Solarmodule: Monokristallin oder Polykristallin?

Herzlich willkommen zu diesem Vergleichsartikel über monokristalline und polykristalline Solarzellen. Immer mehr Hausbesitzer und Unternehmen interessieren sich für die Installation einer Photovoltaikanlage. Dabei stellt sich häufig die Frage nach der idealen Zelltechnologie. Soll man sich für monokristalline oder polykristalline Module entscheiden?

Diese Frage ist sehr berechtigt, denn die Wahl der Solarzellentechnologie hat Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit, die Optik und die Kosten der Anlage. In diesem Artikel werden die Vor- und Nachteile von Mono- und Polykristallin-Modulen detailliert erläutert. Sie erfahren alles über Wirkungsgrad, Aussehen, Preise und Amortisation der beiden gängigsten Solarzellentechnologien.

Zunächst werden die Herstellungsverfahren und grundlegenden Eigenschaften erklärt. Danach folgt ein Vergleich der wichtigsten Kriterien wie Wirkungsgrad, Optik und Kosten. Abschließend erhalten Sie eine Entscheidungshilfe, wann monokristalline und wann polykristalline Module die bessere Wahl für Ihr Solardach sind. So finden Sie garantiert die optimale Solarzellentechnologie für Ihr Projekt.

Was sind monokristalline Solarzellen?

Monokristalline Solarzellen werden aus einem einzigen Kristall von reinem Silizium hergestellt. Durch das spezielle Herstellungsverfahren aus einem Einkristall haben monokristalline Zellen einen sehr hohen Wirkungsgrad von bis zu 22%.

Die Zellen bestehen aus hauchdünnen Siliziumscheiben, die aus einem zylinderförmigen Silizium-Einkristall gesägt werden. Der Einkristall wird durch das Czochralski-Verfahren gewonnen, bei dem flüssiges Silizium in einem Schmelztiegel langsam abgekühlt wird während ein Saatkristall eingetaucht wird. An diesem wachsen dann die Siliziumatome in einer perfekten Kristallstruktur an.

Monokristalline Solarzellen zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:

• Hoher Wirkungsgrad von bis zu 22%
• Gleichmäßig dunkles Aussehen
• Meist quadratische Form
• Geringe Abhängigkeit der Leistung von der Temperatur
• Langlebigkeit und geringe Degradation

Was sind polykristalline Solarzellen?

Polykristalline Solarzellen bestehen aus vielen kleinen Silizium-Kristallen, die zusammengeschmolzen werden. Das Ausgangsmaterial für die Herstellung ist billigeres metallurgisches Silizium von geringerer Reinheit als bei monokristallinen Zellen.

Bei der Produktion werden kleine Kristallite gezüchtet, die zufällig angeordnet sind. Dadurch entsteht ein körniges Erscheinungsbild. Polykristalline Solarzellen zeichnen sich durch einen niedrigeren Wirkungsgrad als monokristalline Zellen aus.

Die Vorteile von polykristallinen Solarzellen liegen in der einfacheren und kostengünstigeren Herstellung. Die Rohstoffausbeute ist höher und es lassen sich größere Zellformate produzieren. Polykristalline Module zeigen eine hohe Toleranz bei Beschattung und sind unempfindlich gegenüber hohen Temperaturen. Sie eignen sich gut für große Freiflächenanlagen.

Wirkungsgradvergleich

Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel der eingestrahlten Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Er ist einer der wichtigsten Faktoren beim Vergleich von Solarzellen.

Monokristalline Solarzellen haben typischerweise einen Wirkungsgrad von 15-22%, während er bei Polykristallinen meist zwischen 13-17% liegt. Der höhere Wirkungsgrad der Monokristallinen bedeutet, dass mit der gleichen Fläche mehr Strom erzeugt werden kann.

Der Wirkungsgrad wird von mehreren Faktoren beeinflusst:

• Materialreinheit: Bei Monokristallin ist die Gleichmäßigkeit der Kristallstruktur höher, wodurch weniger Energieverluste entstehen.

• Waferdicke: Dünnere Wafer können Licht besser einfangen, erhöhen aber die Bruchanfälligkeit. Monokristalline Wafer sind dünner herstellbar.

