3 verschiedene Solarmodule im Vergleich

Solarmodule: Diese unterschiedlichen Arten an PV-Modulen gibt es

3 verschiedene Solarmodule im Vergleich

Quelle: pixabay/Klaus-Uwe GerhardtAuch wenn sie sich alle sehr ähnlich sehen, unterscheiden sich die verschiedenen PV-Modularten doch im Detail

In jeder Photovoltaik-Anlage wandeln Solarmodule Sonnenenergie in Strom um. Die verschiedenen Arten von PV-Modulen unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht voneinander.

In diesem Beitrag erfahren Sie nicht nur, was genau Solarmodule sind, sondern auch deren Auau und Funktion. Außerdem erklären wir, wo PV-Module verbaut sind und geben einen Überblick über die verschiedenen Arten von PV-Modulen.

Was sind Solarmodule?

Eine Photovoltaikanlage besteht aus verschiedenen Solarmodulen. Jedes einzelne Modul setzt sich wiederum aus vielen einzelnen Solarzellen zusammen. Diese übernehmen die eigentliche Arbeit einer Photovoltaikanlage, nämlich die Gewinnung von Strom aus Sonnenenergie.

Eine Solarzelle setzt sich aus drei Schichten Halbleitermaterial zusammen. In der Regel handelt es sich bei diesem Material um Silizium. Die Ober- und Unterschichten sind gewollt mit Phosphor- und Bor-Atomen verunreinigt. Dazwischen befindet sich eine Grenzschicht.

Trifft Sonnenlicht auf eine Solarzelle, wird ein Photon – ein Wechselwirkungsteilchen, das auch unter der Bezeichnung Lichtteilchen bekannt ist – aufgenommen. In den Halbleitern löst sich dadurch ein Elektron.

Durch die gewollte Verunreinigung werden die Schichten unterschiedlich geladen.

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Die Elektroden, also die negativ geladenen Teilchen, sammeln sich auf der einen Seite, die Protonen, also die positiv geladenen Teilchen, auf der anderen Seite.

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Durch die beiden so entstandenen Plus- und Minus-Pole entsteht eine Spannung. Strom kann dann fließen, weil an jeder Solarzelle jeweils an der Ober- und Unterseite ein Metallplättchen angebracht ist, welche durch ein Kabel miteinander verbunden sind. Diese Metallplättchen bestehen entweder aus Aluminium oder aus Silber.

Funktion und Auau von Solarmodulen

Solarmodule bilden das Gehäuse für die einzelnen Solarzellen. Sie schützen die Solarzellen, die in ihnen verbaut und entweder in Reihe oder parallel geschaltet sind.

Für diesen Schutz sorgen zwei oben auf dem Modul angebrachte Schichten: Eine Schicht aus gehärtetem Glas und eine Folie darunter. Diese beiden Schutzschichten können natürlich problemlos von Sonnenlicht durchdrungen werden.

Die Unterseite eines Solarmoduls besteht entweder nur aus einer Folie oder je nach Modell zusätzlich aus einer weiteren Glasscheibe.

Auf die gleich Weise, wie ein Solarmodul aus mehreren Solarzellen besteht, besteht eine Photovoltaikanlage aus mehreren Solarmodulen.

(Bild: Pixabay/272447)Photovoltaik-Anlagen gibt es mit unterschiedlichen Arten von Solarmodulen

Wo werden Solarmodule genutzt?

Ursprünglich wurden Solarmodule für die Raumfahrt entwickelt. Sie sollten Satelliten im All mit Energie versorgen. Heutzutage denken die meisten Menschen bei dem Begriff Solarmodul wahrscheinlich eher an eine private Photovoltaik-Anlage.

Lesen Sie auch: Solaranlage kaufen: Die wichtigsten Anbieter und Fakten auf einen Blick

Solarmodule kamen aber schon in vielen Alltagsgegenständen zum Einsatz, als die Nutzung der Sonnenenergie zur Energieversorgung von Häusern noch in weiter Ferne lag.

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In den 1970er Jahren waren beispielsweise Armbanduhren mit Solarzellen weit verbreitet. Auch Taschenrechner bezogen damals häufig den benötigten Strom aus kleinen, in den Geräten verbauten Solarzellen.

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Im öffentlichen Raum wurden Solarzellen schon früh in Parkautomaten und in Signalanlagen eingesetzt.

Welche Arten von Solarmodulen gibt es?

Solarmodule können nach unterschiedlichen Kriterien in verschiedene Arten unterteilt werden. Eine Art der Unterscheidung haben wir schon etwas weiter oben in unserem Artikel erwähnt, ohne sie direkt zu benennen.

Alle Solarmodule sind auf der Oberseite durch eine Glasschicht und eine darunterliegenden Folie abgedeckt. Je nachdem, woraus die Unterseite besteht, wird nach Glas-Glas- oder Glas-Folie-Modulen unterschieden.

Glas-Glas-Module haben auch auf der Unterseite eine Glasschicht. Bei Glas-Folie-Modulen befindet sich an der Unterseite lediglich eine Folie.

Eine weitere Art der Unterscheidung verschiedener Modultypen ist die Art der Montage der Photovoltaik-Anlage. Es gibt In-Dach- und Auf-Dach-Photovoltaik-Anlagen, wobei die Auf-Dach-Variante weitaus häufiger verbaut wird. Diese Solarmodule werden mithilfe eines Untergestells auf dem Dach montiert.

Demgegenüber sind die Solarmodule einer In-Dach-Photovoltaik-Anlage in das Dach integriert. Sie dienen also nicht nur der Energiegewinnung, sondern auch der Dacheindeckung, da darunter keine Dachziegel benötigt werden. Aus diesem Grund sind In-Dach-Module auch teurer als Auf-Dach-Module.

Zu guter Letzt unterscheiden sich die Arten von Solarmodulen noch nach der verwendeten Technologie. Zwei häufig verwendete Varianten sind Dickschicht-Solarzellen und Dünnschicht-Solarzellen. Bei Dünnschicht-Solarzellen wird geschmolzenes Silizium auf einen Träger aufgedampft. Diese Module sind günstig, da nur wenig Material gebraucht wird.

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Dickschicht-Solarzellen weisen im Vergleich dazu einen höheren Wirkungsgrad auf. Diese Gruppe von Solarzellen wird zusätzlich in monokristalline und polykristalline Solarzellen unterteilt.

