Monokristalline Solarmodule: Ein Überblick

Kategorie(n): Balkonkraftwerk-Wissen

Monokristalline Solarmodule stehen für eine hohe Effizienz und lange Lebensdauer. Derartige Solarmodule sind ideal für kleine Dachflächen. In diesem Artikel erfährst Du alles Wichtige über monokristalline Solarmodule, ihre Funktionsweise, Vor- und Nachteile sowie ihre Anwendung bei Balkonkraftwerken.

Was sind monokristalline Solarmodule?

Monokristalline Solarmodule auf den Dächern erkennst Du an ihrer typischen dunkelblauen bis schwarzen Farbe. Sie bestehen aus hochreinem Silizium, das aus einem einzigen Kristall gezüchtet wurde. Dieser Herstellungsprozess garantiert eine homogene Kristallstruktur, wodurch diese Module ihre hohe Effizienz haben. Im Vergleich zu anderen Solarmodulen, etwa polykristallinen oder Dünnschichtmodulen, haben monokristalline Module wegen ihrer einheitlichen Kristallstruktur auch eine höhere Leistungsdichte. Dafür ist aber ein komplexes Herstellungsverfahren notwendig.

Wie werden monokristalline Solarmodule hergestellt?

Die Herstellung von monokristallinen Solarmodulen besteht aus 5 verschiedenen Prozessschritten:

1. Züchtung des Siliziumkristalls:

Der erste Schritt ist die Züchtung des monokristallinen Siliziumkristalls (Einkristall). Dazu wird meist das Czochralski-Verfahren verwendet. Dabei wird hochreines Silizium in einem Tiegel geschmolzen und ein kleiner Kristallkeim in die Schmelze getaucht. Dieser Keim wird anschließen langsam herausgezogen. Dabei kristallisiert sich das geschmolzene Silizium daran und bildet einen großen, einkristallinen Siliziumstab (Ingot). ​

2. Sägen der Wafer:

Der monokristalline Siliziumstab wird dann in dünne Scheiben, sogenannte Wafer, geschnitten. Dafür wird meist eine Drahtsäge verwendet, die zudem mit einem Schleifmittel beschichtet ist. Die Wafer haben typischerweise eine Dicke von 160 bis 200 Mikrometern​.

3. Doping und Oberflächenbehandlung:

Um die elektrischen Eigenschaften der Wafer zu verbessern, werden sie im nächsten Schritt, dem Doping, mit Bor oder Phosphor behandelt. Nur so bekommt das Silizium die nötigen Halbleitereigenschaften. Danach werden die Wafer gereinigt und poliert, um eine möglichst glatte und gleichmäßige Oberfläche zu erhalten​​.

4. Herstellung der Solarzellen:

Die behandelten Wafer werden anschließend zu Solarzellen weiterverarbeitet. So wird eine Antireflexbeschichtung aufgetragen, um die Lichtabsorption zu erhöhen. Außerdem werden feine elektrische Kontakte auf der Vorder- und Rückseite der Zellen eingesetzt. Nur damit kann später der erzeugte Strom abgeleitet werden​.

5. Zusammenbau der Solarmodule:

Mehrere Solarzellen werden zu einem Solarmodul zusammengefügt. Die Zellen werden miteinander verschaltet, um die gewünschte Spannung und Stromstärke zu erreichen. Diese Zellverbände werden anschließend zwischen einer transparenten Frontschicht (meistens Glas) und einer Rückseitenfolie eingebettet und mit einem stabilen (Aluminium-) Rahmen eingefasst​​.

Wegen des Herstellungsprozesses sind monokristalline Solarmodule im Vergleich zu anderen Typen, etwa polykristallinen Modulen​, deutlich teurer.

Was kosten monokristalline Solarmodule?