• Oberflächenstruktur: Eine pyramidale Struktur erhöht die Lichteinfangfläche und damit den Wirkungsgrad. Sie ist bei Monokristallin leichter zu erreichen.

• Passivierung: Die Oberflächenbeschichtung reduziert Ladungsträgerverluste. Modernere Verfahren kommen eher bei Monokristallin zum Einsatz.

• Zellverbindung: Monokristalline Zellen lassen sich durch Ätzen der Oberfläche enger verbinden, was Widerstände und damit Verluste verringert.

Aussehen von Mono- und Polykristallin

Monokristalline Solarzellen haben ein einheitliches, glattes Erscheinungsbild mit gleichmäßig dunkler Oberfläche. Die Zellen sind rechteckig. Durch die geordnete Kristallstruktur reflektiert das Material das Licht gleichmäßig, was insgesamt einen edleren visuellen Eindruck hinterlässt.

Polykristalline Solarzellen haben eine körnige, unruhige Struktur mit unterschiedlichen Blautönen. Die Zellen haben abgerundete Ecken. Aufgrund der ungeordneten Anordnung der Kristalle wirkt die Oberfläche weniger homogen. Manche empfinden das Erscheinungsbild als weniger ästhetisch.

Für die Gestaltung einer Photovoltaikanlage können die Unterschiede im Aussehen der Zellen durchaus eine Rolle spielen. Während monokristalline Module aufgrund ihrer glatten Optik häufig für repräsentative Gebäude oder ästhetisch anspruchsvolle Architektur verwendet werden, sind polykristalline Solarmodule preiswerter und werden eher bei weniger exponierten Anlagen eingesetzt. Letztlich ist die visuelle Wirkung aber Geschmackssache.

Kostenvergleich

Beim Preis pro Watt Peak Leistung sind monokristalline Solarmodule in der Regel etwas teurer als polykristalline. Der Preisunterschied beträgt derzeit etwa 10-15%.

Aktuelle Preise für Module:

• Monokristalline Solarmodule kosten etwa 0,25-0,35 €/Wp
• Polykristalline Solarmodule liegen preislich bei 0,20-0,30 €/Wp

Kostentreiber

Der höhere Preis der Monokristallinen Module resultiert vor allem aus dem aufwendigeren Herstellungsprozess. Für Monokristalline Solarzellen werden Silizium-Einkristalle gezüchtet, deren Herstellung sehr energieintensiv ist. Polykristalline Zellen bestehen aus vielen kleinen Silizium-Kristallen, was kostengünstiger ist.

Allerdings ist der Preisunterschied in den letzten Jahren deutlich gesunken, da die Herstellungskosten für Monokristallin-Zellen durch technische Innovationen reduziert werden konnten. Langfristig wird der Preisvorteil der Polykristallinen weiter schmelzen.

Amortisationsdauer von mono- und polykristallinen Solarzellen

Die Amortisationsdauer gibt an, nach welcher Zeit sich die Investition in die Photovoltaikanlage durch die erzeugte Solarenergie bezahlt gemacht hat.

Bei der Amortisationsdauer von Solaranlagen spielen verschiedene Faktoren eine Rolle:

• Anschaffungskosten: Monokristalline Module sind in der Regel etwas teurer als polykristalline. Bei gleicher Anlagengröße fallen die Anfangsinvestitionen höher aus.

• Wirkungsgrad: Der höhere Wirkungsgrad von Monokristallin führt zu einer etwas höheren Stromausbeute. Pro Jahr wird mehr Solarstrom erzeugt, die Amortisation erfolgt schneller.

• Flächenbedarf: Wenn nur begrenzt Platz vorhanden ist, können auf der gleichen Fläche mehr monokristalline Module installiert werden. Der höhere Ertrag beschleunigt die Amortisation.

• Preis für Solarstrom: Einspeisevergütung und Strompreise bestimmen den Gegenwert des erzeugten Solarstroms. Je höher der Preis, desto schneller amortisiert sich die Anlage.

• Eigenverbrauch: Solarstrom, der selbst genutzt wird, erspart teuren Netzbezug. Hoher Eigenverbrauch verkürzt die Amortisationsdauer zusätzlich.

