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.
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