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Der Unterschied zwischen diesen beiden Varianten liegt darin, das polykristalline Solarzellen aus mehreren kleinen Siliziumkristallen bestehen, während monokristalline Solarzellen lediglich aus einem großen Siliziumkristall gefertigt werden.

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Monokristalline Solarzellen sind teurer, bieten dafür aber den höchsten Wirkungsgrad.

Источник: https://efahrer.chip.de/solaranlagen/solarmodule-diese-unterschiedlichen-arten-an-pv-modulen-gibt-es_102437

Solarmodule

3 verschiedene Solarmodule im Vergleich

Die Solarmodule lassen sich in Dünnschichtmodule sowie kristalline Module unterscheiden. Diese wiederum gibt es in der monokristallinen und der polykristallinen Ausfertigung.

All diese Solarmodulvarianten weisen differente Wirkungsgrade und Lebensdauern auf und unterscheiden sich hinsichtlich der Solarmodulgröße wie auch des Preises, so dass eine diesbezügliche Gegenüberstellung sinnvoll erscheint:

SolarmodulartWirkungsgradLebensdauerKostenBenötigte Fläche für 1 kWp
Monokristalline Solarmodule11 bis 20 %bis 30 Jahreca. 0,70 €/Wp6 bis 9m²
Polykristalline Solarmodule7 bis 18%bis 30 Jahreca. 0,65 €/Wp7 – 10m²(ca. +10 % gegenüber monokristallin)
Dünnschicht Solarmodule6 bis 8%bis 20 Jahreca. 0,75 €/Wp10-15m²(ca. +50 % gegenüber monokristallin)

Diese drei genannten Solarmodularten sind die häufigsten in Deutschland verwendeten Produkte.

Daneben gibt es noch organische Solarmodule, welche zwar mit einem Wirkungsgrad von rund 8 % und einem Preis von 1 € / Wp überzeugen, dafür jedoch eine durchschnittliche Lebensdauer von fünf Jahren haben und deshalb nicht konkurrenzfähig sind.

Solarmodule mit Galliumarsenid weisen zwar mit 30 % den höchsten Wirkungsgrad auf, sind jedoch mit 1.000 € / Wp unerschwinglich.

Einzig Solarmodule mit Cadmiumtellurid, welche hinsichtlich des Preises, der Lebensdauer und des Wirkungsgrads an Dünnschicht Solarmodule angelehnt sind, können eine echte Alternative darstellen.

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Betrachtet man sich obige Tabelle, so kommt man zu der Auffassung, dass es hinsichtlich der Amortisationszeit Diskrepanzen bei den verschiedenen Solarmodularten geben muss. Diese zu vergegenwärtigen, ist ein zentrales Element der Photovoltaik Planungsphase, um eine fundierte Entscheidung für oder wider die einzelnen Solarmodularten zu fällen:

MonokristallinPolykristallinDünnschicht
Vorhandene Dachfläche100 m²100 m²100 m²
Installierbare kWp12 kWp11 kWp6 kWp
Anschaffungspreise Solarmodule8.400 €7.150 €4.500 €
Investitionskosten gesamt10.500 €8.950 €5.650 €
Erzielbare Einspeisevergütung pro Jahrca. 1.400 €ca. 1.300 €ca. 700 €
Amortisationszeitca. 7,5 Jahreca. 7 Jahreca. 6,5 Jahre

Tatsächlich ist es also so, dass sich die differenten Anschaffungskosten der unterschiedlichen Solarmodule gegen die damit erzielbaren Einspeisevergütungen aufheben und eine annähernd gleiche Amortisationszeit erreicht wird.

Deshalb sollte man zur Entscheidung, welche Solarmodulart am besten geeignet ist, die eigenen Dachgegebenheiten heranziehen und die Vor- und Nachteile der verschiedenen Solarmodule miteinander in einen Vergleich setzen.

Einsatzgebiete der verschiedenen Solarmodule

Je nach Art der Solarzellen werden Solarmodule für unterschiedliche Einsatzzwecke genutzt, so dass stets das Optimum aus den Solarzellen herausgeholt werden kann. Monokristalline Module werden besonders gerne bei Dachflächen eingesetzt, die nur eine geringe Fläche für die Installation einer PV Anlage zur Verfügung stellen.

Aufgrund des vergleichsweise hohen Wirkungsgrads kann trotz geringer Dachfläche ein ansehnlicher Solarertrag erzielt werden. Polykristalline Module dagegen eignen sich besonders gut für sehr große Dachflächen. Sie haben zwar einen geringeren Wirkungsgrad, sind jedoch auch in der Anschaffung etwas günstiger.

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Gerade, wenn große Flächen mit ihnen ausgestattet werden sollen, gleichen die günstigeren Anschaffungskosten den geringeren Ertrag wieder aus.

[/attention]Dünnschichtmodule sind sehr leicht und sie zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität aus. Das ist einer der Gründe, warum diese Solarzellen gerne auf beweglichen Materialien angebracht werden.

Durch die extrem schmale Gestaltung lassen sich Dünnschichtmodule auch auf Bereichen anbringen, auf denen andernfalls aufgrund statischer Probleme die PV Installation nicht möglich wäre.

Vorteile der verschiedenen Solarmodule

Monokristalline Solarmodule zeichnen sich dadurch aus, dass sie einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad zwischen 14 und 18 Prozent haben, was aktuell einer der besten Werte für Solarmodule ist, die sich genauso Otto-Normal-Verbraucher leisten kann. Auch die Lebensdauer ist mit 30 Jahren recht hoch, zumal viele Hersteller eine Garantie über zehn Jahre gewähren.

Polykristalline Solarmodule lassen sich an der kristallinen Struktur erkennen. Sie kommen in den allermeisten Fällen zum Einsatz, da sie preiswerter, als monokristalline Solarzellen sind. Dafür muss hier jedoch mit einem etwas geringeren Wirkungsgrad gerechnet werden.

Dies liegt daran, dass weniger reines Silizium für die Herstellung verwendet wird. Die Lebenserwartung ist mit 30 Jahren aber ebenfalls recht lang. Dünnschichtmodule, auch als kristalline Dünnschichtmodule bekannt, zeichnen sich durch ihre flache Form aus.