• Sonneneinstrahlung: Mehr Sonnenstunden am Standort sorgen für höhere Erträge und kürzere Amortisationszeit.

Insgesamt amortisieren sich Anlagen mit monokristallinen Modulen aufgrund des höheren Wirkungsgrads und besseren Flächennutzung tendenziell etwas schneller. Der Unterschied ist allerdings oft nicht sehr groß.

Energiebilanz

Die Energiebilanz von Photovoltaik-Modulen wird durch zwei Faktoren bestimmt: die Energierücklaufzeit und die Ökobilanz.

Energierücklaufzeit

Die Energierücklaufzeit gibt an, nach welcher Betriebszeit eines Solarmoduls die Energiemenge erzeugt wurde, die zu seiner Herstellung benötigt wurde. Bei der Produktion der Solarzellen, egal ob mono- oder polykristallin, wird Energie verbraucht. Wichtig ist, dass die Module diese Energie möglichst schnell wieder erzeugen.

Die Energierücklaufzeit von Solarmodulen liegt typischerweise zwischen 1 und 4 Jahren. Polykristalline Solarzellen schneiden hier minimal besser ab, da ihre Herstellung etwas weniger Energie benötigt. Der Unterschied ist aber gering.

Ökobilanz

Die Ökobilanz betrachtet den ökologischen Fußabdruck von Solarmodulen über ihren gesamten Lebenszyklus. Dazu zählen Rohstoffgewinnung, Produktion, Nutzung und Entsorgung.

Auch hier sind mono- und polykristalline Module nahezu gleichauf. In der Ökobilanz schneiden beide Arten deutlich besser ab als fossile Energieträger. Der Großteil der Umweltauswirkungen entsteht bei der Herstellung. Beim Betrieb produzieren die Module sauberen Solarstrom.

Flächeneffizienz

Monokristalline Solarmodule haben aufgrund ihres höheren Wirkungsgrades eine höhere Flächeneffizienz als polykristalline Module. Das bedeutet, für die gleiche installierte Leistung in kWp benötigen monokristalline Module eine geringere Dach- oder Freifläche.

Beispiel: Für eine 10 kWp Anlage werden mit Standard-Monokristallinmodulen mit 300 Wp Leistung rund 33 Module benötigt. Mit Standard-Polykristallinmodulen mit 265 Wp Leistung sind dagegen etwa 38 Module notwendig.

Die monokristallinen Module bringen also bei gleicher Leistung rund 5 Module weniger Flächenbedarf mit sich. Bei begrenzter verfügbarer Fläche, z.B. auf dem Dach, ist dies ein wichtiger Aspekt für die Entscheidung zugunsten von Monokristallinmodulen.

Schattenunempfindlichkeit

Polykristalline Solarzellen sind in der Regel weniger empfindlich gegenüber Teilverschattungen als monokristalline Zellen.

Bei monokristallinen Modulen führt schon eine kleine teilverschattete Fläche dazu, dass die gesamte Leistung des Moduls stark abfällt. Der Grund dafür ist, dass sich die Solarzellen in monokristallinen Modulen alle in Reihe schalten. Ist also nur eine Zelle verschattet, bremst diese die anderen aus.

Polykristalline Module bestehen aus vielen kleinen Kristallen, die jeweils wie eigene kleine Solarzellen wirken. Sind einige dieser Kristalle verschattet, können die anderen weiterhin Strom erzeugen. Die Auswirkung einer Teilverschattung ist daher nicht so gravierend.

Für Dächer mit Schornsteinen, Dachfenstern oder ähnlichen Verschattungsrisiken eignen sich daher eher polykristalline Module. Bei vollständig unverschatteten Dachflächen spielt die Schattenunempfindlichkeit keine Rolle.

Temperaturabhängigkeit

Monokristalline Solarzellen sind in der Regel temperaturabhängiger als polykristalline Solarzellen. Mit steigender Temperatur sinkt die Leistung von Solarzellen. Bei hohen Temperaturen büßen monokristalline Solarzellen mehr an Leistung ein als polykristalline.

