Monokristalline Solarzellen - leistungsstarke Module
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Monokristalline Solarzellen - leistungsstarke Module Monokristalline Solarzellen wurden ursprünglich für die Raumfahrttechnik und für Satelliten entwickelt. Später wurden monokristalline Solarmodule auch für erdgebundene Photovoltaik-Anlagen genutzt und sind für ihren hohen Wirkungsgrad bekannt. Monokristalline Module sind teurer als polykristalline Varianten, dafür weisen diese Solarzellen auch weitaus höhere Wirkungsgrade auf. Monokristalline Solarzellen aus hochreinem Silizium Monokristalline Solarzellen für Photovoltaik Anlagen werden in einem aufwendigen Verfahren aus dem Halbleitermaterial Silizium hergestellt. Dabei werden einkristalline Stäbe aus einer Siliziumschmelze gezogen. Anschließend werden diese Stäbe in dünne Scheiben zersägt, welche "Wafer" genannt werden. Die einzelnen monokristallinen Solarzellen werden miteinander zu Solarmodulen verschaltet. Bei einer Serienschaltung der Solarzellen wird eine höhere Spannung erzielt, was vor allem für kleinere Photovoltaikanlagen nützlich ist. Eine Parallelschaltung der Solarzellen sorgt vor allem bei teilweise verschatteten Solarmodulen für einen höheren Durchschnittsertrag. Monokristalline Solarzellen werden dazu meistens in eine "square-round"-Form gebracht, dies bedeutet quadratisch mit abgerundeten Ecken. Solarmodule aus monokristallinen Solarzellen haben eine dunkelblaue bis schwärzliche Färbung und wirken sehr glatt und eben. Sie haben eine Lebensdauer von rund 30 Jahren. Ein monokristallines Solarmodul wiegt größenbedingt zwischen rund 8 und 16 Kilogramm und ist damit deutlich schwerer als beispielsweise ein Dünnschichtmodul. Monokristalline Module erzielen einen hohen Wirkungsgrad Monokristalline Solarzellen haben im Vergleich zu polykristallinen Solarzellen einen sehr hohen Siliziumanteil und sind daher mit einem Wirkungsgrad von bis zu rund 21 Prozent die effektivsten Solarzellen bei direkter Sonneneinstrahlung. Monokristalline Solarmodule sind deshalb auch sehr gut geeignet, wenn nur eine geringe Dachfläche für eine Photovoltaik-Anlage zur Verfügung steht, oder wenn eine sehr hohe Leistung erzielt werden muss. Monokristalline Solarmodule werden beispielsweise von IBC Solar, Suntech, Schott Solar, Sunpower und Aleo Solar hergestellt. Allerdings sind monokristalline Module aufgrund der aufwendigen Herstellung auch vergleichsweise teuer. Monokristalline Solarzellen büßen bei diffusem Licht an Leistung ein. Bei einer Dachfläche, die nicht direkt nach Süden ausgerichtet ist, kann sich der Wirkungsgrad der Solarmodule daher reduzieren. Monokristalline Module benötigen länger bis zur energetischen Amortisation Die zeit- und energieaufwendige Herstellung sorgt dafür, dass monokristalline Solarzellen eine schlechtere Umweltbilanz aufweisen als andere Photovoltaik Module. Die energetische Amortisation, also die Zeit, bis der Solarertrag den Energieaufwand der Herstellung übersteigt, ist bei monokristallinen Solarmodulen im Vergleich zwischen monokristallinen und polykristallinen Solarmodulen länger. Zurzeit werden rund ein Drittel aller Photovoltaik-Anlagen mit monokristallinen Solarzellen betrieben, da die Module zwar aufwendig in der Herstellung und teurer sind, dies aber durch einen hohen Wirkungsgrad wieder ausgleichen. Neben monokristallinen und polykristallinen Solarzellen sind auch besonders dünne CIGSModule