Solarmodul: Wie gut sind die monokristallinen Modelle?

Sollten private Nutzer beim Solarmodul monokristalline Modelle bevorzugen?

Bei der Entscheidung für Solarmodule geht es um Kosten, Langlebigkeit und Erträge. Ob ein Solarmodul monokristallin oder polykristallin aufgebaut ist, spielt eine wichtige Rolle.

Inhalt des Blogartikels

• Worin unterscheiden sich ein poly- und monokristallines Solarmodul?
• Lohnen sich Solarmodule als monokristalline Modelle trotz höherer Anschaffungskosten?
• Warum rechnen sich Solarmodule mit monokristallinen Zellen dennoch?
• Fazit: Für wen eignen sich monokristalline Solarmodule?

Worin unterscheiden sich ein poly- und monokristallines Solarmodul?

In unserem Online-Magazin haben wir bereits über den genauen Aufbau eines Solarmoduls sowie dessen Funktionsweise und Ertrag berichtet. Darin ist unter anderem von mono- und polykristallinen Solarzellen die Rede. Heute möchten wir dieses Thema ein wenig vertiefen und die Unterschiede genauer herausstellen. Beide Module basieren zwar auf den gleichen physikalischen Prinzipien, doch es macht durchaus einen Unterschied, ob ein Solarmodul monokristallin oder polykristallin ist.

Bei Silizium handelt es sich um ein chemisches Element, das wir vor allem vom Quarzsand her kennen – der primären Quelle für die Herstellung von Solarmodulen auf Siliziumbasis. Tatsächlich ist auf unserem Planeten unter den chemischen Elementen nur Sauerstoff häufiger zu finden als Silizium.

Optisch kannst du die Module oft anhand der Farbe voneinander unterscheiden. Monokristalline Solarmodule sehen eher schwarz aus, während die Zellen polykristalliner solarer Panels meist eine hellere und bläuliche Färbung aufweisen.

Herstellung von Solarmodulen auf monokristalliner Basis

Bei einem Solarmodul als monokristalline Variante handelt es sich um die Reinform von kristallinem Silizium. Folglich muss für die Produktion von Solarzellen auf monokristalliner Basis möglichst reines Silizium zur Verfügung stehen. Bei hohen Temperaturen wird das Element eingeschmolzen und gereinigt. Anschließend kann aus der Schmelze ein Stab oder Barren (auf Englisch „Ingot“) gezogen werden, der ein sehr einheitliches Kristallgitter aufweist. Daher sprechen Fachleute auch von Ein- oder eben Monokristall.

Sofern die Ingots fehlerfrei gelungen sind, werden sie in Scheiben zersägt, die eine Dicke von nur wenigen Mikrometern aufweisen. Aufgrund ihrer optischen Ähnlichkeit zu Waffeln sind die so entstandenen Scheiben unter dem englischen Begriff „Wafer“ bekannt. Solche Rohlinge sind aus drei Schichten aufgebaut.

Damit der photovoltaische Effekt zur solaren Energiegewinnung eintreten kann, ist noch die sogenannte Dotierung der äußeren Schichten erforderlich. Die negative (n-dotierte) Schicht ist mit Phosphor vermischt, während die positive (p-dotierte) Schicht mit Bor gemischt wird. Durch die unterschiedliche Zahl an Elektronen und der Wanderung zwischen den Schichten entsteht dann das elektrische Feld. Die mittlere Schicht fungiert als Grenze, durch die die elektrischen Ladungen bei Sonneneinstrahlung überhaupt erst wandern können. Später erhält das Solarmodul noch Reflexschichten und elektrische Kontakte.

Die Herstellung polykristalliner Solarmodule ist einfacher und preisgünstiger

Die Herstellung polykristalliner Solarmodule läuft ein wenig anders ab. Bei ihnen weisen die Scheiben keine identische Kristallorientierung im Material auf. Außerdem ist das verwendete Silizium nicht annähernd so rein wie bei monokristallinen Solarzellen.

Die Module lassen sich einfacher produzieren, etwa durch Gießverfahren. Da sie außerdem nicht in runder, sondern in quadratischer Form hergestellt werden können, ist der Ausschuss durch Verschnitt und Abfälle deutlich geringer als bei einem Solarmodul auf monokristalliner Basis.

Sowohl die Art der Herstellung als auch der im Vergleich zur monokristallinen Variante geringwertigere Rohstoff sind für den niedrigeren Preis polykristalliner Solarmodule verantwortlich.

Lohnen sich Solarmodule als monokristalline Modelle trotz höherer Anschaffungskosten?

Der Anschaffungspreis ist oft ein entscheidender Faktor, wenn sich interessierte Kunden erstmals mit der Frage beschäftigen, ob sie die Solarmodule ihrer Photovoltaikanlage als monokristalline oder polykristalline Ausführung wählen sollen. Allerdings ist der Kaufpreis nicht der einzige Faktor, den du bei dieser Rechnung berücksichtigen solltest. Denn Wirkungsgrad und Ertrag der Zellen spielen insbesondere über längere Zeit hinweg eine wichtige Rolle.