Sie weisen eine Silizium-Schicht auf, die gerade einmal zwei Mikrometer dünn ist. Dadurch wird deutlich weniger Silizium für die Herstellung benötigt, was ebenso dazu führt, dass die Dünnschichtmodule preislich sehr interessant sind. Derzeit können die Leistungsgrade, die bei etwa acht Prozent liegen, jedoch noch nicht überzeugen.

Weiterhin versucht die Solarindustrie neue Module und Solarzellen zu entwickeln. Organische Solarzellen beispielsweise werden zunehmend entwickelt. Bisher ist jedoch noch keine Möglichkeit gefunden, um diese mit einer akzeptablen Lebensdauer auszustatten, so dass sich die Massenproduktion bis dato nicht lohnt.

Auch bandgezogene Solarzellen, Cadmium-Tellurid-Module oder GaAs-Halbleiter-Solarzellen werden erforscht, sind aber für den breiten Markt bisher noch nicht zugänglich.

Fazit zu polykristallinen Solarzellen

Polykristalline Solarzellen weisen einen extrem hohen Marktanteil auf. Sie machen etwa 50 Prozent aller verbauten Solarmodule aus. Grund dafür sind die geringeren Kosten, die durch eine vereinfachte Herstellung gewährleistet werden. So gibt es folgende Vorteile, die eindeutig für die polykristalline Solarzelle sprechen:

  • wenige Abfallprodukte durch quadratische Form der Solarzellen
  • durch die geringeren Abfälle eine positive Umweltbilanz
  • vereinfachtes Herstellungsverfahren
  • kostengünstigere Halbleiter, da Silizium auch mit kleinen Verunreinigungen genutzt werden kann
  • einfachere Herstellung sorgt für geringeren Energieverbrauch während selbiger

Allerdings stehen diesen Vorteilen auch einige Nachteile gegenüber, die nicht außer Acht gelassen werden sollten:

  • es wird weniger reines Silizium verwendet
  • dadurch entstehen Kristallstrukturen, die das Licht brechen
  • dies führt zu einem verringerten Leistungsgrad von derzeit etwa 15 Prozent

Allerdings stellt sich aufgrund des geringeren Leistungsgrads die Frage, wieso die polykristallinen Solarzellen dennoch so begehrt sind. Diese Frage ist recht leicht zu beantworten.

Polykristalline Solarzellen werden nämlich besonders häufig auf sehr großen Dächern verwendet. Dort kommt es nicht ganz so sehr auf die Leistungen des einzelnen Solarmoduls an, da die Fläche ausreichend groß ist.

Die polykristallinen Solarzellen können dabei kostengünstig von vielen namhaften Herstellern bezogen werden.

Fazit zu monokristallinen Solarzellen

Bis zu maximal 20 Prozent, je nach Hersteller und Gegebenheiten, kann der Wirkungsgrad betragen. Das liegt vor allen Dingen an dem hochreinen Silizium, das für die Herstellung verwendet wird.

Letztendlich ist bei monokristallinen Solarmodulen noch damit zu rechnen, dass sie ihren Wirkungsgrad verringern, wenn nur diffuses Licht herrscht oder sie nicht optimal nach Süden ausgerichtet sind.

Auch ist zu berücksichtigen, dass ihre Herstellung aufwändig und teuer ist und viel Energie verbraucht.

Die Umweltbilanz ist für diese Solarzellen entsprechend weniger positiv, die höheren Wirkungsgrade gleichen aber vieles wieder aus.

Fazit zu Dünnschichtmodulen

Über viele Jahre hinweg war der deutsche Photovoltaikmarkt von zwei Solarzellen geprägt: Der monokristallinen und der polykristallinen Solarzelle. Seit einigen Jahren kommt jedoch eine neue Technik auf, die der Dünnschichtmodule. Sie zeichnen sich durch eine extrem geringe Dicke und ein ebenso geringes Gewicht aus. Das führt zu Vorteilen, darunter etwa:

  • geringerer Verbrauch von Halbleitern bei der Herstellung
  • stark automatisierte Herstellungsprozesse, so dass große Mengen Dünnschichtmodule in kürzester Zeit hergestellt werden können
  • stark verringerte Anschaffungspreise
  • geringes Gewicht, so dass Dünnschichtmodule auch für PV Anlagen auf älteren oder weniger belastbaren Dächern installiert werden können
  • vergleichsweise geringer Leistungsverlust bei diffusem Licht und Verschattungen
  • vergleichsweise geringer Leistungsverlust bei hohen Temperaturen
  • hohe Flexibilität der Dünnschichtmodule
  • erhältlich auch in unkonventionellen Abmessungen
  • hohe Ästhetik, unter anderem durch verschiedene Farbgebungen, wie Schwarz, ein dunkles Grün oder ein bräunlicher Ton

Neben den oben genannten Vorteilen der Dünnschichtmodule ist auch der Umweltgedanke zu nennen, dem diese Module gerecht werden. Durch den geringen Ressourcenverbrauch, sowie vergleichsweise wenig Energie, die für die Herstellung aufgebracht werden muss, kann der Umweltgedanke schon durch das Herstellungsverfahren berücksichtigt werden.

Es gibt jedoch auch einige Nachteile. Diese sind beispielsweise im Wirkungsgrad zu sehen, der bei Dünnschichtmodulen bei allerhöchstens zehn Prozent liegt und damit deutlich hinter den übrigen Solarzellen zurück bleibt.

Damit braucht man fast die doppelte Dachfläche, um mit Dünnschichtmodulen den gleichen Ertrag, wie mit kristallinen Solarzellen zu erreichen.

Weiterhin sind Dünnschichtmodule in aller Regel rahmenlos gefertigt, was zwar die höhere Flexibilität zulässt und auch eine positive Wirkung auf die Reinigung von Verschmutzungen hat, jedoch genauso einen Nachteil bietet: Durch die fehlende Rahmenkonstruktion sind Dünnschichtmodule nicht ganz so stabil, so dass die Montage etwas schwerer fallen kann.