erhältlich. Bei der Wahl der Module ist es ratsam, einen Photovoltaik Fachbetrieb zu finden, der beratend zur Seite steht. Polykristalline Solarzellen - kosteneffektive Module Polykristalline Module haben einen nicht ganz so hohen Wirkungsgrad, wie monokristalline Solarzellen - polykristalline Module sind jedoch preiswerter. Polykristalline Solarmodule sind deswegen die am häufigsten installierten Module. Charakteristisch ist die Kristallstruktur, welche die polykristallinen Solarmodule der Photovoltaik Anlage bei Sonneneinstrahlung stark reflektieren lässt. Polykristalline Solarzellen: Module aus quadratischem Siliziumblock Polykristalline Solarzellen werden, genauso wie monokristalline Solarzellen, aus Silizium hergestellt. Allerdings ist das Silizium nicht ganz so rein wie bei der Herstellung von monokristallinen Zellen. Zunächst wird ein Siliziumblock gegossen, welcher dann langsam abgekühlt wird. Wenn sich das flüssige Silizium abkühlt und fest wird, entstehen Kristallstrukturen in unterschiedlichen Größen. Von diesem Block werden dann Scheiben abgetrennt; jede Scheibe ist dann eine polykristalline Solarzelle. Mehrere polykristalline Solarzellen werden dann zu einem Solarmodul zusammengeschlossen. Dabei wird unterschieden in eine Serienschaltung oder eine seltener genutzte Parallelschaltung. Wenn für ein Solarmodul eine Serienschaltung genutzt wird, entsteht eine höhere Spannung, wohingegen bei einer Parallelschaltung ein höherer Strom besteht. Die polykristallinen Solarzellen werden dann in transparentem Äthylen-Vinyl-Acetat eingebettet und mit einer Glasscheibe abgedeckt, um so ein Solarmodul zu formen. Außerdem bekommt jedes Solarmodul einen Rahmen aus Edelstahl oder Aluminium. Für rund die Hälfte der momentan installierten Photovoltaik-Anlagen werden polykristalline Solarmodule genutzt - monokristalline Module oder Dünnschicht Solarzellen weisen einen geringeren Marktanteil auf. Polykristalline Module haben das beste Preis-Leistungs-Verhältnis Polykristalline Solarzellen sind quadratisch. Die Module sind bläulich gefärbt und nicht so dunkel und eben wie monokristalline Solarzellen. Die Herstellung der Module ist weniger aufwendig und es entstehen nur geringe Abfälle aufgrund der quadratischen Form der Zelle. Daher sind polykristalline Solarzellen preiswerter und auch die Umweltbilanz der Photovoltaik Anlage ist besser, da nicht so viel Energie für die Herstellung der Module erforderlich ist. Daher werden polykristalline Solarzellen oft als die Zellen mit dem besten Preis-Leistungs-Verhältnis bezeichnet. Da für polykristalline Solarmodule weniger reines Silizium verwendet wird und Kristallstrukturen bestehen, die für Lichtbrechungen sorgen, ist der Wirkungsgrad der Solarmodule mit rund 15 Prozent, geringer als bei monokristallinen Solarmodulen. Aufgrund der geringeren Effizienz werden polykristalline Solarzellen häufig für Photovoltaik Anlagen auf größeren Dachflächen eingesetzt, bei denen die Leistung eines einzelnen Solarmoduls nicht ganz so entscheidend ist. Die Wahl der Module ist immer abhängig vom höchst individuellen Dach. Ein ausgiebiger Vergleich zwischen monokristallinen und polykristallinen Solarmodulen und professionelle Beratung sollten am Anfang der Planung einer Photovoltaik Anlage stehen Dünnschichtmodule für Photovoltaik Anlagen Dünnschichtmodule sind aufgrund ihrer extrem geringen Dicke leicht und preisgünstig herzustellen. Dies stellt den größten