Solarmodule Vergleich: Monokristallin oder Polykristallin?

Solarmodule Vergleich: Wer über den Kauf von Solarmodulen für den Eigenbedarf nachdenkt, ist wahrscheinlich schon auf Begriffe wie monokristalline und polykristalline Solarmodule gestoßen. Diese beiden Begriffe beziehen sich auf unterschiedliche Technologien zur Herstellung von Solarzellen.

Als Elektroingenieur kenne ich beide Zelltypen und ihre industrielle und kommerzielle Verwendung ziemlich gut. Da jedoch immer mehr Solaranlagen für Privathaushalte angeboten werden, fragen mich immer mehr Leute: »Was soll ich kaufen, monokristalline und/oder polykristalline Solarmodule?«.

Um Ihnen bei der Auswahl der optimalen Lösung für Ihre Solaranlage zu helfen, habe ich den folgenden Ratgeber erarbeitet.

Was sind monokristalline Solarmodule?

Monokristalline Solarmodule sind Sonnenkollektoren, die aus monokristallinen Solarzellen oder, wie die Industrie sie nennt, aus Wafern hergestellt werden.

Monokristalline Solarmodule bestehen aus Solarzellen, die aus einem einzigen Siliziumkristall geschnitten sind. Diese Eigenschaft verleiht ihnen ein einheitliches schwarzes Aussehen, das die Anwender zu schätzen wissen. Da sie aus einem einzigen Siliziumkristall hergestellt sind, weisen diese Zellen weniger Verunreinigungen auf. Dadurch können sie in Umgebungen mit großer Hitze und wenig Licht besser wirken.

Im Allgemeinen werden diese Solarmodule aufgrund ihrer schwarzen Farbe, ihres höheren Wirkungsgrads und ihrer eleganten Ästhetik als besonders hochwertige Solarmodule angesehen.

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Wie werden monokristalline Solarmodule hergestellt?

Im Labor wird ein Siliziumkristall zu einem zylindrischen Block, einem sogenannten Ingot, gezüchtet, der in dünne Scheiben geschnitten wird. Jede Scheibe wird an den Kanten geschnitten, um ein Achteck zu bilden – die endgültige Form einer Solarzelle.

Dies ist wichtig, denn wenn die Solarzellen in das Solarmodul eingesetzt werden, hilft die Achteckform, eine maximale Anzahl von Solarzellen auf einer bestimmten Fläche unterzubringen.

Infolgedessen ist der Herstellungsprozess für monokristalline Zellen verschwenderischer als die Alternativen. Die Ecken, die von den Siliziumscheiben abgeschnitten werden, um zellenförmige Scheiben herzustellen, haben keine weitere Verwendung.

Dadurch wird die Herstellung dieser Paneele auch teurer, und dieser Preisunterschied wird an den Käufer weitergegeben.

Was sind polykristalline Solarmodule?

Polykristalline Solarmodule werden ebenfalls aus Siliziumkristallen hergestellt. Allerdings wird in diesem Fall nicht ein einzelner Kristallblock verwendet, sondern viele Siliziumfragmente werden miteinander verschmolzen, um Plättchen für das Panel zu bilden.
Dieses Herstellungsverfahren verleiht polykristallinen Paneelen eine tiefblaue Farbe.

Wenn man sie aus der Nähe betrachtet, sieht man, dass die Struktur und die Farbe ungleichmäßig sind, was auf die Art und Weise zurückzuführen ist, wie die Siliziumstücke miteinander verschmolzen werden.

Da in jeder Zelle mehr Kristalle vorhanden sind, haben die Elektronen weniger Platz, um sich zu bewegen, wodurch sie einen etwas geringeren Wirkungsgrad als monokristalline Module haben.

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Wie werden polykristalline Solarmodule hergestellt?

