Welche Arten von Solarmodulen gibt es? Photovoltaik-Module im ultimativen Vergleich.

Welche Arten von Solarmodulen gibt es? Photovoltaik-Module im ultimativen Vergleich.

Die Sonne ist eine nie versiegende Energiequelle, und dank der Technologie haben wir gelernt, diese Energie in Strom umzuwandeln. Der Schlüssel zu dieser Revolution liegt in den Photovoltaik-Modulen (PV-Modulen), die in den letzten Jahren deutliche Fortschritte gemacht haben. Wenn Sie in Erwägung ziehen, Solarenergie für Ihr Zuhause oder Geschäft zu nutzen, ist es wichtig, die verschiedenen Arten von PV-Modulen zu kennen, die auf dem Markt verfügbar sind. Sie fallen hauptsächlich in zwei Kategorien: Kristalline PV-Module und Dünnschichtmodule.

Exkurs: So funktioniert eine Solarzelle

Kristalline PV-Module sind die am häufigsten verwendeten und teilen sich in:

  1. Polykristalline PV-Module: Diese Module sind aus vielen verschiedenen Kristallen zusammengesetzt und sind in der Regel blau getönt.
  2. Monokristalline PV-Module: Aus einem einzigen Kristall gefertigt, haben diese Module eine schwarze Färbung und sind oft effizienter als ihre polykristallinen Pendants.

Die Dünnschichtmodule sind flexibler und leichter, aber in der Regel weniger effizient als die kristallinen Module. Sie umfassen:

  1. Dünnschicht-PV-Module mit amorphem Silizium: Diese sind oft in Taschenrechnern und anderen kleinen Elektronikgeräten zu finden.
  2. Dünnschicht-PV-Module mit Cadmium-Tellurid: Eine kostengünstige Alternative, die jedoch wegen der Verwendung von Cadmium umwelttechnische Bedenken aufwirft.
  3. Dünnschicht-PV CIS/CIGS Module: Diese nutzen Kupfer, Indium, Gallium und Selen und bieten eine Balance zwischen Effizienz und Produktionskosten.
Im folgenden haben wir eine Zusammenfassung der wesentlichen Aspekte zusammengestellt, auf die im Anschluss genauer eingegangen wird.

Modultyp Positiv Negativ
Polykristalline Panels
  • Kostengünstige Produktion
  • Bewährte Technologie
  • Langlebigkeit
  • Minimal anfällig für Störungen
  • Durchschnittlicher Effizienz (12-16 %)
  • Niedrigerer Wirkungsgrad im Vergleich zu monokristallinen Modulen
  • Mehr Platzbedarf (7-10 m²/kW)
  • Leistungseinbußen bei schwachem Licht und erhöhten Temperaturen
  • Hohes Gewicht pro m²
Monokristalline Panels
  • Spitzenwirkungsgrad (14-20 %)
  • Minimaler Platzbedarf (6-9 m²/kW)
  • Farbvariationen verfügbar
  • Bewährte Technologie
  • Minimal anfällig für Störungen
  • Kostenintensive Produktion
  • Hohes Gewicht pro m²
  • Leistungseinbußen bei schwachem Licht und hohen Temperaturen
Amorphes Silizium Dünnschicht-Module
  • Kostengünstige Produktion
  • Niedriger Materialbedarf
  • Leichtgewicht
  • Hitzeresistent
  • Effektiv auch bei ungünstigen Bedingungen
  • Sehr niedriger Effizienz (5-7 %)
  • Höchster Platzbedarf (14-25 m²/kW)
  • Starke Anfangsdegradation
Cadmium-Tellurid Dünnschicht-Module
  • Niedriger Materialbedarf
  • Leichtgewicht
  • Hitzeresistent
  • Schnelle Energierücklaufzeit
  • Effektiv auch bei ungünstigen Bedingungen
  • Niedriger Effizienz (6-8 %)
  • Kostenintensiv in der Produktion
  • Komplexes Recycling aufgrund von Cadmium
CIGS-Solarpanels
  • Durchschnittlicher Effizienz (12-15 %)
  • Kaum Verluste bei schwachem Licht und hohen Temperaturen
  • Leichtgewicht
  • Minimal anfällig für Störungen
  • Degradation vergleichbar mit kristallinen Panels
  • Kostenintensive Produktion
  • Noch keine Langzeitdaten verfügbar
  • Komplexes Recycling wegen Selen

Schauen wir uns die verschiedenen Modultypen nun etwas genauer an.

