Monokristalline Solarzellen: Module der Zukunft

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Technik
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Die Halbleiter-Technik und entsprechende Herstellungsverfahren ebneten 1954 Photovoltaik-Anlagen den Weg zur Markttauglichkeit. In den Halbleitern kommen Materialien zum Einsatz, die die Sonnenenergie in Strom umwandeln. Die meisten der auf dem Markt gehandelten Solarmodule enthalten das Material Silizium – kein Wunder, denn Silizium ist das am häufigsten vorkommende Material in der Erdkruste. Die drei bekanntesten und meistgehandelten Solarzellentypen mit Silizium sind polykristalline, monokristalline Solarzellen und Dünnschicht-Solarmodule.

Neue Technologien: polykristalline und monokristalline Solarzellen

Modul-KategorieWirkungsgradEntwicklungspotenzial
monokristalline Solarzellen17 - 22,7 %dominierende Zellart auf dem Markt
polykristalline Solarzellen12 - 18 %zukünftig eher Nischenprodukt
Dünnschichtzellen6 - 10 %sowohl Kostensenkung als auch Verbesserung des Wirkungsgrads zu erwarten

22% Wirkungsgrad: Lohnen sich die teureren monokristallinen Solarzellen?

Polykristalline Solarzellen haben einen geringeren Wirkungsgrad als monokristalline Solarmodule, wenngleich sie dafür in der Herstellung etwas günstiger sind. Dieser Vorteil relativiert sich natürlich, je länger Du Deine Photovoltaikanlage bei optimaler Ausrichtung nutzt. Denn bei monokristallinen Solarzellen fällt die Stromausbeute bei gleicher Fläche höher aus, was Vorteile an Orten mit beschränkter Platzkapazität generiert, wie beispielsweise einem Einfamilienhaus. Das macht sich über die Zeit im Geldbeutel bemerkbar. Da monokristalline Solarzellen aus Silizium kaum Verbesserungspotenzial in puncto Effizienz aufweisen, spielen für die Zukunft lediglich Kostensenkungen eine entscheidende Rolle. Diese können durch neue und größere Modul- sowie Zellgrößen erreicht werden.

Wusstest Du schon?
Einige Hersteller arbeiten bereits an einem neuen monokristallinen Zelldesign. So baut derzeit das Unternehmen Meyer-Burger in den neuen deutschen Bundesländern eine Zell- und Modulfertigung auf Basis der Heterojunction-Technologie auf, welche einen Wirkungsgrad bis zu 24,5% verspricht.

Was also lernen wir daraus? Monokristalline Solarmodule sind ein Must-have! Insbesondere bei einem Balkonkraftwerk bzw. einer Mini-PV-Anlage sind monokristalline Solarzellen kaum wegzudenken. In Anbetracht der Größe dieser Photovoltaik-Anlage ist der hohe Wirkungsgrad wichtig, um eine maximale Leistung und Menge an Strom aus dem PV-System zu generieren.

Dünnschicht-Module haben andere Qualitäten

Dünnschicht-Solarzellen haben den Nachteil eines geringeren Wirkungsgrades. In der Theorie erreichen Photovoltaikanlagen mit Dünnschicht-Zellen eine Effizienz von knapp über 20 %. In der Praxis liegt der Wirkungsgrad vieler Photovoltaik-Systeme mit Dünnschicht-Solarmodulen bei maximal 10 %. Das ist zu wenig, wenn ihr tatsächlich euer eigener Herr bei der Stromversorgung werden wollt.

Dennoch: Drei zentrale Vorteile haben die Dünnschicht-Solarzellen, die aus amorphem Silizium hergestellt werden:

  • niedriges Gewicht
  • kostengünstige Herstellung
  • geringe Einbußen bei Schwachlichtverhalten und hohen Temperaturen

Die Temperaturbeständigkeit von Dünnschicht-Solarmodulen liegt im hohen Absorptionsgrad begründet, durch den sich die generierte Menge an Strom nicht verringert. Regelrecht interessant ist die gestaltlose Form, in der das sonnenenergie-absorbierende Material aufgedruckt ist. Ganz anders als bei den polykristallinen und monokristallinen Solarzellen lassen sich die Wafer nicht ertasten, weil die aufgedampfte Schicht des Trägermaterials zu dünn ist.

Tipp: Warte die Weiterentwicklung der Dünnschichtzellen ab und setze bis dahin auf die monokristallinen Solarzellen! Wir halten Dich über etwaige Revolutionen auf dem Laufenden.

25% höhere Erträge versprechen bifaciale Photovoltaik-Module

Die Erforschung und Herstellung von neuartigen Solarmodul-Technologien findet auf viele Fragen zur Energiewende eine Antwort. So bilden die Solarmodul-Varianten in obiger Tabelle nur eine Auswahl der bekannten Photovoltaik-Module. Noch höhere Stromerträge als die monokristalline Solarzelle verspricht die bifaciale Solarzelle. Sie hat wortwörtlich zwei Gesichter.

Bei einer bifacialen Solarzelle wird nicht wie bei den herkömmlichen Modulen die untere Seite lichtdicht verschlossen, sondern sie wird mit einer Folie oder Glas eingekleidet. Dir dämmert wahrscheinlich schon, was das bedeutet: Die hintere Seite erzeugt ebenso Energie wie die vordere. Durch diesen Aufbau lässt sich folglich eine höhere Leistung erzielen. Die Erträge liegen bis zu 25 % höher als bei den anderen drei Solarzellen-Varianten.

Trotz dieser Vorteile bleiben monokristalline Solarzellen vorerst das Mittel der Wahl, denn die bifacialen Module sind 10 bis 30 % teurer als die herkömmlichen Technologien. Weiterhin sind sie in gängiger Simulationssoftware noch nicht verfügbar sowie allgemein noch nicht weit verbreitet. Der Fokus liegt hier allerdings auf noch.

Abschließend eine Übersicht anderer Typen, von denen in Zukunft noch zu hören sein wird:

  • organische Solarzellen
  • Perowskitsolarzellen
  • Konzentratorzellen (nicht für die private Nutzung, sondern für Anwendungsnischen; Weltrekord von 46 % beim Wirkungsgrad)
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Sophia Reker

Erfolgreich abgeschlossenes Bachelor-Studium des Wirtschaftsingenieurwesens in Hamburg und Master-Studium der Energie-, Gebäude- und Umwelttechnik in Leipzig mit Schwerpunkten auf Solartechnik und vernetzte Energiesysteme. Sie ist seit 2014 im redaktionellen Umfeld tätig und verfasst seit 2020 Fachartikel über die Energiewende und was private Verbraucher tun können.

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