Zur Herstellung von polykristallinen Solarzellen wird das Siliziumkristall abgekühlt und zerfällt von selbst. Diese Bruchstücke werden bei hohen Temperaturen geschmolzen und zu Würfeln geformt, die dann in dünne Scheiben geschnitten werden. Bei diesem Verfahren erhalten wir also nicht einen einzigen Siliziumkristall, sondern viele verschiedene Kristalle, die zu Scheiben geformt und geschnitten werden.

Man kann dies mit gebackenen Kartoffelchips vergleichen: aus ganzen Kartoffeln geschnitten und aus Kartoffelbrei hergestellt, der gepresst und zu einheitlichen Chips geformt wird.

Das polykristalline Verfahren ermöglicht die Herstellung von mehr Zellen aus der gleichen Menge an Rohstoffen. Außerdem fällt bei dieser Technologie weniger Abfall an, da nichts abgeschabt oder weggeworfen werden muss. Alle Rohstoffe werden für die Herstellung verwendet.

Da die Herstellung von polykristallinen Zellen weniger anspruchsvoll ist als die von monokristallinen Zellen, ist das Endprodukt auch für den Endverbraucher kostengünstiger.

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Monokristalline vs. polykristalline Solarmodule im Vergleich

Vergleichen wir nun diese beiden Arten von Solarmodulen in den Kategorien, die für Endverbraucher am wichtigsten sind.

Anschaffungskosten

Monokristalline Solarmodule verwenden Solarzellen mit hohem Reinheitsgrad und erfordern ein insgesamt komplexeres Herstellungsverfahren. Das macht sie teurer als polykristalline Module.  Hausbesitzer vergessen jedoch oft, dass ein Solarsystem auch noch andere Kosten verursacht, die bei beiden Paneeltypen in etwa gleich hoch sind. Da wären zunächst einmal der Solarwechselrichter, die elektrische Absicherung, die Verkabelung, die Montage auf dem Dach, der Arbeitsaufwand sowie die Genehmigungen und Inspektionen.

Polykristalline Solarmodule kosten weniger, sind aber auch weniger effizient. Das bedeutet, dass Sie mit monokristallinen Modulen eine bessere Rendite erzielen können, insbesondere wenn Sie durch die Anzahl der Module eingeschränkt sind.

Wirkungsgrad

Monokristalline Solarmodule haben im Allgemeinen einen höheren Wirkungsgrad als polykristalline Solarmodule. Das liegt daran, dass ihre Zellen aus einem einzigen Siliziumkristall geschnitten werden. Einfach ausgedrückt, enthält der Einkristall keine Verunreinigungen und der elektrische Strom hat weniger Widerstand, um sich durch die Zellen zu bewegen.

Aber was bedeutet Effizienz in Bezug auf Solarmodule?  Stellen Sie sich vor, Sie hätten zwei Solarzellen, eine mit einem Wirkungsgrad von 10 % und die andere mit 20 %.  Wenn Sie beide Paneele für die gleiche Dauer der gleichen Menge an Sonnenlicht aussetzen, wird das Zweite fast doppelt so viel Strom erzeugen.

Die leistungsstärksten monokristallinen Solarmodule auf dem Markt erreichen Wirkungsgrade von ca. 23 %. Die Standard-Bestseller-Modelle haben in der Regel einen Wirkungsgrad von 15 bis 20 %.

Polykristalline Solarmodule haben im gleichen Bereich Wirkungsgrade zwischen 12 % und 16 %. Letztlich ist der Unterschied zwischen diesen beiden Typen von Solarmodulen jedoch nicht so groß, vor allem wenn es sich um Produkte der mittleren Preisklasse handelt.

Aussehen

Monokristalline Solarmodule bestehen aus achteckigen Solarzellen, die aus der Ferne wie rundliche Quadrate aussehen. Da sie aus reinem Silizium bestehen, haben sie aufgrund der Wechselwirkung zwischen Licht und reinem Silizium ein einheitlich dunkles Aussehen.

Diese Art von Solarmodulen fügt sich natürlicher in dunklen Bereichen ein. Dies ist besonders wichtig, wenn die örtlichen Regeln bezüglich des Aussehens der Häuser streng sind.

