Die Solarzelle ist die kleinste Einheit einer Photovoltaik-Anlage, sie wandelt die Sonnenenergie in elektrische Energie um. Damit jede Solarzelle ihrer Funktion nachkommen kann, werden die einzelnen Zellen miteinander zu Modulen verschaltet. Welche Solarzellen haben den höchsten Wirkungsgrad? Vorab ist zunächst zwischen folgenden Arten von Photovoltaikzellen zu unterscheiden:
Diese Module sind waferbasiert, die einzelnen Scheiben (Wafer) weisen eine Dicke von ca. 0,45 mm auf. Bei diesen Modulen ist zwischen mono- und polykristallinen Solarzellen zu unterscheiden. Sie bestehen in der Regel aus Silizium.
Im Privatbereich spielen diese Solarzellen noch eine untergeordnete Rolle und sind derzeit in der kommerziellen Solarindustrie deutlich häufiger im Einsatz. Bei dieser Variante wird zwischen amorphem Silizium, Cadmiumtellurid und CIGS unterschieden.
Bei einem herkömmlichen Wohnhaus sind aufgrund der vergleichsweise begrenzten Dachfläche derzeit Dickschicht-Solarmodule (mono oder poly) die beste Wahl. Dabei wählen Sie zwischen monokristallin und polykristallin, die Vorteile und Nachteile der jeweiligen Varianten spielen bei Ihrer Entscheidung eine entscheidende Rolle.
Monokristalline Solarzellen bestehen aus hochreinem kristallinen Silizium und wurden ursprünglich für die Raumfahrt entwickelt. Aus der Siliziumschmelze werden monokristalline Stäbe gezogen, die mittels spezieller Sägen in sehr dünne Scheiben (Wafer) geschnitten werden. Weniger Materialverluste gibt es beim patentierten String-Ribbon-Verfahren. Hier werden Drähte durch das geschmolzene Silizium gezogen, zwischen denen sich ein Siliziumband bildet. Im nächsten Schritt erfolgt die Herstellung der Wafer. Monokristalline Solarmodule weisen eine dunkelblaue bis schwarze Oberfläche auf.
Nachstehend sind für den besseren Vergleich von monokristallin und polykristallin die Vorteile und Nachteile der monokristallinen Module übersichtlich aufgelistet:
Polykristalline Solarmodule bestehen im Gegensatz zu monokristallinen Ausführungen aus einer Vielzahl einzelner Kristalle, die miteinander verbunden sind. Im Blockgussverfahren wird das geschmolzene Silizium in eine Stabform gegossen und langsam von unten nach oben abgekühlt. Während des Kühlprozesses bilden sich unterschiedlich große Kristallstrukturen, im weiteren Verfahren werden Scheiben (Wafer) abgetrennt.
Die polykristallinen Module fallen durch ihre Blaufärbung auf und reflektieren das Sonnenlicht. In den Grenzbereichen zwischen den einzelnen Kristallen kommt es zu Energieverlusten, daher weisen polykristalline Module einen geringeren Wirkungsgrad auf. Dieser Effekt lässt sich jedoch durch eine größere Fläche ausgleichen.
Ob Sie bei Solar mono oder poly bevorzugen, können Sie auch anhand der jeweiligen Eigenschaften bestimmen. Daher lohnt es sich vorab, bei monokristallin und polykristallin die Vorteile und Nachteile genau im Blick zu behalten. Diese Vor- und Nachteile bieten polykristalline Module:
Bei einem Vergleich zeigt sich, dass der wesentliche Solarpanel-Unterschied von mono zu poly im höheren Wirkungsgrad der monokristallinen Module liegt. Aufgrund der monokristallinen Struktur kommt es bei dieser Variante nicht zu Wirkungsverlusten, sie haben daher einen um ca. 20 bis 30 Prozent höheren Wirkungsgrad als polykristalline Solarmodule. Wenn Sie die Solarmodule mono oder poly miteinander vergleichen, ist allerdings auch der höhere Preis monokristalliner Module zu beachten, der im Wesentlichen durch den komplizierten Herstellungsprozess bedingt ist.
Welche Solarzellen haben den höchsten Wirkungsgrad und für welche Anwendungen kommen mono- oder polykristalline Module in Betracht? Damit jede Solarzelle ihre Funktion optimal ausüben kann, spielt nicht nur der reine Wirkungsgrad eine entscheidende Rolle, Sie sollten bei Ihrer Entscheidung auch weitere Faktoren wie die Kosten und die zur Verfügung stehende Fläche beachten. Die Entscheidung für Solarmodule mono oder poly hängt im Wesentlichen vom verfügbaren Flächenangebot ab.
Steht nur eine kleine Dachfläche zur Verfügung, können monokristalline Module die beste Wahl sein. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn aufgrund der geringen Fläche andere Solarmodule nicht ausreichend Strom für den rentablen Betrieb einer Anlage liefern könnten. Zudem ist eine südliche Ausrichtung vorteilhaft, da sich in diesem Fall der höhere Wirkungsgrad optimal auswirkt. Monokristalline Module sind zwar teurer, begünstigen auf der anderen Seite jedoch eine bessere Ausnutzung der vorhandenen Fläche.
Steht eine größere Fläche zur Verfügung, lässt sich der geringere Wirkungsgrad polykristalliner Module durch eine größere Flächennutzung ausgleichen. Aus diesem Grund und aufgrund der geringeren Kosten sind polykristalline Module daher häufig für große Dachflächen oder Freiflächenanlagen die erste Wahl. Sie sind im Vergleich zu monokristallinen Modulen preiswerter und weisen eine bessere Umweltbilanz auf. Auch bei diesen Exemplaren ist grundsätzlich auf eine möglichst optimale Ausrichtung zu achten.
Um eine schnelle Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern zu erreichen, ist ein deutlicher Ausbau der Nutzung von Solarenergie unabdingbar. Bei Photovoltaik ist die Funktionsweise der Varianten weitgehend identisch, der Wirkungsgrad variiert jedoch je nach Modulart. Eine große Herausforderung ist die bessere Nutzung des vorhandenen Potenzials und somit die Entwicklung von Solarmodulen mit deutlich höherem Wirkungsgrad.
Auch der hohe Platzbedarf und die Suche nach geeigneten Flächen sind Probleme, die es zu lösen gilt. Viele Projekte beschäftigen sich daher mit der Entwicklung von Konzepten und der Entwicklung flexibler Module, die eine bessere Flächennutzung ermöglichen. Weiterhin gilt es, die Module umweltfreundlicher zu gestalten und das Recycling zu verbessern. In Zukunft sind rasante Entwicklungen zu erwarten, mit denen sich die Solarenergie zu einem effizienten und vielseitig nutzbaren Energieträger entwickeln kann.
