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:
- Polykristalline PV-Module: Diese Module sind aus vielen verschiedenen Kristallen zusammengesetzt und sind in der Regel blau getönt.
- 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:
- Dünnschicht-PV-Module mit amorphem Silizium: Diese sind oft in Taschenrechnern und anderen kleinen Elektronikgeräten zu finden.
- Dünnschicht-PV-Module mit Cadmium-Tellurid: Eine kostengünstige Alternative, die jedoch wegen der Verwendung von Cadmium umwelttechnische Bedenken aufwirft.
- Dünnschicht-PV CIS/CIGS Module: Diese nutzen Kupfer, Indium, Gallium und Selen und bieten eine Balance zwischen Effizienz und Produktionskosten.
| Modultyp | Positiv | Negativ |
|---|---|---|
| Polykristalline Panels |
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| Monokristalline Panels |
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| Amorphes Silizium Dünnschicht-Module |
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| Cadmium-Tellurid Dünnschicht-Module |
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| CIGS-Solarpanels |
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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.