Vorteil der Dünnschichtmodule dar: durch ihre Flexibilität und ihr geringes Gewicht lassen sich diese Solarzellen sehr vielseitig verwenden, von Taschenrechnern bis hin zu Photovoltaik Anlagen. Dünnschichtmodule haben allerdings einen geringeren Wirkungsgrad als andere Solarzellen und benötigen deshalb mehr Fläche. Dünnschichtmodule: Dünne & leichte Solarzellen Dünnschichtmodule werden meistens aus so genannten "amorphen" Solarzellen hergestellt und sind im Vergleich zu monokristallinen Solarzellen und polykristallinen Solarzellen sehr dünn und leicht. Bei der Herstellung von Dünnschichtmodulen wird Silizium, Cadmiumtellurid oder Kupferindiumdiselenid in einer dünnen Schicht auf ein Trägermaterial, zum Beispiel auf Glas, aufgedampft, beziehungsweise aufgesprüht. Eine Schicht ist nur rund ein Mikrometer dick. Das Dünnschichtmodul wird dann direkt verschaltet und mit einer weiteren Glasschicht abgedeckt. Dünnschichtmodule sind oft kleiner als kristalline Solarmodule, haben eine sehr homogene Fläche und eine dunkelgrüne, bräunliche oder schwarze Färbung. Dünnschichtmodule benötigen weniger Rohstoffe Für die Herstellung der Solarmodule wird sehr wenig Halbleitermaterial benötigt, was Dünnschichtmodule preislich verhältnismäßig günstig macht. Die Herstellung der Solarmodule kann stark automatisiert werden, wodurch Dünnschichtmodule schnell und großen Mengen hergestellt werden. Aufgrund der sehr geringen Dicke ist ein Dünnschichtmodul sehr flexibel und kann beispielsweise auch als Energiequelle für oder Jacken genutzt werden. Sehr verbreitet ist die Nutzung von Dünnschichtmodulen schon in Taschenrechnern oder anderen Kleingeräten. Voraussetzung dafür ist, dass als Trägermaterial in diesen Fällen Kunststoff statt Glas genutzt wird. Der Anteil der Dünnschichtmodule für Photovoltaik Anlagen steigt kontinuierlich. Im Jahr 2008 betrug der Anteil der Dünnschichtmodule auf dem Solarmarkt rund 12 Prozent und es ist ein steigender Anteil dieser Solarmodule am Markt zu erwarten. Dünnschichtmodule benötigen mehr Dachfläche als andere Solarzellen Ein Nachteil von Dünnschichtmodulen liegt in einem geringeren Wirkungsgrad, der rund 4 bis 10 Prozent beträgt. (Heute, 2013 rund 12 bis 14 Prozent) Dadurch erreicht ein Dünnschichtmodul für eine Photovoltaik Anlage eine geringere Leistung pro Quadratmeter. Lohnenswert sind Dünnschichtmodule daher eher bei größeren Dachflächen. Bei steigenden Temperaturen verringert sich der Wirkungsgrad der Dünnschichtmodule, jedoch in geringerem Ausmaß als bei polykristallinen oder monokristallinen Solarmodulen. Auch bei diffusem Licht oder bei Verschattung der Photovoltaik Anlage verringert sich die Leistung nur geringfügig, weshalb es sich auch lohnen kann, Dünnschichtmodule auf Dachflächen anzubringen, die nicht direkt nach Süden ausgerichtet sind. Da Dünnschichtmodule rahmenlos sind, ist die Verschmutzung durch Umwelteinflüsse geringer. CIGS-Module - Dünnschicht Solarzellen CIGS-Module werden unter anderem von Solyndra hergestellt. Die dünnen und leichten Solarzellen besitzen einen röhrenförmigen Absorber und ähneln optisch Solarthermiekollektoren. CIGS Module versprechen Leistung unabhängig von der Dachausrichtung und eine gute Eignung für Flachdächer. Durch eine Reflektorfolie liefern die Module im Winter etwas mehr Leistung als andere Solarzellen. CIGS-Module: Solarzellen nehmen auch diffuses Licht auf CIGS-Module gelangten zu Beginn des Jahres 2009 auf den