Mono- oder Polykristallin? Module im Leistungsvergleich

Welche Solarmodule setzen mehr Sonnenenergie in Strom um? Monokristalline Module und polykristalline Module im Vergleich: Wirkungsgrad, Kosten, Design.

Die kristalline Silizium-Technologie bildet den Großteil am Photovoltaik-Weltmarkt. Das Silizium wird geschmolzen, zu Blöcken (Ingots) verarbeitet und dann in Wafer zersägt – dünne Scheiben aus Silizium, aus denen Solarzellen hergestellt werden. Die Siliziumblöcke können je nach Herstellungsverfahren monokristallin oder polykristallin sein. Sowohl monokristalline als auch polykristalline Solarmodule machen das Selbe: Sie wandeln Sonnenlicht in Energie um.

Was sind monokristalline Solarmodule?

Monokristalline Solarzellen werden aus einkristallinen Siliziumwafern hergestellt. Die aus dem Siliziumblock gesägten Wafer-Scheiben bestehen aus einem homogenen Kristallgitter, was Energieverluste minimiert. Die Herstellung eines einkristallinen Siliziumblocks ist aufwändiger und kostet daher mehr. Solarmodule mit monokristallinen Zellen sehen in der Regel schwarz oder dunkel aus. Sie dominieren inzwischen – auch aufgrund gesunkener Herstellungskosten durch verfeinerte Produktionstechnik – den Markt. Der Anteil monokristalliner Technologie liegt laut Photovoltaics Report 2023 des Fraunhofer ISE bei 84 Prozent.

Was sind polykristalline Solarmodule?

Polykristalline Siliziumblöcke – und damit die daraus gesägten Siliziumscheiben für die Solarzellen – lassen sich im Vergleich zu monokristallinen Blöcken kostengünstiger herstellen. Sie bestehen allerdings aus vielen einzelnen, miteinander verbundenen Kristallen, was für Energieverluste sorgt. Die polykristallinen Solarmodule erkennt man an der blauen Farbe.

Wirkungsgrad

Bei wolkenlosem Himmel kann die Sonne in unseren Breitengraden eine Strahlungsenergie von circa 1.000 Watt pro Quadratmeter liefern. Silizium-Solarzellen wandeln gut ein Fünftel dieser Energie in elektrischen Strom um. Die Zellwirkungsgrade lagen zuletzt laut Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie bei über 22 Prozent für monokristallines und rund bei 20 Prozent für polykristallines Silizium-Basismaterial. 

Durch die homogene Kristallstruktur von monokristallinen Solarzellen fließt die Energie besser. Dies führt zu einer besseren Leistung und einem höheren Ertrag pro installiertem Watt. Deshalb haben monokristalline Solarzellen einen etwas höheren Wirkungsgrad.

Polykristalline Solarzellen haben im Allgemeinen einen geringeren Wirkungsgrad im Vergleich zu monokristallinen Zellen. Zwischen den vielen verschiedenen Kristallen geht Energie verloren.

Platzbedarf

Monokristalline Module sind kompakt und platzsparend. Sie benötigen weniger Fläche, um die gleiche Leistung zu erzeugen wie andere Module. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn begrenzter Raum zur Verfügung steht, wie auf Dächern oder für die kompakten Balkonkraftwerke.

Um die gleiche Leistung wie monokristalline Module zu erzielen, benötigen polykristalline Module mehr Fläche, was in begrenzten Platzverhältnissen von Nachteil sein kann.

Langlebigkeit

Monokristalline Solarzellen als auch polykristalline Module sind in der Regel langlebig, widerstandsfähig gegenüber Umwelteinflüssen und haben eine lange Lebensdauer. Sie haben beide eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Mikrorissen, was zur Langlebigkeit beiträgt.

Leistung bei schwachem Licht

Monokristalline und polykristalline Solarzellen erzielen auch bei geringer Sonneneinstrahlung – wie morgens, abends oder an bewölkten Tagen – eine gute Leistung. Sie sind somit für Regionen mit wechselnden Wetterbedingungen geeignet.

Ästhetisches Design

Monokristalline Module haben ein ästhetisch ansprechenderes Design als polykristalline Module, weil sie schwarz oder zumindest dunkel aussehen und höchstens mal bläuliche Reflektionen zeigen.

Das Erscheinungsbild von polykristallinen Solarmodulen wird oft als weniger elegant oder modern empfunden, da sie durch die vielen Siliziumkristalle gesprenkelt und blau aussehen.

Kosten

Monokristalline Photovoltaikmodule sind in der Regel teurer in der Herstellung als polykristalline Module. Das kann die Anfangsinvestitionskosten für Solaranlagen erhöhen. Die Rendite ist aber höher, so dass sich auch diese Kosten gut amortisieren lassen.

Temperaturabhängigkeit

Polykristalline Module sind weniger temperaturabhängig als monokristalline Module. Sie können besser bei hohen Temperaturen arbeiten, was die Leistungseffizienz verbessert. Monokristalline Module können empfindlicher auf hohe Temperaturen reagieren, was zu einem geringfügigen Leistungsabfall führen kann, insbesondere in heißen Umgebungen.

Energiebedarf bei der Herstellung

Die Herstellung von monokristallinen Solarzellen erfordert einen aufwändigeren und energieintensiveren Prozess im Vergleich zu anderen Solarzellenarten. Die Produktionsbedingungen – etwa wie viel Silizium pro Watt Waferleistung benötigt wird – sind durch den technischen Fortschritt aber immer effektiver geworden.

Fazit

Insgesamt sind monokristalline Photovoltaikmodule aufgrund ihrer höheren Effizienz und Ästhetik eine beliebte Wahl, insbesondere für anspruchsvolle Anwendungen, bei denen Platz und Erscheinungsbild eine Rolle spielen. Polykristalline Photovoltaikmodule bieten sich eigentlich nur noch dann an, wenn der Wirkungsgrad, der Platzbedarf und die Ästhetik weniger kritisch sind oder Kosten im Vordergrund stehen.

Eine Alternative zu Solarzellen aus kristallinem Silizium sind Organische Solarzellen (OPV), an denen geforscht wird. Diese lassen sich sogar kostengünstiger herstellen und flexibler nutzen. Sie sind dünn und biegsam wie eine Folie und lassen sich leicht an verschiedene Substrate anpassen. Bislang erreichten organische Solarzellen aber nicht die Effizienz und Stabilität von Siliziumzellen.

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