Источник: https://www.rechnerphotovoltaik.de/photovoltaik/technik/solarmodule

Photovoltaik-Module im Vergleich

3 verschiedene Solarmodule im Vergleich

Als Herz einer Photovoltaik-Anlage wandeln die Solarmodule, kurz: Module genannt, das Licht der Sonne in Strom um. Das Material, aus dem die Module gemacht sind, nimmt großen Einfluss auf ihre Leistung. Ebenso die Herstellungsweise. Unser PV-Modul-Vergleich zeigt, wie sich die vier gängigen Photovoltaik-Module in Material, Fertigung, Leistung und Preis unterscheiden.

Photovoltaik-Module im Vergleich © scanrail, fotolia.com

Was ist ein Solarmodul?

Die kleinste Einheit einer Photovoltaik-Anlage, die die Lichtenergie der Sonne in elektrische Energie (Elektrizität, elektrischen Strom) umwandelt, ist die Solarzelle.

Solarzellen Auau

Praktisch kommen einzelne Solarzellen eher selten zum Einsatz, meist verbindet man sie zu Gruppen: sogenannten Solarmodulen oder Solarpanels. Von denen wiederum bildet eine größere Anzahl das Herz der Photovoltaik-Anlage.

Das Modul ist demnach eine Art Gehäuse, also sowohl eine mechanische Befestigungsmöglichkeit als auch ein Schutzsystem für die Solarzellen.

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So ein Modul besteht beispielsweise aus einem Profil aus dem Leichtmetall Aluminium, das sich mit passendem Material auf dem Dach befestigen lässt, und einer lichtdurchlässigen Glasscheibe als Abdeckung. Neben den Solarzellen beherbergt das Solarmodul auch elektrische Anschlüsse.

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Die Solarzellen im Solarmodul sind elektrisch miteinander verbunden. Diese Verbindung wird auch Verschaltung genannt. Es gibt zum Verschalten der Solarzellenmehrere Methoden:

  • Gängig ist die sogenannte Reihenschaltung (auch Serienschaltung genannt): Hierzu schaltet man die einzelnen Solarzellen in Reihe, so dass der erzeugte elektrische Strom nacheinander durch alle Solarzellen fließt, wobei sich deren Einzelspannung zu einer höheren Spannung summiert. Ein Beispiel: 72 Solarzellen mit einer Einzelspannung von einem halben Volt kommen so auf eine Ausgangsspannung von 36 Volt. Die Reihenschaltung ist insbesondere für kleinere PV-Anlagen vorteilhaft.
  • Gruppen von Solarzellen, die in Serienschaltung mit einander verbunden sind, können parallel (Parallelschaltung) geschaltet werden, so dass die Stromstärke in Summe steigt, was bei teilweise verschatteten Modulen für einen höheren durchschnittlichen Ertrag sorgt.

Die Verschaltung von Solarzellen

Auch für die Verschaltung der Solarmodule haben sich die Methoden Reihenschaltung und Parallelschaltung bewährt, häufig kombiniert man sogar beide Methoden, indem mehrere Module in Serie zu einem sogenannten String und mehrere solcher Strings parallel verschaltet werden.

4 gängige Solarmodul-Typen im Vergleich

Die Photovoltaik hat sich in den vergangenen zweieinhalb Jahrzehnten zu einer Massentechnologie gemausert, die sich stetig fortentwickelt. Ständig kommen neue PV-Module auf den Markt, die bessere Leistungen und eine höhere Lebensdauer mitbringen als ihre Vorgängermodelle. Die Leistung der PV-Module wird als ihr elektrischer Wirkungsgrad beziffert, wobei gilt:

Der elektrische Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis von erzeugter beziehungsweise abgegebener elektrischer Leistung und einfallender Lichtleistung.

Wissen sollten Sie, dass der Wirkungsgrad der zum Einsatz kommenden Solarzellen etwas höher ist als der des PV-Moduls. Der Grund für den Leistungsunterschied ist der: Selbst eine hochentspiegelte, lichtdurchlässige Abdeckung reflektiert das auftreffende Sonnenlicht zum Teil, so dass es nicht im vollen Umfang zu den Solarzellen hindurchdringt.

Wirkungsgrad von Solarmodulen

4 Modultypen für PV-Dachanlagen

Der Wirkungsgrad der PV-Module wird maßgeblich davon bestimmt, aus welchem Rohstoff sie beschaffen sind und wie sie gefertigt wurden. Folgende vier PV-Modultypen für Dachanlagen sind derzeit gängig:

  1. monokristalline PV-Module
  2. polykristalline PV-Module
  3. Dünnschicht-PV-Module (auch einfach nur Dünnschichtmodule genannt)
  4. CIGS-PV-Module (auch einfach nur CIGS-Module genannt)

Polykristallin und Monokristalline Module: Das Silizium wird anders auereitet

1. Monokristalline PV-Module – Eigenschaften, Vor- und Nachteile

Monokristallinen PV-Modulen werden mit bis zu zwanzig Prozent die bislang höchsten Wirkungsgrade zugeschrieben. Sie werden in aufwendigen Verfahren aus dem Halbleitermaterial Silizium gefertigt, indem einkristalline Stäbe aus geschmolzenem Silizium (sogenannte Siliziumschmelze) gezogen werden.

Die Stäbe (Einkristalle) werden zu Scheibchen zersägt, so dass so genannte Wafer entstehen. Eine häufige Form für monokristalline Solarzellen ist ein Quadrat mit abgerundeten Ecken (auf Englisch: „square round“). Monokristalline Silizium-Solarmodule sind dunkelblau bis schwarz gefärbt und wirken optisch äußerst glatt und eben. Man beziffert ihre Lebensdauer auf gut drei Jahrzehnte.

Ein PV-Modul aus monokristallinen Solarzellen bringt je nach Format acht bis sechszehn Kilogramm auf die Waage. Damit hat es erheblich mehr Gewicht, als beispielsweise ein Dünnschicht-PV-Modul (siehe unten).

Dem hohen Wirkungsgrad der monokristallinen Module stehen vergleichsweise hohe Kosten und der hohe Energieverbrauch gegenüber, der bei der aufwendigen Züchtung der Siliziumkristalle anfällt – beides schlägt sich im hohen Preis für diesen Modultyp nieder.

2. Polykristalline PV-Module – Eigenschaften, Vor- und Nachteile

Polykristalline Solarmodule sind einfacher und günstiger als monokristalline herzustellen. Dazu wird die Siliziumschmelze in Blöcke gegossen, die dann zu Wafern gesägt werden. Beim Abkühlen bilden sich zahlreiche kleine Siliziumkristalle verschiedener Größen.