Die Kosten für monokristalline Solarmodule variieren je nach Hersteller, Qualität und Leistung. Im Allgemeinen liegen die Preise aber deutlich über dem eines polykristallinen Moduls:

1. Preis pro Watt: Monokristalline Solarmodule kosten derzeit zwischen 0,25 und 0,50 Euro pro Watt. Diese Preisspanne kann jedoch je nach Hersteller und spezifischen Modulspezifikationen variieren. Premium-Module mit höheren Wirkungsgraden und besseren Garantien tendieren dazu, am oberen Ende dieser Skala zu liegen​.
2. Gesamtkosten pro Modul: Die Kosten für einzelne Module können stark variieren. Ein typisches monokristallines Solarmodul mit einer Leistung von etwa 300 bis 400 Watt kostet in der Regel zwischen 100 und 250 Euro. Hochleistungsmodule mit einer Leistung von 500 Watt oder mehr können bis zu 350 Euro oder mehr kosten​.
3. Polykristalline Module: Die Preise für polykristalline Module liegen zwischen 0,20 und 0,40 Euro/Watt. Ein typisches polykristallines Solarmodul mit einer Leistung von 300 bis 400 Watt kostet daher nur 80 bis 180 Euro.

Einflussfaktoren auf die Kosten

Ausschlaggebend für die höheren Kosten sind:

• Das Herstellungsverfahren und das Ausgangsmaterial (hochreines Silizium).
• Module mit einem höheren Wirkungsgrad sind teurer wegen der zusätzlichen Beschichtungen (Passivierungsschichten, Anti-Reflex-Beschichtungen) sowie optimierten Zellstruktur.
• Eine hohe Nachfrage nach effizienten und ästhetisch ansprechenden Modulen, insbesondere für den privaten Gebrauch, beeinflusst den Preis ebenfalls.

Beispielpreise

• Hanwha Q-Cells: Ein monokristallines Solarmodul von Hanwha Q-Cells mit 395 Watt kostet zwischen 180 und 250 Euro. Diese Module sind in Deutschland weit verbreitet und bieten eine hohe Qualität und Effizienz.
• JinkoSolar: Alternative Module von JinkoSolar mit 380 Watt liegen im Bereich von 150 bis 200 Euro.
• SunPower Maxeon 6: Hochleistungsmodelle wie das Maxeon 6 von SunPower mit 440 Watt können sogar 350 Euro kosten.​

Wie funktionieren monokristalline Solarmodule?

Die Funktionsweise monokristalliner Solarmodule beruht auf der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mittels des photovoltaischen Effekts. Trifft das Sonnenlicht auf die Solarzellen, werden dadurch die Elektronen in Bewegung gesetzt. Diese Bewegung lässt den Strom entstehen. Außerdem sorgen die hohe Reinheit und einheitliche Kristallstruktur des Siliziums dafür, dass sich die Elektronen effizienter bewegen:

Reines Silizium hat sehr wenige Verunreinigungen und Defekte im Siliziumgitter, die als Hindernisse für die Elektronenbewegung wirken könnten. Außerdem besteht monokristallines Silizium aus einem einzigen Kristall, weshalb es auch keine Korngrenzen gibt – wie sie beispielsweise in polykristallinem Silizium vorkommen. Ohne diese Verunreinigungen, Korngrenzen oder Defekte können sich die Elektronen frei durch das Material bewegen. Dadurch wird automatisch die elektrische Leitfähigkeit und Energieumwandlung verbessert. Natürlich ist die verbesserte Energieumwandlung nur ein Vorteil, der für monokristalline Solarmodule spricht.

Was sind die Besonderheiten und Vorteile monokristalliner Solarmodule?

Der größte Vorteil ist der hohe Wirkungsgrad, der zwischen 15 % und 22 % liegt.

Hoher Wirkungsgrad und Lebensdauer

Monokristalline Solarmodule zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus, der zwischen 15 % und 22 % liegt. Dies bedeutet, dass sie mehr Strom pro Flächeneinheit erzeugen können als polykristalline Module. Polykristalline Module haben typischerweise einen Wirkungsgrad von etwa 13 % bis 16 %.

Beispiel zur Leistungsfähigkeit:

• Monokristallines Modul (20 % Wirkungsgrad):
  • Erzeugt 200 Watt pro Quadratmeter.
• Polykristallines Modul (15 % Wirkungsgrad):
  • Erzeugt 150 Watt pro Quadratmeter.

Demnach erzeugen monokristalline Solarmodule 50 Watt mehr Strom pro Flächeneinheit.

