Inhalt des Artikels
- Was sind monokristalline Silizium Solarzellen?
- Wie hoch ist der Wirkungsgrad von monokristallinen Solarzellen?
- Was sind die Vor- und Nachteile von monokristallinen Solarzellen?
- Wie funktioniert die Herstellung von monokristallinen Solarzellen?
- Welche Leistung haben monokristalline Solarzellen?
- Preis: Was kosten monokristalline Module?
- Was sind die Unterschiede zwischen monokristallinen und polykristallinen Solarzellen?
- Fazit
- Häufig gestellte Fragen
Inhalt
Monokristalline Solarzellen sind eine der beliebtesten und effizientesten Arten von Solarzellen auf dem Markt. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die Vor- und Nachteile, Wirkungsgrad, Leistung sowie die Kosten und Einsatzmöglichkeiten von monokristallinen Solarzellen. Am Ende des Beitrags beantworten wir noch häufig gestellte Fragen.
Was sind monokristalline Silizium Solarzellen?
Monokristalline Solarzellen sind ein Typ von Solarzellen, der aus hochreinem, einheitlich kristallinem Silizium hergestellt werden. Im Gegensatz zu polykristallinen Solarzellen, die aus vielen kleineren Siliziumkristallen bestehen, bestehen monokristalline Solarzellen aus einem einzigen Siliziumkristall. Dies führt zu einer gleichmäßigen Kristallstruktur, die entscheidend für ihren hohen Wirkungsgrad ist.
Wie hoch ist der Wirkungsgrad von monokristallinen Solarzellen?
Der Wirkungsgrad von monokristallinen Solarzellen variiert je nach Herstellungsverfahren, Technologie und Qualität der Zellen. Im Allgemeinen liegen die Wirkungsgrade von monokristallinen Solarzellen zwischen 15 % und 23 %. Einige der effizientesten monokristallinen Solarzellen können unter idealen Laborbedingungen sogar Wirkungsgrade von über 25 % erreichen.
Monokristalline Solarzellen haben damit den höchsten Wirkungsgrad im Vergleich zu anderen Solarzellen-Typen (mit Ausnahme von Multijunction-Solarzellen, die allerdings sehr teuer sind und nur in sehr speziellen Märkten wie z. B. Raumfahrt eingesetzt werden). Mehr über die Wirkungsgrade, Eigenschaften, sowie Vor- und Nachteile anderer Solarzellen-Typen, finden Sie in diesem Artikel.
Welche Faktoren beeinflussen den Wirkungsgrad von monokristallinen Solarzellen?
- Qualität des Siliziums: Hochreines, einkristallines Silizium ermöglicht höhere Wirkungsgrade, da es weniger Verunreinigungen und Kristallgrenzen aufweist, die den Elektronenfluss behindern könnten.
- Technologische Verbesserungen: Technologien wie PERC (Passivated Emitter Rear Cell) und HJT (Heterojunction Technology) können den Wirkungsgrad weiter steigern. Diese Technologien verbessern die Lichtabsorption und reduzieren elektrische Verluste.
- Zellendesign: Verbesserungen im Zellendesign, wie die Verwendung von Mehrfachverbindungen und bifazialen Designs (die Licht von beiden Seiten der Zelle nutzen), tragen ebenfalls zur Steigerung des Wirkungsgrades bei.
- Bedingungen vor Ort: Der Wirkungsgrad von Solarzellen wird auch von Umgebungsfaktoren wie Temperatur, Sonneneinstrahlung und Ausrichtung der Module beeinflusst. Hohe Temperaturen und diffuse Lichtverhältnisse können den Wirkungsgrad reduzieren.
Was sind die Vor- und Nachteile von monokristallinen Solarzellen?
Vorteile von monokristallinen Solarzellen:
Hoher Wirkungsgrad: Monokristalline Solarzellen haben einen der höchsten Wirkungsgrade aller derzeit verfügbaren Solartechnologien, typischerweise zwischen 15 % und 23 %. Einige Spitzenmodelle erreichen sogar Wirkungsgrade von über 25 % unter Laborbedingungen.
Lange Lebensdauer: Diese Zellen sind bekannt für ihre Langlebigkeit. Sie haben eine Lebensdauer von bis zu 50 Jahren, wobei sie im Durchschnitt nur etwa 0,5 % bis 0,8 % ihrer Leistung pro Jahr verlieren.
- Hohe Leistungsdichte: Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades erzeugen monokristalline Solarzellen mehr Strom pro Flächeneinheit als andere Arten von Solarzellen. Dies macht sie ideal für Anwendungen, bei denen der Platz begrenzt ist, wie zum Beispiel auf Dächern von Einfamilienhäusern.