Der Siliziumanteil der polykristallinen PV-Module ist deshalb insgesamt geringer, so dass ihr Wirkungsgrad mit Werten zwischen zwölf und sechszehn Prozent kleiner ausfällt als der von monokristallinen Modulen.

Auch Verunreinigungen sowie Energieverluste, die an den Grenzschichten der einzelnen kleinen Kristalle oft auftreten, mindern den Wirkungsgrad der polykristallinen PV-Module.

Sonderform polykristalliner PV-Module

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Sogenannte quasi-monokristalline Solarmodule verwenden ebenfalls polykristallines Silizium.

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Das wird jedoch mit einem speziellen Verfahren so ausgerichtet, dass die Kristallgitter sämtlicher Siliziumkristalle die gleiche Orientierung besitzen.

Auf diese Weise haben quasi-monokristalline PV-Module einerseits fast dieselben Eigenschaften wie monokristalline, können andererseits jedoch günstiger produziert werden.

Zwischenfazit: mono- vs. polykristalline PV-Module

Gibt es Probleme mit dem Platz auf dem Solardach oder gar mit dessen Statik, sind monokristalline PV-Module wegen des höheren Wirkungsgrades die bessere Wahl – gleichwohl sie teurer sind. Haben Sie dagegen ausreichend Platz auf dem Dach und keine Statikprobleme, können Sie zu den günstigeren polykristallinen PV-Modulen greifen.

Für die Wahl der Solarzellen spielt auch die verfügbare Fläche eine RolleHINWEIS: Kristalline PV-Module in der Praxis
Kristalline Solarzellen sind weit verbreitet, denn sie punkten mit hohen und weiter steigenden Wirkungsgraden und fallenden Kosten. Und sie bringen auch unter weniger günstigen Strahlungsbedingungen effektive Leistung. Stefan Glunz, Leiter der Abteilung Entwicklung und Charakterisierung von Siliziumsolarzellen am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg schreibt kristallinen Siliziumzellen weiterhin eine dominierende Rolle zu.Photovoltaik Module: Polykristallin oder MonokristallinPV-Module mit Solarzellen auf einem Hausdach © Dr. N. Lange © fotolia.com

3. Dünnschicht-PV-Module – Eigenschaften, Vor- und Nachteile

Dünnschicht-PV-Module werden auch amorphe (flexible) Module genannt.

Zu ihrer Herstellung wird ein Trägermaterial mit einer dünnen Schicht (Dünnschicht) aus amorphem oder kristallinem Silicium bedampft beziehungsweise besprüht (alternativ Leitermaterialien: Cadmium-Tellurid/CdTe, Gallium-Arsenid/GaAs, Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid/CIGS oder Farbstoffe wie bei Grätzelzellen oder Farbstoffzellen). Weil dabei sehr viel weniger Silizium zum Einsatz kommt, als bei den mono- und polykristallinen PV-Modulen ist die Fertigung der Dünnschichtmodule besonders preisgünstig möglich – was sich auch im Verkaufspreis niederschlägt. Das ist auch ein Grund dafür, dass der Marktanteil der Dünnschicht-PV-Module stetig wächst. Aber: Der Wirkungsgrad der Dünnschicht-PV-Module bewegt sich mit sechs bis zehn Prozent auch deutlich unter dem von mono- oder polykristallinen PV-Modulen. Dafür sind flexible Dünnschichtmodule echte Leichtgewichte. Zudem liefern sie selbst bei schwachem oder diffusem Lichteinfall und vergleichsweise hohen Temperaturen noch gute und konstante Solarstromerträge. Verschattungen wirken sich bei Dünnschichtmodulen weniger kritisch aus.

Dünnschicht Module: Eventuell sinnvoll bei großer Fläche

Zwischenfazit: Dünnschicht-PV-Module vs. kristalline PV-Module

Dank ihrer geringeren Anfälligkeit bei sich verändernden Licht- und Temperaturverhältnissen, ihres geringen Gewichts und ihrer leichteren und günstigeren Fertigung sind Dünnschicht-PV-Module überall dort vorteilhaft im Einsatz, wo keine optimalen Bedingungen herrschen. Sie können demnach auch auf Dachflächen installiert werden, die nicht direkt gen Süden zeigen, oder auf flachen Solardächern. Dünnschicht-PV-Module eignen sich daher auch zum Einsatz in sehr großen Anlagen mit sehr vielen Modulen.

HINWEIS: Dünnschicht-PV-Module in der Praxis
Dort, wo viel Leistung auf wenig Fläche gefragt ist, haben es Dünnschicht-PV-Module schwerer als kristalline. Deshalb werden in Deutschland eher kristalline Siliziumpaneele verbaut, denn die erzeugen pro Quadratmeter Fläche so viel mehr Strom, dass der Preisnachteil gegenüber Dünnschicht-Modulen mehr als ausgeglichen wird. Dünnschicht-Module rechnen sich dafür eher auf großen Industrie- und Gewerbedächern oder im Freiland, denn dort herrscht kein Platzmangel. Dank Flexibilität und Leichtgewicht lassen sich Dünnschichtmodule auch eher als stromerzeugende Fenster oder Fassaden in die Gebäudehülle einbauen.

4. CIGS-PV-Module – Eigenschaften, Vor- und Nachteile

Vom US-amerikanischen Hersteller Solyndra kamen seit 2009 dünnschichtige PV-Module im Hochpreissegment: sogenannte röhrenförmige Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-PV-Module, kurz: CIGS-PV-Module.

Die Solarzellen hatten röhrenförmige Absorber aus gewickelten CIGS-Folien in Glasröhren, die optisch Solarthermie-Kollektoren ähneln und direkte wie indirekte Sonnenstrahlung von allen Seiten einfangen konnten.

Bei indirektem Licht wie reflektierendem Schnee zeigen CIGS-PV-Module Ihre Stärke

Kam zudem eine weiße Reflektor-Folie auf die Dachfläche, reflektierte auch diese noch Sonnenlicht, so dass die Leistung des CIGS-PV-Moduls steigt. Diese Reflektor-Folie wurde von den PV-Modulen allerdings teils verschattet.