Polykristalline Solarmodule hingegen haben ein gesprenkeltes blaues Aussehen, da das Sonnenlicht mit dem geschmolzenen Silizium interagiert.  Was die Ästhetik anbelangt, so ist dies wirklich eine Frage der persönlichen Vorlieben. Manche Nutzer bevorzugen ein elegantes und einheitliches Schwarz, um mit dem Dachmotiv übereinzustimmen, andere werden feststellen, dass blaue Paneele den Swimmingpool oder den Himmel über ihnen ergänzen.

Lebensdauer

Die Lebensdauer der Solarmodule wird durch die Degradationsrate oder den jährlichen Energieproduktionsverlust bestimmt.  Die meisten auf dem Markt befindlichen Solarmodule haben eine Degradationsrate von 0,3 % bis 1 %.  Das bedeutet, dass die Leistung eines Solarsystems jedes Jahr um 0,3 % bis 1 % abnimmt.

Die meisten handelsüblichen Solarmodule haben einen jährlichen Produktionsverlust von 0,3 % bis 0,8 %.  Sagen wir, es sind 0,5 %, nach 10 Jahren Betrieb wird das System mit einem Wirkungsgrad von 95 % arbeiten. Nach 20 Jahren wird das System immer noch 90 % seiner ursprünglichen Leistung erbringen, und so weiter.

Sofern keine physischen Schäden vorliegen, können monokristalline Solarmodule mehr als 40 Jahre lang betrieben werden, allerdings mit einem geringeren Wirkungsgrad. Die meisten Hersteller gewähren jedoch eine Garantie von 25 bis 30 Jahren.

Was die Lebensdauer betrifft, so können sowohl mono- als auch polykristalline Solarmodule über ihre garantierte Lebensdauer hinaus betrieben werden. Allerdings weisen polykristalline Module eine etwas höhere Degradationsrate auf.

Temperaturkoeffizient

Der Temperaturkoeffizient ist ein Maß dafür, wie Solarzellen bei heißem Wetter funktionieren. Wie Sie vielleicht noch aus dem Naturwissenschaftsunterricht wissen, erhöht Wärme den elektrischen Widerstand und erzeugt Verluste.

In dieser Kategorie haben monokristalline Solarzellen einen Vorteil, da ihr Temperaturkoeffizient sehr niedrig ist – zwischen -0,3 %/°C und -0,5 %/°C.

Das bedeutet, dass der Wirkungsgrad einer monokristallinen Solarzelle um 0,3 % bis 0,5 % sinkt, wenn die Temperatur um 1 Grad Celsius ansteigt.

Polykristalline Solarzellen haben einen höheren Temperaturkoeffizienten als ihre monokristallinen Kollegen, was bedeutet, dass sie bei einem Temperaturanstieg eine schwächere Leistung aufweisen.

Dies sollte man insbesondere dann bedenken, wenn man in einer warmen Region lebt.

Was sind N-Typ und P-Typ Solarzellen?

In den vorangegangenen Abschnitten haben wir die beiden gängigsten Technologien zur Verarbeitung von Rohmaterial zu Siliziumwafern behandelt – monokristallin und polykristallin.

Jetzt wird es darum gehen, wie diese Wafer weiterverarbeitet werden, um sie in funktionierende Photovoltaikzellen (PV-Zellen) zu verwandeln, die bei Lichteinfall elektrischen Strom erzeugen können.  Es gibt zwei Arten von Solarzellen, die bei diesen Prozessen entstehen: N-Typ- und P-Typ-Zellen.

P-Typ-Solarzellen

P-Typ-Zellen werden in der Regel durch Aufbringen einer Borschicht auf einen Siliziumwafer hergestellt. Da Bor ein Elektron weniger hat als Silizium, ergibt diese Kombination eine positiv geladene Zelle (P=positiv).