- Geringer Platzbedarf: Die höhere Effizienz führt zu einem geringeren Platzbedarf, da weniger Module benötigt werden, um dieselbe Menge an Energie zu erzeugen wie bei polykristallinen oder Dünnschicht-Solarzellen.
- Attraktive Optik: Monokristalline Solarzellen haben eine gleichmäßige, dunkelblaue bis schwarze Färbung, die von vielen als ästhetisch ansprechend empfunden wird.
- Gutes Schwachlichtverhalten: Sie zeigen im Allgemeinen eine bessere Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen (z.B. an bewölkten Tagen) im Vergleich zu polykristallinen Zellen.
Nachteile von monokristallinen Solarzellen:
- Hohe Kosten: Monokristalline Solarzellen sind teurer in der Herstellung und Anschaffung als polykristalline und Dünnschicht-Solarzellen. Dies liegt an dem aufwendigen Herstellungsverfahren und dem Einsatz von hochreinem Silizium.
- Hoher Energieaufwand bei der Herstellung: Die Herstellung von monokristallinen Solarzellen ist energieintensiv, was zu einer längeren energetischen Amortisationszeit führt. Es dauert also länger, bis die Energie, die zur Herstellung benötigt wurde, durch den erzeugten Solarstrom wieder eingespart ist.
- Leistungsabfall bei hohen Temperaturen: Monokristalline Solarzellen neigen dazu, bei hohen Temperaturen einen größeren Leistungsabfall zu haben als andere Solarzellentypen. Dies kann ihre Effizienz in heißen Klimazonen beeinträchtigen.
- Anfälligkeit für Verschattung: Diese Zellen sind empfindlicher gegenüber Teilverschattung, was bedeutet, dass wenn ein Teil des Moduls verschattet ist, die gesamte Leistungsfähigkeit des Moduls deutlich reduziert werden kann.
Zusammengefasst:
Monokristalline Solarzellen sind besonders geeignet für Anwendungen, bei denen der Platz begrenzt ist und hohe Effizienz erforderlich ist, wie zum Beispiel bei privaten Hausdachanlagen oder bei Anwendungen, bei denen eine ansprechende Optik wichtig ist. Trotz ihrer höheren Kosten und des höheren Energieaufwands bei der Herstellung bieten sie durch ihren hohen Wirkungsgrad und ihre lange Lebensdauer viele Vorteile. Bei der Entscheidung für oder gegen monokristalline Solarzellen sollten jedoch auch die spezifischen Bedingungen und Anforderungen des jeweiligen Einsatzbereichs berücksichtigt werden.
Wie funktioniert die Herstellung von monokristallinen Solarzellen?
Hier eine kurz zusammengefasste Beschreibung, wie monokristalline Solarzellen hergestellt werden:
- Reinigung des Siliziums: Rohsilizium wird aus Quarzsand gewonnen und zu hochreinem Silizium gereinigt.
- Herstellung des Einkristalls: Das gereinigte Silizium wird geschmolzen und im Czochralski-Verfahren zu einem einkristallinen Stab (Ingot) gezogen.
- Schneiden der Wafer: Der Einkristall wird in dünne Scheiben (Wafer) geschnitten.
- Dotierung und Bearbeitung: Die Wafer werden chemisch behandelt und dotiert (das Einbringen von Fremdatomen in Halbleitermaterialien), um ihre elektrischen Eigenschaften zu verbessern und mit Antireflexbeschichtungen und Metallleitungen versehen.
- Zusammenbau der Module: Mehrere Solarzellen werden zu einem Solarmodul verschaltet, gerahmt und mit Schutzglas versehen.
Welche Leistung haben monokristalline Solarzellen?
Die Leistung von monokristallinen Solarzellen variiert je nach Größe und Qualität des Moduls, der eingesetzten Technologie und den Bedingungen vor Ort. Im Allgemeinen liegen die Leistungswerte monokristalliner Solarmodule zwischen 250 Watt (W) und 600 W pro Modul. Hier sind einige wichtige Aspekte und typische Werte zur Leistung monokristalliner Solarzellen:
- Kleine Module: Kleinere monokristalline Module für den Einsatz in kleineren Anwendungen, wie z.B. für Wohnmobile oder kleinere Solaranlagen, bieten typischerweise Leistungen zwischen 50 W und 200 W.
- Standardmodule: Die meisten auf dem Markt erhältlichen monokristallinen Solarmodule für Dachanlagen haben Leistungswerte zwischen 300 W und 400 W. Diese Module sind weit verbreitet und bieten ein gutes Verhältnis zwischen Kosten, Größe und Leistung.
- Hochleistungsmodule: Hochleistungsmodule, die oft für größere Installationen oder spezielle Anwendungen verwendet werden, können Leistungswerte von 400 W bis über 600 W erreichen. Solche Module nutzen häufig fortschrittliche Technologien wie PERC (Passivated Emitter Rear Cell) oder HJT (Heterojunction Technology).