Photovoltaik-Markt und werden unter anderem vom amerikanischen Hersteller Solyndra und dem deutschen Hersteller Manz (14,6 Prozent Wirkungsgrad) produziert. Ein solches Modul von besteht aus röhrenförmig gewickelten CIGS-Folien und ist eine Sonderform der Dünnschichtmodule. Die Abkürzung CIGS steht dabei für die englischen Bezeichnungen der Elemente Kupfer, Indium, Gallium, Schwefel und Selen. Durch die Form der Solarzellen wird direkte und indirekte Sonnenstrahlung von allen Seiten vom Photovoltaik-Modul aufgenommen und in Strom umgewandelt. So kann auch Sonnenlicht am frühen Morgen oder späten Abend, welches sehr diffus ist, vom CIGS-Modul genutzt werden. Reflektorfolie wirft Licht auf die CIGS-Module zurück Wenn zusätzlich noch eine weiße Reflektorfolie auf der Dachfläche angebracht wird, wird davon Solarstrahlung reflektiert, was für einen zusätzliche Photovoltaik Leistung des CIGS-Moduls sorgt.Die CIGS-Module von sind sehr leicht, weil das Material nur sehr dünn auf die Glasröhre aufgetragen wird. Somit sind CIGS-Module in der Photovoltaik auch für statisch nicht sehr belastbare Dachflächen, zum Beispiel von Flachdächern, geeignet. CIGS Solarzellen sind vor allem im Winter effektiv In Tests wurde festgestellt, dass CIGS-Module von Solyndra vor Allem im Winter eine höhere Leistung als monokristalline Solarzellen und polykristalline Solarzellen erzielen, da der weiße Schnee zusätzlich für eine Reflexion der Solarstrahlung und somit für einen höheren Ertrag sorgt. Der Wirkungsgrad der Solyndra-,und Manz Module liegt bei bis zu 15 Prozent. Neben CIGS Solarzellen und Dünnschicht Modulen gibt es noch Alternativen auf dem Markt. Ein ausgiebiger Vergleich zwischen monokristallinen und polykristallinen Solarzellen sollte vor der Wahl der Systeme stehen. Solarmodule vergleichen - diese Kennzahlen sind relevant! Solarmodule werden von verschiedenen Herstellern angeboten. Für einen objektiven Vergleich sind Datenblätter allein nicht immer hilfreich, da sie je nach Hersteller unterschiedliche Angaben enthalten. In der Praxis haben sich diese Werte als relevant erwiesen, um Photovoltaik Module bewerten zu können. Kennzahlen für Solarmodule 1. Das Herstellungsland Photovoltaik Module werden vorrangig in Deutschland, USA und China hergestellt. Chinesische Module sind oft preisgünstiger als europäische und amerikanische Fabrikate. Den Qualitätsstandard erfüllen aber praktisch alle Solarmodule. Maßstäbe, die im Ländervergleich eine Aussage treffen können sind u.a. Testergebnisse in Fachzeitschriften, Langzeitstudien, TÜV Zertifikate sowie Mindestanforderungen hiesiger Banken und Sparkassen bei der Kreditvergabe. 2. Die Art der Solarzellen Photovoltaik Module bestehen aus monokristallinen Zellen, polykristallinen Zellen oder Dünnschicht Zellen. Je nach verwendeten Solarzellen haben Photovoltaik Module unterschiedliche Vorteile. Module mit monokristallinen Solarzellen zeichnen sich durch hohe Wirkungsgrade aus. Polykristalline Module haben im Vergleich eine kurze energetische Amortisationszeit und sind günstiger in der Anschaffung. Dünnschichtmodule sind im Vergleich am leichtesten und eignen sich für eine Montage auf Flachdächern besonders. Bei diffuser Lichteinstrahlung erreichen Dünnschichtmodule einen sehr guten Ertrag. 3. Der Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls beschreibt, wie groß der Anteil der Strahlungsenergie ist, der in elektrischen Strom umgewandelt wird. Die Wirkungsgrade liegen in der Regel zwischen 12,5 und 21,0 Prozent. 