P-Typ-Zellen sind anfällig für lichtinduzierte Degradation (LID), die zu einem anfänglichen Leistungsabfall infolge von Lichteinwirkung führt. Jahrzehntelang war dies die gängigste Art, Solarzellen zu bauen.

N-Typ-Solarzellen

N-Typ-Zellen sind mit Phosphor dotiert, der ein zusätzliches Elektron als Silizium hat, wodurch negativ geladene Zellen entstehen (N=negativ).

N-Typ-Zellen sind immun gegen Bor-Sauerstoff-Reaktionen und werden daher nicht durch lichtinduzierte Degradation beeinträchtigt. Dies macht N-Typ-Solarzellen zu einer besseren Option, da die mit ihnen hergestellten Solarmodule während ihrer Lebensdauer langsamer abbauen.

Welchen Typ sollte man nun kaufen?

Die meisten der heute erhältlichen Paneele verwenden P-Typ-Zellen, die sich etwas schneller abbauen, aber auch nach über 30 Jahren noch eine adäquate Leistung erbringen.

Wenn man die niedrigeren Kosten der P-Typ-Module berücksichtigt, ist es in der Regel sinnvoll, sich für ein billigeres Paneel zu entscheiden, das sich etwas schneller abbaut.

N-Typ-Paneele sind wesentlich teurer und weisen in der Praxis eine etwas geringere Degradation auf.

Da die Technologie der N-Typ-Zellen Fortschritte macht, bleibt zu hoffen, dass diese Hochleistungszellen durch ihren breiten Einsatz für Hausbesitzer erschwinglicher werden.

Monokristalline Solarmodule: Anwendungsfälle

Bevor wir auf die Anwendungsfälle eingehen, sollten wir kurz die Vor- und Nachteile von monokristallinen Solarmodulen skizzieren:

Vorteile

• Hoher Wirkungsgrad
• Geringerer Platzbedarf
• Ästhetisch ansprechender
• Bessere Wärmetoleranz

Nachteile

• Relativ teuer
• Produktionsmethode verschwenderisch

Begrenzte Dachfläche

Monokristalline Module sind besser für kleinere Dächer geeignet. Sie erzeugen in der Regel mehr Strom pro Fläche, sodass man die gewünschte Wattleistung mit weniger Modulen erreichen kann, als mit polykristallinen Modulen.

Das Gleiche gilt für Bodensolarmontagen. Wenn Ihr Dach aus einem Grund nicht für Solarmodule geeignet ist – Dachfenster, Schornsteine, Giebel oder verschiedene Ebenen – müssen Sie möglicherweise eine Bodenmontage verwenden.

In diesem Fall ist es auch viel einfacher, wenn man die Aufgabe mit weniger Modulen erledigen kann.

Bereiche mit wenig Sonnenlicht

Aufgrund ihres höheren Wirkungsgrades kann ich monokristalline Module für Bereiche empfehlen, die tagsüber weniger Sonnenlicht erhalten. Zum Beispiel, wenn das Dach vormittags im Schatten eines großen Baumes liegt.

Oder wenn das Haus in der Nähe hoher Gebäude liegt, die die Sonne blockieren, sodass die Solarmodule mit dem reflektierten Licht arbeiten müssen.

In beiden Fällen bieten monokristalline Module einen besseren ROI.

Wenn höchste Effizienz gefragt ist

Wenn der Preis keine große Rolle spielt, würde ich mich ohne zu überlegen für monokristalline Module entscheiden. Mit monokristallinen Paneelen werden Kosteneinsparungen viel schneller erzielt.

Wer eine Steuergutschrift für Solarmodule oder eine der lokalen Vergünstigungen für erneuerbare Energien beantragen kann, wird der normalerweise hohe Preis für monokristalline Module erträglicher.

Heißes Wetter

Monokristalline Paneele sind das ganze Jahr über widerstandsfähiger gegen Hitzewellen oder einfach gegen heißes Wetter. Die Architektur ihrer Zellen hat einen hohen Wärmekoeffizienten, sodass die Leistungsabgabe nicht so stark von der Außentemperatur beeinflusst wird.