Der Temperaturkoeffizient gibt an, wie stark die Leistung der Solarzellen mit zunehmender Temperatur abnimmt. Bei monokristallinen Solarzellen liegt er in der Regel zwischen -0,35 und -0,5% pro Grad Celsius Temperaturanstieg. Polykristalline Solarzellen haben einen Temperaturkoeffizienten von -0,3 bis -0,45% pro Grad Celsius.

Das bedeutet, bei einer Temperaturerhöhung um 20 Grad Celsius würde die Leistung einer monokristallinen Solarzelle mit einem Temperaturkoeffizienten von -0,4% um 8% sinken. Eine polykristalline Solarzelle mit -0,35% würde um 7% nachlassen.

Polykristalline Solarzellen sind daher oft die bessere Wahl für sehr heiße Regionen oder Anlagen mit hoher thermischer Belastung wie auf dunklen Dächern. Sie liefern bei Hitze mehr Energie als monokristalline Zellen.

Lebensdauer

Die Lebensdauer von Photovoltaikmodulen hängt von der Haltbarkeit der verwendeten Materialien ab. Sowohl mono- als auch polykristalline Solarzellen bestehen aus Silizium, das sich durch eine hohe Stabilität auszeichnet.

Bei der Herstellung von monokristallinen Zellen wird besonders reines Silizium verwendet. Die Kristallstruktur ist sehr geordnet, was die Zellen widerstandsfähiger gegen äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit macht. Dadurch haben monokristalline Module eine etwas höhere Lebensdauer von durchschnittlich 25 bis 30 Jahren.

Polykristalline Solarzellen werden aus geringer gereinigtem Silizium hergestellt. Die Kristallstruktur ist ungeordneter, was sie anfälliger für Umwelteinflüsse macht. Die durchschnittliche Haltbarkeit liegt bei 20 bis 25 Jahren.

Insgesamt sind beide Solarzellentypen aber für eine sehr lange Lebensdauer ausgelegt. Bei fachgerechter Installation und Wartung können die Module problemlos 20 bis 30 Jahre und länger Strom erzeugen. Die Unterschiede in der Haltbarkeit sind daher in der Praxis kaum relevant.

Idealer Einsatz Polykristallin

Polykristalline Solarmodule sind in den meisten Fällen die erste Wahl für Photovoltaikanlagen. Ihr günstiger Preis und die Robustheit sprechen für den Einsatz von Polykristallin.

Besonders lohnenswert sind polykristalline Solarzellen:

• Bei großen Freiflächen: Da polykristalline Module preisgünstiger sind, kann mit demselben Budget eine größere Anlage realisiert werden. Die etwas geringeren Wirkungsgrade fallen hier kaum ins Gewicht.

• Bei einfachen Dachformen: Einfache Dachflächen ohne Verschattungen und Abschattungen sind ideal für den Einsatz von Polykristallin. Hier kommen die Kostenvorteile voll zum Tragen.

• Bei knappem Budget: Der niedrigere Anschaffungspreis ermöglicht auch bei engen finanziellen Spielräumen oft schon eine solare Eigenstromerzeugung.

• Für Solaranlagen ohne Batteriespeicher: Ohne Batteriespeicher ist die Effizienz der Module zweitrangig. Hier stehen die Kosteneinsparung durch Polykristallin im Vordergrund.

• Bei hoher Flächenauslastung: Polykristalline Module ermöglichen eine sehr hohe Moduldichte pro Quadratmeter. Das senkt die spezifischen Systemkosten.

• Bei warmer Umgebung: Polykristalline Solarzellen sind in heißen Regionen monokristallinen Modulen überlegen. Ihr Wirkungsgrad bricht bei Hitze weniger ein.

Polykristalline Solarpaneele eignen sich also optimal für preisbewusste Solareinsteiger mit einfachen Dachflächen oder Freiflächenanlagen.

Idealer Einsatz Monokristallin

Monokristalline Solarzellen sind die erste Wahl, wenn es um maximale Flächeneffizienz geht. Aufgrund ihres höheren Wirkungsgrades lassen sich mit Monokristallin auf einer gegebenen Dachfläche mehr Kilowattpeak installieren als mit Polykristallin.