Kristalline PV-Module 

1. Polykristalline PV-Module

Diese Art von Solarmodul hat ihre Beliebtheit vor allem durch den kosteneffizienten Herstellungsprozess gewonnen. Aus geschmolzenem Silizium, das mit Bor-Atomen "dotiert" wird, entstehen quadratische Strukturen namens Ingots. Diese bilden unterschiedlich ausgerichtete Kristallstrukturen, die anschließend in extrem dünne Scheiben – Wafer – geschnitten werden. Dank technologischer Fortschritte wurden diese Wafer immer dünner, wodurch sich die Effizienz pro Siliziumeinheit verdoppelt hat. Das spiegelt sich auch in den günstigeren Preisen für diese Module wider.

Allerdings gibt es bei polykristallinen Modulen den Nachteil, dass durch die unterschiedlichen Kristallorientierungen Verluste an den Grenzflächen, den Korngrenzen, entstehen. Das führt zu einem Wirkungsgrad von 12-16%, was in der PV-Welt als mittlerer Bereich gilt.

2. Monokristalline PV-Module

Der „Star“ unter den PV-Modulen. Diese Module glänzen, buchstäblich und im übertragenen Sinne, mit Wirkungsgraden von bis zu 20%. Bei ihrer Produktion wird Silizium ein weiteres Mal geschmolzen und dann durch ein Verfahren gezogen, das einkristalline Stäbe hervorbringt. Diese Stäbe dienen wiederum als Grundlage für die Wafer. Dank der einheitlichen Kristallstruktur dieser Module gibt es weniger Verluste, was zu ihrem beeindruckenden Wirkungsgrad beiträgt.

Allerdings sind die Kosten und der Energieaufwand für die Herstellung monokristalliner Module höher, was sie auch preislich höher positioniert.

Spezialerwähnung: Quasi-monokristalline PV-Module kombinieren das Beste aus beiden Welten. Sie nutzen polykristallines Silizium, das so bearbeitet wird, dass es fast dieselben Eigenschaften wie monokristallines Silizium aufweist, jedoch zu niedrigeren Kosten.

Schlussfolgerung zu Kristallinen PV-Modulen 

Obwohl kristalline Solarmodule schwerer sind, liefern sie auch bei weniger optimalen Bedingungen eine konstante Leistung. Für Dächer mit begrenztem Platz oder speziellen Anforderungen sind monokristalline PV-Module ideal, da sie trotz höherer Kosten einen besseren Wirkungsgrad bieten. Andererseits sind für größere Dächer ohne besondere Vorgaben polykristalline Module eine wirtschaftlichere Wahl. Dennoch hat die überlegene Effizienz monokristalliner Module sie zur dominanten Wahl auf dem Markt gemacht.

Dünnschichtmodule: Die nächsten drei Modularten

Gegenüber den herkömmlichen kristallinen Solarzellen bietet die Dünnschichttechnologie eine alternative Fertigungsweise. Aufgrund der schnellen Absorption des Sonnenlichts direkt an der Solarzellenoberfläche, bieten Dünnschichtzellen trotz ihrer extrem geringen Dicke beachtliche Vorteile. Sie nutzen ein Substrat, meist Glas oder manchmal eine spezielle Folie, auf das eine hauchdünne Schicht aufgetragen wird. Im Gegensatz zu kristallinen Zellen sind Dünnschichtzellen rund 100-mal dünner.

Dünnschichtmodule überzeugen durch ihre Flexibilität und ihr leichtes Gewicht, was sie ideal für großflächige Installationen macht. Sie liefern konstante Erträge, selbst bei diffuser Beleuchtung und höheren Temperaturen. Ebenso mindert sich ihre Effizienz weniger bei Verschattungen. Der einfache Herstellungsprozess, kombiniert mit geringerem Material- und Energieverbrauch, macht diese Module kosteneffizient, allerdings mit einem Kompromiss bei der Effizienz.

3) Amorphes Silizium in Dünnschicht-PV-Modulen

Der Begriff "amorph" verweist auf die nicht-kristalline Natur von Silizium in diesen Modulen. Diese Art von Silizium bietet große Flexibilität, wodurch es optimal für die Beschichtung von Glas oder Folien geeignet ist. Die Module sind besonders effizient bei suboptimalen Dachausrichtungen oder Verschattungen. Ihre begrenzte Effizienz (5-7%) wird jedoch vor allem in großflächigen Installationen, wie in industriellen oder landwirtschaftlichen Anlagen, optimal genutzt. Trotz ihrer Wirtschaftlichkeit hat die Produktion dieser Module in den letzten Jahren nachgelassen.