Wer in einer tropischen oder generell sehr warmen Umgebung lebt oder einfach viele heiße Tage im Jahr habt, für den sind monokristalline Module die bessere Wahl.

Polykristalline Solarmodule: Anwendungsfälle

Wir werden uns gleich mit den Anwendungsfällen befassen, aber zunächst wollen wir uns die Vor- und Nachteile polykristalliner Solarmodule ansehen:

Vorteile

• Viel preiswerter
• Einfachere Produktionsmethode
• Herstellungsprozess weniger verschwenderisch

Nachteile

• Mehr Platzbedarf
• Geringere Effizienz
• Bläuliche Farbe auffällig
• Weniger hitzebeständig

Reichlich Dachfläche

Polykristalline Solarmodule sind die bessere Wahl, wenn man ein großes Flachdach mit wenigen oder keinen architektonischen Elementen zur Verfügung hat, die die Anzahl oder Position der Module einschränken könnten.

Wer die Module in einem großen Garten oder auf einem Stück Ackerland aufstellen möchte, wird mit polykristallinen Solarmodulen nicht die Bank sprengen.

Viel Sonnenlicht

Wenn das Dach viel Sonnenlicht abbekommt, fährt man mit den polykristallinen Modulen langfristig besser.

Der Unterschied in der Effizienz wird durch die langen Sonnenstunden ausgeglichen. Wenn man in einer Gegend mit vielen Sonnentagen lebt, sind polykristalline Module sinnvoller.

Knappes Budget

Nehmen wir an, Sie renovieren Ihr Haus und haben bereits viel Geld für bauliche Veränderungen, neue Fußböden und die Umwandlung des Kellers in einen Partykeller ausgegeben.

Und dann möchten Sie mit einer 5-kW-Solaranlage einen Teil der Stromkosten einsparen.

Ich würde sagen, Sie entscheiden sich für polykristalline Paneele und überlegen es sich nicht noch mal. Die Technologie hinter den Photovoltaikmodulen entwickelt sich ständig weiter, und heutzutage gibt es polykristalline Solarmodule mit Wirkungsgraden, die denen von monokristallinen Modulen der Mittelklasse nahekommen.

Ästhetik nicht wichtig

Interessierte haben polykristalline Paneele oft wegen der gesprenkelten blauen Farbe, die durch den Siliziumschmelzprozess entsteht, gemieden.

Im Vergleich zu den eleganten, dunklen monokristallinen Modulen sehen polykristalline Module ein wenig kitschig und altbacken aus. Wenn das tiefe Blau jedoch optisch zu Ihrem Haus passt, spricht nichts dagegen.

Solarmodule Vergleich: Welcher Panel-Typ ist für Ihren Anwendungsfall am besten geeignet?

Letztlich sollten Sie bei der Auswahl von Solarmodulen immer Ihren speziellen Anwendungsfall berücksichtigen. Hier gibt es nicht nur einen Typ, der für alle passt!

Betrachten wir zunächst den häufigsten Fall – ein Einfamilienhaus:

Wenn Sie das Haus besitzen und nicht vorhaben, es in nächster Zeit zu verkaufen, würde ich in höherwertige monokristalline Module investieren. Dank der geringen Degradationsrate können sie über 30 Jahre lang arbeiten, ohne viel Leistung zu verlieren.

Wenn Sie hingegen daran denken, Ihr Haus eines Tages zu verkaufen, könnte ein preiswerteres polykristallines System als erneuerbare Energiequelle mehr Wert schaffen. Es kostet auf jeden Fall weniger im Voraus und kann Ihnen in der Zwischenzeit helfen, die Energierechnungen zu senken.

Betrachten wir nun ein Szenario, in dem Sie Sonnenkollektoren für ein Gewächshaus benötigen.