Faktoren, die die Leistung beeinflussen
- Sonneneinstrahlung: Die Leistung eines Solarmoduls hängt direkt von der Menge der verfügbaren Sonneneinstrahlung ab. Mehr Sonneneinstrahlung bedeutet mehr erzeugte Energie.
- Temperatur: Hohe Temperaturen können die Leistung von Solarzellen reduzieren. Monokristalline Solarzellen haben typischerweise einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass ihre Effizienz bei steigenden Temperaturen abnimmt.
- Verschattung: Selbst kleine Schatten können die Leistung von monokristallinen Solarzellen erheblich beeinträchtigen, da diese Module besonders empfindlich gegenüber Teilverschattung sind.
- Ausrichtung und Neigung: Die Ausrichtung und der Neigungswinkel der Solarmodule beeinflussen ebenfalls die Menge des einfallenden Sonnenlichts und damit die erzeugte Leistung. Optimal ist eine Ausrichtung nach Süden mit einem Neigungswinkel von etwa 30-40 Grad in Mitteleuropa.
Beispiele: Hersteller für monokristalline Solarmodule und ihre Leistungsdaten
- Hersteller Jinko Solar mit ihrem Modul Tiger Pro: 530 W Leistung und 21,4 % Wirkungsgrad
- Hersteller REC mit ihrem Modul Alpha: 450 W Leistung und 21,3 % Wirkungsgrad
- Hersteller LONGI Solar mit ihrem Modul Hi-MO 5: 540 W Leistung und 21 % Wirkungsgrad
- SunPower/Maxeon mit ihrem Modul Maxeon 6 AC: 440 W Leistung und 22,5 % Wirkungsgrad
- Trina Solar mit ihrem Modul Vertex S+: 450 W Leistung und 22,5 % Wirkungsgrad
Preis: Was kosten monokristalline Module?
Die Kosten für monokristalline Solarmodule variieren je nach Hersteller, Modulleistung und spezifischen technologischen Eigenschaften. Im Allgemeinen liegen die Preise für monokristalline Solarmodule im Bereich von etwa 260 bis 500 Euro pro Kilowattpeak (kWp).
1. Durchschnittliche Kosten
Pro Modul: Ein einzelnes monokristallines Solarmodul kostet typischerweise zwischen 100 und 250 Euro, abhängig von der Leistung des Moduls und der Marke.
Pro kWp: Der Preis pro Kilowattpeak (kWp) liegt zwischen 260 und 500 Euro. Diese Kosten umfassen die Module selbst, nicht aber Installation und zusätzliche Hardware wie Wechselrichter und Montagesysteme .
2. Kostenfaktoren
Hersteller: Asiatische Hersteller, insbesondere aus China, bieten in der Regel günstigere Preise als europäische oder amerikanische Hersteller aufgrund geringerer Produktionskosten und höherer Produktionsvolumen.
Technologie: Module mit fortschrittlichen Technologien wie PERC (Passivated Emitter Rear Cell), HJT (Heterojunction Technology) oder bifazialen Designs sind tendenziell teurer, bieten aber auch höhere Wirkungsgrade und bessere Leistungsmerkmale.
Leistung: Module mit höherer Nennleistung (z.B. 400 W und mehr) kosten mehr pro Modul, bieten aber auch eine höhere Effizienz und können langfristig kosteneffizienter sein.
Zertifizierungen und Garantien: Module, die umfangreich getestet wurden und lange Garantiezeiten bieten, können ebenfalls teurer sein.
Was sind die Unterschiede zwischen monokristallinen und polykristallinen Solarzellen?
Monokristalline und polykristalline Solarzellen sind die am häufigsten verwendeten Typen von Solarzellen in Photovoltaikanlagen. Daher fragen sich viele Leser:innen, was die wesentlichen Unterschiede der beiden Solarzellen-Typen sind. Diese stellen wir hier kurz vor:
Monokristalline Solarzellen werden aus einem einzigen, reinen Siliziumkristall hergestellt. Das Silizium wird geschmolzen und zu einem einkristallinen Stab geformt, der dann in dünne Scheiben gesägt wird. Dieses Verfahren ist als Czochralski-Verfahren bekannt und führt zu einer gleichmäßigen Kristallstruktur.
Polykristalline Solarzellen entstehen durch das Gießen von geschmolzenem Silizium in einen Block, der beim Abkühlen viele Kristalle bildet. Dieser Prozess ist einfacher und kostengünstiger, führt jedoch zu einer weniger einheitlichen Struktur.
Monokristalline Solarzellen haben einen höheren Wirkungsgrad, typischerweise zwischen 18 % und 23 %, mit Spitzenwerten über 25 %. Polykristalline Solarzellen erreichen Wirkungsgrade zwischen 15 % und 18 %.