4) Dünnschicht-PV-Module mit Cadmium-Tellurid

Cadmium-Tellurid (CdTe) ist als Halbleiter besonders effizient. Diese Module sind weniger temperaturanfällig und bieten eine hervorragende Lichtabsorption bei diffusen Bedingungen. Ein beeindruckendes Merkmal ist ihre kurze Energierücklaufzeit von nur einem Jahr. CdTe-Module eignen sich hervorragend für Regionen mit häufigem Nebel. Dank ihres überlegenen Preis-Leistungs-Verhältnisses haben sie amorphem Silizium den Rang abgelaufen, und ihre Marktpräsenz wächst weiter.

5) CIGS-PV-Module

CIS/CIGS steht für Kupfer-Indium-Diselenid bzw. Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid und ist derzeit eines der beliebtesten Materialien für Dünnschichtmodule. CIGS-Module bieten eine verbesserte Leitfähigkeit und damit höhere Effizienz als ihre Silizium-Pendants. Die Produktionskosten, verstärkt durch den teuren Rohstoff Indium, beeinflussen allerdings den Preis. Dennoch weisen sie unter bestimmten Bedingungen, wie z.B. Schnee, eine überlegene Winterperformance auf.

Abschließende Gedanken zu Dünnschicht-PV-Modulen

Mit ihrer Anpassungsfähigkeit an verschiedene Licht- und Temperaturbedingungen, kombiniert mit Leichtigkeit und Kosteneffizienz, sind Dünnschicht-PV-Module ideal für Installationen unter nicht optimalen Bedingungen. Aktuelle Forschungen konzentrieren sich auf CZTS, eine innovative Verbindung, die eine zukunftsträchtige Alternative zu gängigen Dünnschichttechnologien darstellen könnte.

Fazit: Ein Vergleich zwischen CIGS-Modulen, anderen Dünnschicht-Modulen und kristallinen Photovoltaik-Modulen

Obwohl CIGS-PV-Module in Bezug auf den Wirkungsgrad viele andere Dünnschicht-Module überbieten, können sie noch nicht ganz mit den Effizienzspitzenreitern, den kristallinen PV-Modulen, mithalten. Allerdings punkten Dünnschicht-Module, insbesondere CIGS, mit besserer Leistung bei schwacher Beleuchtung und höheren Außentemperaturen und erweisen sich gerade im Winter als vorteilhaft. Der Nachteil liegt in den höheren Kosten für CIGS-Module im Vergleich zu anderen Modultypen.

Für großflächige Installationen, wie sie in Industrieanlagen, landwirtschaftlichen Gebäuden oder offenen Landschaften häufig vorkommen, sind Dünnschicht-Module optimal. Ihr geringes Gewicht und ihre Flexibilität prädestinieren sie auch für innovative Anwendungen, z.B. in energieerzeugenden Fenstern oder Fassaden.

Wenn es darauf ankommt, maximale Energie aus begrenztem Raum zu gewinnen, stehen kristalline Module im Vordergrund. In Deutschland beispielsweise sind kristalline Silizium-Module beliebt, da sie trotz höherer Kosten pro Quadratmeter deutlich mehr Energie liefern. Bei der Modulauswahl sollte man sorgfältig die Vor- und Nachteile abwägen: Dünnschichtmodule eignen sich hervorragend für großflächige Installationen mit suboptimaler Ausrichtung oder diffuser Sonneneinstrahlung. Bei Platzbeschränkungen, wie sie für Einzelhäuser typisch sind, sind monokristalline oder polykristalline Module oft die erste Wahl.

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Über den Autor

Hallo, ich bin Mike Seeger, Elektroingenieur und begeisterter Solarteur. Meine Leidenschaft für Photovoltaik und erneuerbare Energien hat mich nicht nur zum Mitgründer von inselvolt gemacht, sondern auch zu einem überzeugten Erzähler und Ratgeber in dieser dynamischen Branche. Ein prägendes Erlebnis war für mich der erste Tag, als meine eigene Solaranlage auch unter bewölktem Himmel genug Energie für zwei Waschgänge lieferte – ein kleiner, aber eindrucksvoller Beweis für die Leistungsfähigkeit erneuerbarer Energien. Hier teile ich mein Wissen und meine Erfahrungen, um Sie auf Ihrer eigenen Reise zur nachhaltigen Energieversorgung zu begleiten.