Zudem konnte sie unter dem Einfluss von Wind und Wetter verschmutzen, was den Mehrertrag der Folie minderte. Aber: Praktische Tests zeigten, dass CIGS-PV-Module von Solyndra im Winter oftmals leistungsfähiger waren als kristalline PV-Module.

Der Grund: Der weiße Schnee diente den PV-Modulen als extra Reflektionsfläche für das Sonnenlicht.

Wegen ihres vergleichsweise geringen Gewichts eignen sich CIGS-Module auch für statisch nicht so belastbare Dächer wie Flachdächer. Die röhrenförmige Beschaffenheit der CIGS-PV-Module macht diese zudem weniger anfällig für Schmutz, da dieser von den Röhren abrutscht und zwischen ihnen durchfällt. Solyndra-CIGS-PV-Module kamen auf Wirkungsgrade von bis zu 15 Prozent.

Wichtig zu Wissen: Solyndra meldete im September 2011 Konkurs an. Mehr dazu steht hier (auf Deutsch) und hier (nur auf Englisch).

Fazit: CIGS-PV-Module vs. Dünnschicht-PV-Module vs. kristalline PV-Module

Der Wirkungsgrad der CIGS-PV-Module liegt deutlich über dem von Dünnschicht-PV-Modulen, kommt jedoch noch nicht ganz an den Wirkungsgrad der leistungsfähigeren kristallinen PV-Module heran.

Dafür müssen Sie – anders als bei kristallinen Modulen – bei CIGS- und Dünnschicht-PV-Modulen nur mit geringeren Leistungseinbußen bei schwachem Licht und hohen Temperaturen rechnen. Die CIGS-PV-Module spielen ihre Vorteile besonders bei Winterwetter aus.

Dafür sind sie allerdings die bislang teuersten PV-Module im Vergleich, was die folgende Tabelle gut veranschaulicht:

Monokristalline, polykristalline, Dünnschicht- und CIGS-PV-Module im Vergleich

ZelltypVorteileNachteile
polykristalline Solarmodule
  • preiswerte Fertigung
  • lang erprobte Technik
  • lange Lebensdauer
  • sehr geringe Störanfälligkeit
  • gegenüber monokristalliner Technologie geringerer Wirkungsgrad (12 – 16 %)
  • entsprechend höherer Flächenbedarf (6-7m2/kWp)
  • Einbußen bei diffusem Licht und hohen Temperaturen
  • höheres Gewicht pro Quadratmeter
monokristalline Solarmodule
  • hoher Wirkungsgrad (14 – 20 %)
  • geringerer Flächenbedarf(5-6 m2/kWp )
  • unterschiedliche Farben möglich
  • lang erprobte Technik
  • sehr geringe Störanfälligkeit
  • teure Fertigung
  • höheres Gewicht pro Quadratmeter
  • Einbußen bei diffusem Licht und hohen Temperaturen
Dünnschicht-Module
  • preiswerte Herstellung
  • geringer Rohstofedarf
  • temperaturbeständig
  • flexibles Trägermaterial
  • geringer Wirkungsgrad (6 – 10 %)
  • teilweise in schwerer Glas/Glas Sandwichtechnologie
  • hohe Anfangsdegradation
CIGS-Solarmodule
  • mittlerer Wirkungsgrad (12 – 15 %)
  • kaum Einbußen bei diffusem Licht und hohen Temperaturen
  • niedriges Gewicht
  • geringe Störanfälligkeit
  • teure Fertigung
  • keine Langzeiterfahrung

Источник: https://www.solaranlage-ratgeber.de/photovoltaik/photovoltaik-technik/photovoltaik-module-im-vergleich

Modul-Typen im Vergleich: Dünnschicht oder Dickschicht?

3 verschiedene Solarmodule im Vergleich

Dickschicht- und Dünnschichtmodule gleichen sich zwar wie Schwestern – aber nicht wie Zwillinge aus dem selben Ei.
Manche Unterschiede lassen sich schon mit dem freiem Auge erkennen oder mit den bloßen Fingern ertasten. Andere wiederum werden erst unter dem Röntgenblick der modernen Quantenphysik sichtbar.

Differenzen im Großen – Gestalt, Gewicht und Aussehen

Was Dünn- und Dickschichtmodule grundlegend unterscheidet, sind die verwendeten Solarzellen:

  • Dickschicht-PV-Module bestehen aus kristallinen Solarzellen.
  • Dünnschicht-Module bauen auf Zellen auf, die meist aus hauchdünnen Schichten Cadmium-Tellurid (CdTe) oder Kupferkies (CIS) gefertigt sind; auch organische Solarzellen aus Kohlenwasserstoffverbindungen zählen zu ihnen.

Dickschicht-Module:In deren Kern wandeln kristalline Solarzellen Licht in Strom um.

Gefertigt werden die Zellen entweder aus besonders reinem monokristallinen oder weniger hochwertigem polykristallinen Silizium. Dafür sägt man rund 0,2 Millimeter dicke Scheiben (Wafer) aus massiven Siliziumblöcken (Ingots).

Die 15 × 15 Zentimeter großen Wafer verarbeiten die Hersteller dann zu Solarzellen weiter: Sie reichern sie z.B. gezielt mit Fremdatomen an, um ihre Leitfähigkeit anzupassen (Dotierung); und sie beschichten sie mit einer Antireflexschicht, um die Lichtnutzung zu verbessern.

Danach werden 40 bis 100 meist vorsortierte Zellen zu einer elektrischen Einheit zusammen geschaltet.

Diese wird anschließend noch in mehrere Schichten eingebettet – vom Abdeckglas auf der Vorderseite über die Laminierung bis hin zur Rückseitenfolie.

Die „Verpackung“ stellt sicher, dass möglichst viel Licht zu den Zellen gelangt (optisches Abdeckglas) – und sie schützt vor mechanischen und atmosphärischen Einflüssen.

Das gewährleistet eine Lebensdauer von mindestens 20 bis 40 Jahren.

Dünnschicht-PV-Module:
Dünnschichtmodule ihrerseits bestehen aus rund 80 bis 150 Dünnschicht-Solarzellen.

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Diese werden nicht aus einem Block gesägt, sondern hauchdünn auf ein Trägermaterial aufgedampft – in der Regel bruchfestes Glas mit einer Stärke von 1 bis 2 Millimetern.