Monokristalline Module kosten zwischen 262 und 504 Euro pro Kilowattpeak (kWp). Polykristalline Module sind günstiger und liegen zwischen 85 und 180 Euro pro kWp.
Monokristalline Solarzellen sind dunkelblau bis schwarz und haben eine einheitliche Optik. Polykristalline Solarzellen sind bläulich und zeigen sichtbare Kristallgrenzen.
Monokristalline Solarzellen eignen sich besonders für Anwendungen mit begrenztem Platz und hohen Effizienzanforderungen. Sie sind ideal für Wohnhäuser und gewerbliche Gebäude. Polykristalline Solarzellen sind kostengünstiger und eignen sich besser für größere Installationen wie Freiflächenanlagen.
Zusammengefasst bieten monokristalline Solarzellen eine höhere Effizienz und ansprechende Optik, sind jedoch teurer. Polykristalline Solarzellen sind kostengünstiger, erfordern jedoch mehr Platz und bieten eine geringere Effizienz.
Fazit
Monokristalline Solarzellen sind eine der beliebtesten und effizientesten Arten von Solarzellen auf dem Markt. Sie bieten hohe Wirkungsgrade von 15 % bis 23 %, lange Lebensdauer und gute Leistung bei schwachem Licht, was sie ideal für Dachinstallationen macht. Trotz höherer Kosten und energieintensiver Herstellung bieten sie durch ihre Effizienz und Langlebigkeit viele Vorteile. Sie sind besonders geeignet für Anwendungen mit begrenztem Platz und hohen ästhetischen Ansprüchen, wie bei privaten Hausdachanlagen.
Häufig gestellte Fragen
Welche Solarmodule sind am effizientesten?
Die effizientesten Solarmodule sind derzeit monokristalline Solarmodule. Sie erreichen Wirkungsgrade von 15 % bis 23 %, mit einigen Modellen, die unter Laborbedingungen sogar über 25 % erreichen.
Welche Solarmodule halten am längsten?
Monokristalline Solarmodule haben in der Regel die längste Lebensdauer unter den verschiedenen Arten von Solarmodulen. Sie können bis zu 25 bis 30 Jahre und oft sogar länger zuverlässig Strom erzeugen. Hersteller bieten häufig Garantien von 25 bis 30 Jahren auf die Leistung dieser Module, was ihre Langlebigkeit unterstreicht.
Dünnschicht-Solarmodule und polykristalline Solarmodule haben ebenfalls lange Lebensdauern, jedoch nicht ganz so hoch wie monokristalline Module. Polykristalline Module haben typischerweise eine Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren, während Dünnschichtmodule etwa 10 bis 20 Jahre halten, je nach Technologie und Einsatzbedingungen.
Welche Module haben das beste Schwachlichtverhalten?
Monokristalline Solarmodule haben in der Regel das beste Schwachlichtverhalten unter den verschiedenen Arten von Solarmodulen. Ihre hohe Reinheit und homogene Kristallstruktur ermöglichen eine bessere Leistung bei schwachem oder diffusem Licht, wie es an bewölkten Tagen oder bei niedriger Sonneneinstrahlung der Fall ist
Warum werden hauptsächlich monokristalline Module auf Dächern montiert?
Monokristalline Solarmodule werden aus mehreren Gründen bevorzugt auf Dächern montiert:
- Hoher Wirkungsgrad: Monokristalline Module haben die höchsten Wirkungsgrade (15-23 %), was mehr Strom auf kleiner Fläche ermöglicht.
- Langlebigkeit: Sie sind sehr langlebig und haben eine Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren mit langen Garantiezeiten.
- Ästhetik: Ihre einheitliche dunkelblaue bis schwarze Färbung wird als ästhetisch ansprechend empfunden.
- Besseres Schwachlichtverhalten: Sie funktionieren effizienter bei schwachem Licht, was sie ideal für Regionen mit wechselhaftem Wetter macht.
- Platzersparnis: Der höhere Wirkungsgrad bedeutet, dass weniger Platz benötigt wird, um die gleiche Menge an Energie zu erzeugen.
Welche Art von Solarmodulen ist die beste?
Die beste Art von Solarmodulen hängt von den spezifischen Anforderungen ab:
- Monokristalline Solarmodule sind ideal für hohen Wirkungsgrad und ästhetische Optik, besonders bei begrenztem Platz. Sie sind effizienter, aber teurer.
- Polykristalline Solarmodule sind kostengünstiger und gut für große Installationen geeignet, wo Platz keine Rolle spielt. Sie bieten eine gute Effizienz zu einem niedrigeren Preis.
- Dünnschicht-Solarmodule sind flexibel und leicht, ideal für unkonventionelle Flächen wie gebogene Oberflächen. Sie sind jedoch weniger effizient und eignen sich besser für spezielle Anwendungen.