4. Die Nennleistung in Watt peak Die Nennleistung beschreibt die Leistungsabgabe [Watt] eines Solarmoduls unter Normbedingungen. Als Normbedingung sind in der Schweiz eine Einstrahlungsstärke von 1000 Watt/qm und eine Modultemperatur von 25°C festgelegt. Die Normstrahlung von 1000 Watt/qm wird in der Schweiz (teilweise)erreicht. In der Praxis liegt die Leistungsabgabe der Module deshalb unter der angegebenen Nennleistung. 5. Die Toleranz der Nennleistung Die reale Nennleistung eines Photovoltaik Moduls weicht produktionsbedingt von der genannten Nennleistung unter Normbedingungen ab. Für diese Abweichung geben Hersteller eine Toleranz an, gemessen in "plus Prozent" und "minus Prozent". Module, die ausschließlich Plustoleranzen aufweisen, erreichen die genannte Nennleistung definitiv und liegen eventuell etwas darüber. 6. Die Parallel Verschaltung Verschiedene Hersteller bieten Module mit parallel verschalteten Solarzellen an. Vorteil dieser Technik ist, dass bei einer teilweisen Verschattung das Modul einen höheren Durchschnittsertrag erbringt. Bei einer Reihenschaltung der Solarzellen wird eine höhere Spannung erzielt, was vor allem für kleinere Photovoltaikanlagen nützlich ist. 7. Das Schwachlichtverhalten Der Wirkungsgrad von Solarmodulen sinkt bei schwächerer Einstrahlung. Diese Differenz drückt das Schwachlichtverhalten aus. Es wird bei einer Sonneneinstrahlung von 200 Watt pro Quadratmeter gemessen und in Prozent angegeben. 8. Die Modulfläche und das Modulgewicht Solar Module mit größerer Fläche haben in der Regel eine höhere Nennleistung, da mehr Solarzellen zur Stromerzeugung verbaut sind. Für die Ertragsrechnung einer Photovoltaikanlage ist jedoch die installierbare Gesamtfläche maßgebend. Um eine Dachfläche bestmöglich auszunutzen, kann es je nach Situation sinnvoll sein, kleinere Module zu verwenden, um mehr Modulreihen verbauen zu können. Für die statische Belastung des Daches ist das Gewicht der Module der wichtigste Faktor. Bei Dächern mit geringer Dachlastreserve sind leichte Module wie z.B. Dünnschichtmodule zu empfehlen. 9. Die Kompatibilität mit Aufständerungssystemen Auf Flachdächern kann durch Aufständerung der Solarmodule ein höherer Ertrag erziehlt werden. Knubix, Schletter und Scirocco sind drei Aufständerungssysteme, die sich an der Spitze des Marktes positioniert haben. Ein Großteil der Module sind mit diesen Systemen kompatibel. Wenn Sie eine Aufständerung planen, sollten Sie die Kompatibilität der Modulen mit einem Aufständerungssystem klären. 10. Die Leistungsgarantie Photovoltaik Anlagen sind auf eine Betriebszeit von mehr als 25 Jahren ausgelegt. Die Nennleistung der Solarmodule sinkt im Laufe der Jahre etwas ab, so dass nach 20 Jahren die Anlage nicht mehr die gleiche Leistung erreicht wie im ersten Betriebsjahr. Dies ist für die Ertragsrechnung zu berücksichtigen. Verschiedene Hersteller geben hier eine Garantie, dass eine Modul nach 20 Jahren einen gewissen Prozentsatz der angegeben Nennleistung noch erreicht. Monokristallin oder Polykristallin - Solarzellen im Vergleich Monokristallin oder Polykristallin? Dünnschichtmodule oder CIGS-Technologie? Im direkten Vergleich zeigen die Modultypen individuelle Unterschiede. Monokristalline Module sind relativ teuer, aber sehr effektiv, während ein polykristallines Modul im Unterschied dazu preiswerter ist, aber geringere Wirkungsgrade