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Die lichtempfindliche Solarzellenschicht ist nur rund 1 bis 5 Mikrometer dick, d.h. rund hundert Mal dünner als die von kristallinen Zellen; deshalb die Bezeichnung Dünnschichtzellen.

Diese dünnen Solarzellen werden gleich beim Aufdampfen miteinander verschaltet (integrierte Verschaltung), d.h. die Verschaltung wird gleich mit aufgedampft.
Anders als bei Dickschicht-Modulen ist hierfür kein eigener Arbeitsschritt notwendig – zusammen mit dem rund hundert Mal geringeren Materialbedarf ist das der Hauptgrund für den niedrigeren Preis.

  • Dickschicht-Module kosten gegenwärtig 750 bis 1.600 Euro;
  • Dünnschichtmodule 500 bis 1.200 Euro (3. Quartal 2020, schlüsselfertig installiert).

Die PV-Module selbst machen nur rund 35 bis 50% des Gesamtpreises einer Photovoltaikanlage aus.
Der Rest der Kosten verteilt sich die Montage und andere Systemkomponenten (siehe Auau von Photovoltaikanlagen – Verkabelung, Wechselrichter, Unterbau).

Die folgende Tabelle zeigt die aktuellen Preise für kristalline PV-Module (Stand 3. Quartal 2020, Quelle PVXchange; um die Systempreise zu erhalten, müssen die Modulpreise mit dem Faktor 3 bis 5 multipliziert werden).

Modul-KlassePreis pro kWp in €
[3. Quartal 2020]Trend seit
Jan.

2020 [%]

Hocheffizienz-Module (>280 Wp)0,31-3,1
Module – Rahmen/Folie schwarz
(All-Black 200-275 Wp)
0,33+-0,0
Standard-Module
(250-275 Wp)
0,22-12,0
Module minderer Qual.
B- u.

Insolvenz-Ware)

0,15-11,8

Dünn- und Dickschicht-Module und ihre beiden Gesichter

Dünnschichtmodule im Nadelstreif
– ein sehenswerter Auftritt © First Solar

Die Unterschiede im Auau und in der Solarzellentechnologie geben den beiden Modultypen ihren Namen, ihre eigene Gestalt – und ihr typisches Aussehen.

Dickschichtmodule sind rund 1 × 1,5 Meter groß, etwa 3 bis 4 Zentimeter dick und von einem kräftigen Alu- oder Stahlrahmen eingefasst.Im Mittel wiegen sie zwischen 15 und 25 Kilo.

Auf der verglasten Vorderseite ist zumeist eine quadratische Struktur zu erkennen – hier werden die einzelnen kristallinen Solarzellen sichtbar. Im Licht schimmern die Module bläulich bis dunkelgrau und schwarz.

Dünnschichtmodule hingegen sind in der Regel kleiner (0,6 × 1,2 – 1,6 Meter), weniger als 1 Zentimeter dick und meist rahmenlos.Sie wiegen im Mittel zwischen 10 und 20 Kilo, sind also spürbar leichter.

Außerdem ist ihr Erscheinungsbild homogener: Die lichtzugewandte Seite zeigt sich weniger strukturiert, auch wenn manche Dünnschichtmodule ein dezentes Nadelstreif-Muster aufweisen.

Farblich erscheinen sie dunkelbraun bis schwarz, manchmal auch grün.

Details zur Herstellung und zum Auau
von Dünn- und Dickschicht-PV-Modulen finden Sie hier.

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Die Art der verwendeten Solarzellen ist verantwortlich für die Abweichungen der beiden Modultypen im Auau und in der Gestalt.
Der Ursprung dieses Unterschieds wurzelt aber tiefer – in der Funktionsweise der Solarzelle.

Solarzellen und PV-Module sind ausgelegt, Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umzuwandeln – der definiert ist als ein gerichteter Fluss freier, geladener Elektronen.

Damit Strom fließt, braucht es also freie Elektronen.

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In der Photovoltaik soll zur Erzeugung dieser freien Elektronen das Sonnenlicht genutzt werden – daher müssen diese Elektronen durch Sonnenstrahlen, genauer: durch die Energiepakete des Lichts – die Photonen oder Lichtquanten – erzeugt werden.
Möglich wird das durch die Verwendung des richtigen Materials – von Halbleitern wie Silizium. Halbleiter sind Werkstoffe, die ihre elektrische Leitfähigkeit verändern, wenn Licht auf sie fällt.

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Die Quantenphysik erklärt den Vorgang so: Halbleiter bestehen aus einem mehr oder weniger gleichmäßigen Kristallgitter.
Zusammengehalten wird es von Elektronenpaaren.

Fällt Licht auf den Halbleiter, stoßen manche der Elektronen mit den Energiebündeln des Lichts zusammen. Die Energie des Quants oder Photons geht dabei auf das getroffene Elektron über.

Ist die Energie groß genug, werden die Elektronen aus ihrer festen Verbindung gerissen: Sie sind frei und können als Strom fließen.

Weniger frei hingegen ist die Energie des Lichtquants: Sie wurde eingefangen, in der Physik wird dies als „Absorption“ bezeichnet.

Der Vorgang als ganzer ist als „innerer Photoeffekt“ bekannt.

Sie wollen mehr über Halbleiter wissen?
Hier finden Sie die wichtigsten Antworten.

Direkte, indirekte Halbleiter & die Schichtstärke

Zur Absorption von Lichtquanten benötigen Halbleiter nur hauchdünne Schichtstärken.

Bei der kristallinen Silizium-Solarzelle beispielsweise genügen rund 10 Mikrometer (0,01 Millimeter), um den größten Anteil nutzbarer Photonen einzufangen.

Die restlichen 0,19 Millimeter der durchschnittlich 0,2 Millimeter dünnen kristallinen Solarzelle dienen zwar der Stabilität – für die Erzeugung von Solarstrom aber sind sie letztendlich überflüssig.

Die Solartechnik ist deshalb bestrebt, Solarzellen noch dünner zu fertigen.
Bei kristallinen Solarzellen scheitert das bisher allerdings an der Sägetechnik.

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Mit den verwendeten Drahtsägen können Wafer bisher nicht feiner als in Scheiben von (immerhin nur) 0,18 Millimetern Dicke gesägt werden.