Ein monokristallines Solarmodul ist leistungsfähiger

Vergleichst du die Leistungsfähigkeit von Photovoltaikmodulen, punkten die monokristallinen durch einen Wirkungsgrad von 20 bis 22 Prozent bei direkter Sonneneinstrahlung. Das bedeutet, dass du für den gleichen Ertrag weniger Dachfläche benötigst – oder auf der gleichen Fläche mehr Strom erzeugen kannst. Durchschnittlich kannst du mit monokristallinen Solarpanels auf 6 bis 9 Quadratmeter Fläche 1 kWp (Kilowatt Peak) Strom erzeugen.

Zum Vergleich: Polykristalline Module haben meist einen Wirkungsgrad von circa 15 bis 20 Prozent und benötigen für den gleichen Ertrag zwischen 7 und 10 Quadratmeter Fläche. Gerade für eher kleine Dächer ist das durchaus relevant. Allerdings macht sich der Unterschied beim Wirkungsgrad nur bei direkter Sonneneinstrahlung stark bemerkbar.

Der Leistungsverlust ist bei Solarmodulen in monokristalliner Ausführung aufgrund der meist dunkleren Färbung ebenfalls größer, weil Solarpanels bei hohen Temperaturen weniger Strom produzieren. Dafür ist das Schwachlichtverhalten (zum Beispiel bei diffusen Lichtverhältnissen) bei monokristallinen Modulen besser – was die Erträge bei schlechtem Wetter erhöht. Monokristalline Solarmodule weisen aufgrund ihrer hohen Qualität außerdem eine geringere Solardegradation auf und altern somit weniger schnell. Transparente Dünnschichtmodule sind aufgrund ihres hohen Preises eher etwas für Spezialanwendungen, beispielsweise zur besseren optischen Integration in architektonische Gegebenheiten.

Warum rechnen sich Solarmodule mit monokristallinen Zellen dennoch?

Aufgrund der geringeren Anschaffungskosten kamen in der Vergangenheit auf Privathäusern häufig polykristalline Solarpanels zum Einsatz. Doch mittlerweile setzen die meisten Hersteller auf monokristalline Modelle in ihrem Portfolio.

Durch den höheren Wirkungsgrad benötigst du weniger Dachfläche für die Erzeugung der gleichen solaren Strommenge. Das lohnt sich auch deshalb, weil du bei einem entsprechenden Eigenverbrauch mit jeder weiteren selbst erzeugten Kilowattstunde die Stromkosten stark senken kannst. Auf lange Sicht kompensiert sich der höhere Anschaffungspreis damit auf jeden Fall.

Längere energetische Amortisation von Solarmodulen auf monokristalliner Basis

Aufgrund des höheren Aufwands bei der Fertigung weisen monokristalline Solarmodule noch immer eine etwas höhere energetische Amortisationszeit auf als polykristalline Solarzellen. Dieser Faktor bezeichnet die Zeitspanne, die benötigt wird, bis ein Photovoltaikmodul mehr Energie erzeugt hat, als für seine Produktion erforderlich war.

Insgesamt hat sich die energetische Amortisationszeit in den letzten 20 Jahren stark verringert und liegt bei beiden Varianten derzeit bei weniger als 2 Jahren, wenngleich es bei monokristallinen Modulen immer ein paar Monate länger braucht.

Fazit: Für wen eignen sich monokristalline Solarmodule?

Die Mehrzahl privater Haushalte fährt mit monokristallinen Solarmodulen langfristig besser, da sie bei geringerer Dachfläche bessere Erträge bringen. Du benötigst für ein Solarmodul in monokristallin 300 W (Watt) weniger Fläche als für ein polykristallines Panel mit gleicher Leistung.

Aufgrund der höheren Anschaffungskosten relativiert sich dieser Vorteil allerdings mit zunehmender Fläche, die für die solare Stromerzeugung zur Verfügung steht. Hast du also sehr große Dachflächen oder andere geeignete Standorte wie Gartenflächen, sind polykristalline Solarzellen in der Regel günstiger.

Steigende Strompreise und ein höherer Ertrag verschaffen Solarmodulen auf monokristalliner Basis aber besonders bei der Stromerzeugung zum Eigenverbrauch schnell einen Vorteil.

Vorteile und Nachteile von monokristallinen Solarmodulen im Vergleich zu polykristallinen:

• höherer Wirkungsgrad
• geringerer Flächenbedarf
• bessere Schwachlicht-Eigenschaften
• etwas höherer Anschaffungspreis
• bei nicht direkter Sonneneinstrahlung ähnlicher Wirkungsgrad
• längere wirtschaftliche und energetische Amortisationszeiten