auf 12 Busbars. Außerdem bedecken die vielen dünnen Leiter insgesamt weniger Zellfläche als wenige breite Bänder, wodurch weniger Licht abgeschattet wird. Insbesondere runde Draht-Busbars haben hier einen zusätzlichen Effekt: Sie reflektieren einfallendes Licht und streuen es zurück auf die Zelloberfläche, was die Lichtausbeute weiter erhöht.

Neben dem Effizienzgewinn bringt Multi-Busbar auch Zuverlässigkeitsvorteile. Durch die dichter verteilten Kontaktdrähte bleibt eine Solarzelle selbst bei Zellrissen oder Mikrorissen besser funktionsfähig – die Risse unterbrechen den Stromfluss weniger stark, da benachbarte Busbar-Verbindungen einspringen können. Die Module werden also weniger anfällig für Leistungseinbußen im Alterungsprozess. Insgesamt hat sich die Multi-Busbar-Verschaltung daher als Standard in der Modulproduktion etabliert, da sie die Effizienz des Leistungsabflusses steigert und gleichzeitig die Belastbarkeit der Zellen erhöht. Nahezu alle aktuellen Halbzellen-Module nutzen heute MBB-Kontaktierungen, um den Wirkungsgrad weiter zu optimieren, solange die Zellen noch klassische Frontkontakte besitzen.

Neben den technischen Verbesserungen hat sich im PV-Bereich auch im Design etwas getan. Full-Black-Module sind Solarmodule mit komplett schwarzer Optik – dabei sind sowohl die Solarzellen als auch das Backsheet (Rückseitenfolie) und der Modulrahmen in Schwarz gehalten. Diese einheitlich dunklen Module fügen sich auf dunklen Dächern optisch sehr ansprechend ein und werden daher von vielen Hausbesitzern aus ästhetischen Gründen bevorzugt. Technisch gesehen handelt es sich meist um monokristalline Halbzellen-Module, die lediglich farblich angepasst wurden. Durch die schwarze Rückseitenfolie und Rahmen absorbiert das Modul jedoch mehr Sonnenwärme und kann sich etwas stärker erhitzen als ein Modul mit weißer Rückfolie. Full-Black-Panels sind dadurch tendenziell temperaturempfindlicher – ihr Wirkungsgrad fällt bei hohen Betriebstemperaturen geringfügig geringer aus als bei vergleichbaren Standardmodulen. In gemäßigten Klimazonen ist dieser Effekt zwar klein, aber vorhanden. Ein weiterer Nachteil der Vollschwarz-Module ist der leicht höhere Preis: Das attraktive Design lässt sich die Industrie mit etwa 7–12 % Aufpreis vergüten. Für viele Endkunden ist dies jedoch akzeptabel, wenn die Solaranlage dafür optisch homogen in das Dachbild passt.

Die Photovoltaik-Technologie hat mit den genannten Innovationen deutliche Fortschritte gemacht. Bifaziale Module ermöglichen höhere Energieerträge auf geeigneten Flächen, Halbzellen-Designs und Multi-Busbar-Verschaltungen steigern Wirkungsgrad und Zuverlässigkeit moderner Solarmodule spürbar. Diese Techniken sind heutzutage weit verbreitet und werden von nahezu allen großen Herstellern implementiert. Full-Black-Module zeigen, dass neben Leistung auch die Optik an Bedeutung gewonnen hat – sie bieten eine elegante Erscheinung bei nur minimalen Leistungseinbußen. Zusammengenommen führen diese Entwicklungen dazu, dass heutige PV-Anlagen effizienter, langlebiger und vielseitiger einsetzbar sind als noch vor einigen Jahren. Die Kombination aus technischen und gestalterischen Innovationen trägt somit wesentlich dazu bei, Solarstrom noch attraktiver und konkurrenzfähiger zu machen.