aufweist. Aber man hat nicht nur die Wahl zwischen monokristallin oder polykristallin: auch Dünnschichtmodule und auch CIGS-Module sind auf dem Markt erhältlich. Monokristallin & Polykristallin im Vergleich Monokristalline Solarzellen und polykristalline Solarzellen haben einen hohen Wirkungsgrad, büßen aber bei hohen Temperaturen oder nicht optimaler Solarstrahlung an Leistung ein. Durch die aufwendige Herstellung sind monokristalline und polykristalline Photovoltaik-Module daher im Vergleich teuer und schwerer als Dünnschicht-Module. Photovoltaik-Module aus monokristallinen Solarzellen sind teurer, aber auch am leistungsfähigsten, und daher besonders gut für kleine Dachflächen geeignet, die nach Süden ausgerichtet sind. Polykristalline Solarzellen haben im Unterschied zum monokristallinen Konkurrenten einen geringeren Wirkungsgrad und sollten eher für größere Dachflächen / Anlagen genutzt werden. Dünnschicht-Module - geringerer Wirkungsgrad, aber sehr leicht Dünnschichtmodule sind im Vergleich zu anderen Modulen sehr leicht und günstig, haben aber auch nur einen geringen Wirkungsgrad. Lohnenswert sind Dünnschicht-Module daher eher für sehr große Dachflächen beziehungsweise für große Anlagen, auf denen viele Photovoltaik-Module montiert werden können. Im Unterschied zu monokristallinen oder polykristallinen Solarzellen büßen Dünnschicht-Module bei schwachen Lichtverhältnissen oder sehr hohen Temperaturen nur geringfügig an Leistung ein. CIGS-Module: neue Dünnschichttechnologie Die CIGS-Module basieren auf der Dünnschichttechnologie. Sie haben mit 13-15 Prozent einen durchschnittlichen Wirkungsgrad, nutzen aber auch schwache Lichtverhältnisse sehr gut aus. Besonders im Winter können sie im Unterschied zu einem Solarmodul, das monokristallin, polykristallin oder mit Dünnschicht-Technik arbeitet, die Solarstrahlung besser ausnutzen. Monokristallin, Polykristallin, Dünnschicht und CIGS im Vergleich Monokristallin Polykristallin Dünnschicht CIGS Wirkungsgrad 14 - 21 % 6 - 14 % 11 - 15 % Schwachlichtverhalten Einbußen bei Einbußen bei Nur geringe diffusem Licht diffusem Licht Einbußen Nur geringe Einbußen Wärmeverhalten Einbußen bei Einbußen bei Nur geringe hohen hohen Einbußen Temperaturen Temperaturen Nur geringe Einbußen Kosten Teurer als Polykristallin und Dünnschicht Günstiger als Günstiger als Monokristallin, Bislang am Monokristallin Polykristallin teuersten und CIGS und CIGS Langzeittest Sehr hohe Leistung, stabil, hohe Lebensdauer Hohe Leistung, stabil, hohe Lebensdauer Mittlere Leistung, etwas geringere Lebensdauer Geringere Leistung, im Winter aber noch keine Langzeittests Gewicht pro Quadratmeter Höher Höher Niedriger Niedriger Störanfälligkeit Sehr gering Sehr gering Gering Gering 12 - 16 % Diese Tabelle ist ein erster Anhaltspunkt bei der Wahl zwischen Monokristallin, Polykristallin oder einem anderen Modultyp. Bei der individuellen Anlagenplanung und Auswahl eines geeigneten Solarmoduls helfen Photovoltaik Fachbetriebe. Ist mein Dach geeignet ? Grundsätzlich ist die Installation einer Photovoltaikanlage auf allen Dächern möglich, vorausgesetzt es fällt genügend Licht ein. In der Schweiz ist in allen Regionen die Sonneneinstrahlung hoch genug, um mit Photovoltaik einen Gewinn zu erwirtschaften. Da Licht und Schatten sprichwörtlich nicht weit auseinander liegen, ist auch die so genannte Verschattung der Anlage ein wichtiger Punkt, der in keiner Kalkulation fehlen darf.