Deshalb eignen sich monokristalline Module besonders für kleine Dächer, Carports und Freiflächen-Anlagen, wo die verfügbare Fläche der limitierende Faktor ist. Auch für Aufdachmontagen, bei denen ästhetische Gesichtspunkte wichtig sind, punkten die schwarzen Monokristallin-Module.

Ein weiterer Einsatzbereich sind Anlagen in sonnenarmen Regionen oder stark verschatteten Lagen. Durch den Effizienzvorteil lassen sich trotz ungünstiger Bedingungen gute Erträge erzielen. Auch bei hohen Temperaturen büßen Monokristallin-Zellen weniger an Leistung ein.

Schließlich empfehlen sich monokristalline Module für Anlagen, die einen sehr hohen Eigenverbrauchsanteil erreichen wollen. Der Mehrertrag durch die höhere Effizienz kommt hier voll zum Tragen. Die höheren Investitionskosten amortisieren sich durch die Ersparnis beim Strombezug.

Insgesamt punktet Monokristallin also überall da, wo es auf jeden Quadratmeter ankommt. Der höhere Preis wird durch mehr Ertrag und ästhetische Vorteile aufgewogen.

Fazit

Sowohl monokristalline als auch polykristalline Solarmodule haben ihre Berechtigung und Stärken. Die Wahl hängt von den jeweiligen Gegebenheiten wie verfügbarer Fläche, ästhetischen Ansprüchen und Kosten ab.

Polykristalline Module sind in der Regel günstiger, aber haben einen etwas niedrigeren Wirkungsgrad. Dafür sind sie in der Flächennutzung effizienter. Wenn Platz knapp ist, etwa auf dem Dach, können mit Polykristallin mehr Module installiert werden. Sie vertragen auch Verschattung und hohe Temperaturen besser.

Monokristalline Module sind teurer, erreichen aber einen höheren Wirkungsgrad. Bei begrenzter verfügbarer Fläche ist ihre Energieausbeute pro Quadratmeter höher. Optisch wirken die einheitlich dunklen Zellen ansprechender. Die Lebensdauer ist etwas länger.

Für kleinere Anlagen auf Einfamilienhäusern oder bei ästhetischen Ansprüchen sind monokristalline Module ratsam. Bei Großanlagen, Carports oder Freiflächenanlagen punkten meist die kostengünstigeren polykristallinen Module.

Mit dem Solarenergie.de Photovoltaikanlagen-Rechner lässt sich am besten planen, welche Module für das eigene Projekt am sinnvollsten sind.

Monokristalline Solarmodule gegen Polycristalline Solarmodule

Hier ist eine Übersichtstabelle, die die wichtigsten Unterschiede zwischen monokristallinen und polykristallinen Solarmodulen in deutscher Sprache zusammenfasst:

Kriterium	Monokristalline Solarmodule	Polycristalline Solarmodule
Herstellung	Einzelner Siliziumkristall	Verschmolzene Kristallfragmente
Effizienz	15-20% Wirkungsgrad	13-16% Wirkungsgrad
Optik	Einheitlich schwarze Oberfläche	Bläulich-gemusterte Oberfläche
Preis	Teurer als polykristalline Module	Günstiger als monokristalline Module
Haltbarkeit	Lebensdauer von 25-30 Jahren	Lebensdauer von 25-30 Jahren
Platzbedarf	Höherer Wirkungsgrad pro qm	Geringerer Wirkungsgrad pro qm
Förderung	Kein Einfluss auf die Höhe der Förderung	Kein Einfluss auf die Höhe der Förderung
Wirkungsgrad bei Schatten	Weniger empfindlich gegenüber Verschattung	Empfindlicher gegenüber Verschattung
Wirkungsgrad bei Hitze	Behalten hohe Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen	Verlieren an Wirkungsgrad bei hohen Temperaturen
Ideal für Neubauten	Ja, aufgrund höheren Wirkungsgrads und besserer Optik	Ja, besonders bei begrenztem Budget
Ideal für Sanierungen	Ja, wenn Budget begrenzt ist und Dachfläche nicht optimal ausgerichtet ist	Ja, aufgrund niedrigerer Anschaffungskosten