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Alternative Technologien wie Laser-Schneidetechniken oder „intelligentes Schneiden“ in Streifen oder Stäbchen haben es bis dato nicht zur kommerziellen Reife gebracht.

Gegenwärtig lassen sich Dünnschicht-Solarzellen nur mit Hilfe von Abscheideverfahren auf Trägerschichten realisieren.
Hierfür hat sich eine Gruppe von Materialzusammensetzungen als besonders qualifiziert erwiesen – die „direkten Halbleiter“ wie Cadmium-Tellurid, CIS, Galliumarsenid, amorphes Silizium (a-Si) oder Kohlenwasserstoffverbindungen (organische Halbleiter).

Direkte Halbleiter als effiziente Lichtfalle

Direkte und indirekte Halbleiter: Der Unterschiedaus dem Blickwinkel der QuantenpyhsikZum Vergrößern bitte anklicken!

© lehrbuch-photovoltaik.de

Was unterscheidet direkte von indirekten Halbleitern wie Silizium?
Es sind ihre optischen Eigenschaften – konkret: Ihre besondere Fähigkeit, Lichtquanten einzufangen.

Indirekte Halbleiter tun sich dabei etwas schwerer.
Bei ihnen genügt es nicht, dass die Photonen die Elektronen aus ihren festen Bindung reißen – frei werden diese erst, wenn ihnen die Schwingung des Kristallgitters zusätz­lich noch den richtigen Impuls mitgibt.

Bei direkten Halbleitern ist dies nicht erforderlich – die Elektron können einfacher (direkt) aus ihren Bindungen gelöst und befreit werden.

Letztlich heißt das: Die Lichtquanten müssen in direkte Halbleiter nicht so tief eindringen, um absorbiert zu werden (= sie haben einen höheren Absorptionskoeffizienten).
Wie groß die Unterschiede zwischen direkten und indirekten Halbleitern sind, zeigt nachstehende Tabelle (Werte gemessen bei einer Licht-Wellenlänge von 0,6 µm – Quelle: Mertens, Photovoltaik, 2011, S. 78).

HalbleiterHalbleiter – TypSolarzelle – TypEindringtiefe [µm]Absorptionskoeffizient [Anzahl/cm]
Silizium (c-Si)indirektDickschicht2,54.000
CdTedirektDünnschicht0,337.000
GaAsdirektDünnschicht0,247.000
amorphes Silizium (a-Si)direktDünnschicht0,2540.000

Dickschicht oder Dünnschicht? Individuelle PV-Berechnung für Ihr Dach

Teil II

Dick- und Dünnschichtmodule im Vergleich: Stärken und Schwächen

Die beschriebenen physikalischen bzw. optischen Eigenschaft machen direkte Halbleiter zum idealen Werkstoff für Dünnschicht-Module. Solarzellen und die Module können damit extrem dünn ausgeführt werden.

Gemeinsam mit dem anders gearteten Auau trägt dieser Unterschied wesentlich dazu bei, dass die beiden Modultypen unterschiedliche Stärken aufweisen – insbesondere bezogen auf die folgenden fünf Qualitätsmerkmale:

Im Einzelnen:

Haltbarkeit, Montage & Energierücklaufzeit

Dünnschicht-Module sind dünner, leichter und kleiner als kristalline Module.Das hat seine Vorteile: Bei der Handhabung bspw. und wenn der Dachstuhl nur eine geringe Zusatzlast tragen kann.

Außerdem lagert sich auf den meist rahmenlosen Paneelen weniger Schmutz ab – der Wartungsaufwand ist geringer.

Der fehlende Rahmen verringert jedoch die Stabilität, sodass Dünnschicht-Module schwieriger und aufwendiger zu montieren sind.Nicht selten sind zwei quer zueinander verlegte Montageschienen notwendig, was den Gewichtsvorteil aufhebt.

Auch die Abstimmung mit dem Wechselrichter – ein entscheidender Faktor für einen hohen Ertrag – gestaltet sich komplizierter: Nicht alle Wechselrichter sind mit Dünnschichtmodulen kompatibel; vielfach können nur Wechselrichter mit Trafo eingesetzt werden – und diese sind wieder weniger effizient.

Degradation
Unterlegen sind Dünnschicht-Module ihren dicken Gegenstücken außerdem in Bezug auf den Leistungsverlust über die Nutzungsdauer, die Degradation.

Das betrifft zum einen die bei ihnen stark ausgeprägte Anfangsdegradation; allerdings ist sie in die Leistungsangaben des Datenblatts bereits einkalkuliert.

Dünnschichtmodule weisen aber auch eine höhere altersbedingte Degradation auf (0,1-0,3% pro Jahr bei kristallinen Modulen, 0,3 bis 0,5% bei Dünnschicht-Paneelen)

Ökologische Aspekte & Energierücklaufzeit

Energierücklaufzeit: Dünnschichtmodule im VorteilZum Vergrößern bitte anklicken!

© Daten ISE-Fraunhofer, eigene Darstellung

Dünnschichtmodule sind in Bezug auf die Verfügbarkeit und die Ge­fährlichkeit der verwendeten Materialien problematischer als Dickschicht-Module. Das Tellur der CdTe-Zellen gehört ebenso zu den begrenzten Ressourcen wie das Indium der CIS-Module.

Cadmium ist zudem ein giftiges Schwermetall. In CdTe-Modulen geht es aber eine sehr stabile Verbindung mit Tellur ein und kommt nur in winzigen Mengen vor (wenige Gramm pro Quadratmeter). Eine sehr hohe Recyclingquote von über 95% verbessert die Ökobilanz dieses Modultyps zusätzlich.

Hinzu kommt, dass sich Dünnschicht-Module im Allgemeinen und CdTe-Module im Besonderen durch eine geringe Energierücklaufzeit auszeichnen. Im Mittel dauert es nur 1 – 2 Jahre, bis die Energie, die bei der Herstellung investiert, als Solarstrom wieder geerntet wurde.

Bei kristallinen Modulen dauert es hingegen 2-3,5 Jahre.

Schwachlichtausbeute & Verschattung: Vorteil Dünnschichtmodule?

Источник: https://photovoltaiksolarstrom.com/aufbau-photovoltaik/photovoltaikmodule/vergleich/

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