Ein weiterer Vorteil ist die lange Lebensdauer.

Lebensdauer

Monokristalline Module können 25 bis 30 Jahre oder länger halten und behalten dabei einen Großteil ihrer Leistungsfähigkeit. Verglichen dazu haben polykristalline Module eine Lebensdauer von etwa 20 bis 25 Jahren und verlieren im Durchschnitt etwa 0,5 % ihrer Leistung pro Jahr, sodass sie nach 25 Jahren etwa 87,5 % ihrer ursprünglichen Leistung haben. Monokristalline Module hingegen verlieren etwa 0,3 % ihrer Leistung pro Jahr, sodass sie nach 25 Jahren etwa 92,5 % ihrer Ausgangsleistung behalten.

Beispiel zur Degradation

Stell Dir vor, Du hast zwei Solarmodule, eines monokristallin und eines polykristallin, beide mit einer Anfangsleistung von 300 Watt:

• Monokristallines Modul (0,3 % Leistungsverlust pro Jahr):
  • Nach 25 Jahren: 92,5 % der Ausgangsleistung
  • Leistung nach 25 Jahren: 300 Watt * 0,925 = 277,5 Watt
• Polykristallines Modul (0,5 % Leistungsverlust pro Jahr):
  • Nach 25 Jahren: 87,5 % der Ausgangsleistung
  • Leistung nach 25 Jahren: 300 Watt * 0,875 = 262,5 Watt

Dieses Beispiel zeigt deutlich, dass monokristalline Module auch über die Zeit hinweg weniger Leistung verlieren und somit langfristig effizienter arbeiten.

Welche Nachteile haben monokristalline Solarmodule?

Trotz ihrer vielen Vorteile haben monokristalline Solarmodule auch einige Nachteile.

• Monokristalline Solarmodule sind teurer in der Anschaffung als andere Modultypen.
• Die Züchtung der einheitlichen Siliziumkristalle verbraucht viel Energie. Untersuchungen zeigen, dass der Energieaufwand für die Herstellung monokristalliner Module zwischen 1,6 und 2,3 kWh Primärenergie pro erzeugter kWh Solarstrom liegt​. Dieser hohe Energieverbrauch beeinträchtigt die ökologische Bilanz dieser Module. Beispielsweise hat eine Studie des Fraunhofer Instituts ergeben, dass monokristalline Module in Europa etwa 2,1 Jahre benötigen, um die für ihre Herstellung aufgewendete Energie durch erzeugten Solarstrom wieder einzusparen​
• Monokristalline Module sind weniger flexibel und daher nicht für unebene Flächen oder schlecht ausgerichtete Oberflächen geeignet.
• Obwohl sie im Allgemeinen effizienter sind als andere Modultypen, können hohe Temperaturen deren Effizienz beeinträchtigen.

Monokristalline Solarmodule in Balkonkraftwerken: Wo gibt es Zusammenhänge?

Monokristalline Solarmodule werden mittlerweile auch in Balkonkraftwerken verbaut. Während sie anfangs auf große PV-Anlagen beschränkt waren, werden sie seit etwa 2015 verstärkt auch in kleineren Balkonkraftwerken verbaut. Kein Wunder: Wegen ihres hohen Wirkungsgrades sind sie dafür ideal. Die Kosten für Balkonkraftwerke mit monokristallinen Solarmodulen variieren dabei je nach Größe und Ausstattung. Ein typisches Balkonkraftwerk mit einer Leistung von 800 Watt kostet etwa zwischen 400 und 800 Euro.

Monokristalline Solarmodule: Effizienz und Langlebigkeit

Monokristalline Solarmodule sind eine effiziente und langlebige Lösung im Bereich der Solarbranche. Mit ihrem hohen Wirkungsgrad sind sie besonders für kleine Flächen nahezu perfekt geeignet. Außerdem versprechen sie über Jahre hohe Energieerträge. Das lässt die vergleichsweisen hohen Anschaffungskosten verschmerzen. Und in einem Balkonkraftwerk kannst Du Deine Stromkosten deutlich senken und so einen Beitrag zur nachhaltigen Energiegewinnung leisten.