Die Chancen stehen gut, dass Sie viele Flachdächer haben und sich nicht zu sehr an der Ästhetik stören oder durch Platzmangel eingeschränkt sind. Für diese Zwecke sollten Sie immer zuerst polykristalline Solarmodule in Betracht ziehen. Sie sind preiswerter und Sie können so viele hinzufügen, wie Sie zur Deckung Ihres Stromverbrauchs benötigen.

Zum Schluss noch ein Blick auf Wohnmobile und Wohnwagen.

Da der Platz auf dem Dach dieser Fahrzeuge begrenzt ist, brauchen Sie jeden Zentimeter, den Sie bekommen können. Demzufolge empfehle ich in der Regel hochwertige flexible monokristalline Module, die eine höhere Leistung pro Fläche bieten.

Solarmodule Vergleich: Häufigste Fragen und Antworten

Welches Solarmodul ist besser: monokristallin oder polykristallin?

Monokristalline Paneele sind im Allgemeinen effizienter und widerstandsfähiger gegenüber Wetterextremen. Daher sind sie die bessere Wahl für heiße Regionen und Standorte, die nicht den ganzen Tag über direktes Sonnenlicht erhalten. Außerdem neigen sie dazu, sich mit der Zeit langsamer abzubauen. Allerdings sind sie auch die teurere Option.

Sind monokristalline Solarmodule lohnenswert?

Ja, monokristalline Solarmodule lohnen sich, wenn Sie Ihren Strombedarf bei begrenzter Dachfläche decken müssen. Sie sind auch die bessere Wahl, wenn Ihr Dach nicht genug Sonne abbekommt.

Welches ist das effektivste Solarmodul?

Monokristalline Paneele sind die effektivste Art von Solarmodulen. Die Spitzenprodukte erreichen einen Wirkungsgrad von 23 % und übertreffen damit alle polykristallinen Module auf dem Markt.

Was sind die Vorteile von monokristallinen Solarmodulen?

Monokristalline Solarmodule haben einen höheren Wirkungsgrad, funktionieren besser bei hohen Temperaturen und bauen sich im Laufe der Jahre langsamer ab. Außerdem haben sie ein optisch ansprechenderes Aussehen.

Welches Solarmodul ist am besten für hohe Temperaturen geeignet?

Monokristalline Solarmodule sind am besten für hohe Temperaturen geeignet. Sie haben einen niedrigen Wärmekoeffizienten, was bedeutet, dass ihr Wirkungsgrad nicht so stark abnimmt, wenn die Temperatur steigt.

Wie lange halten monokristalline Solarmodule?

Monokristalline Solarmodule haben eine Lebensdauer von mehr als 40 Jahren. Die Hersteller gewähren jedoch in der Regel eine Garantie von 25 oder 30 Jahren.

Woran erkennt man den Unterschied zwischen monokristallinen und polykristallinen Modulen?

Der Unterschied zwischen monokristallinen und polykristallinen Solarmodulen ist an der Farbe und Form der Solarzellen zu erkennen. Mono-Solarzellen sind dunkel oder schwarz und sehen wie runde, gleich große Quadrate aus. Poly-Solarzellen sind blau und sehen wie unterschiedlich große Quadrate aus.

Solarmodule Vergleich: Fazit

In diesem Vergleich zwischen monokristallinen und polykristallinen Solarmodulen wollte ich die Vor- und Nachteile der beiden beliebtesten Typen von Solarmodulen erläutern.

Es ist schwer, einen eindeutigen Gewinner auszurufen. Ich glaube, dass die meisten Hausbesitzer mit monokristallinen Solarmodulen zufriedener sind, da die Leistung an heißen Tagen nicht nachlässt.

Im Vergleich zu den weniger effizienten polykristallinen Modulen können Sie mit monokristallinen Modulen den gleichen Energiebedarf mit weniger Modulen auf dem Dach decken. Dies ist von großer Bedeutung, wenn Sie nur über eine begrenzte Dachfläche verfügen.

Wenn andererseits der Platz kein Problem darstellt und Ihr Dach viel Sonnenlicht abbekommt, sind die preiswerteren polykristallinen Module eine vernünftige Option.

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