Die Photovoltaik, also die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom, erlebt seit Jahren einen Boom. Immer mehr Hausbesitzer entscheiden sich für die Installation einer Photovoltaik-Anlage auf dem Hausdach. Bei der Wahl des passenden Modultyps gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die gängigsten Modularten für den Privathaushalt sind mono- und polykristalline Photovoltaikmodule. Diese unterscheiden sich in einigen wesentlichen Aspekten, die es vor der Installation zu berücksichtigen gilt.
In diesem Artikel werden die Technologien mono- und polykristalliner Photovoltaikmodule verglichen. Es wird erläutert, wie die Module hergestellt werden, welche Vor- und Nachteile die jeweiligen Technologien haben und für welche Anwendungsfälle sich welche Modulart am besten eignet. So lässt sich vor der Installation eine informierte Entscheidung treffen, welche Modulart für das eigene Hausdach die richtige ist.
Herstellungsverfahren
Monokristalline Photovoltaikmodule werden aus hochreinem Silizium hergestellt. Durch kontrolliertes Abkühlen des Siliziums entsteht eine homogene Kristallstruktur ohne Störungen.
Polykristalline Module werden aus Blöcken aus polykristallinem Silizium gefertigt. Das verwendete Silizium weist unterschiedliche Kristallstrukturen auf, da der Schmelzprozess nicht so präzise kontrolliert wird. Es entstehen verschieden ausgerichtete Kristalle, die miteinander verwachsen. Dadurch ist die Kristallstruktur nicht so homogen wie bei monokristallinem Silizium.
Wirkungsgrad
Monokristalline Photovoltaikmodule bestehen aus reinem Silizium, während polykristalline Module aus Siliziumblöcken mit unterschiedlichen Kristallstrukturen gefertigt werden. Durch das reine Silizium weisen monokristalline Module einen höheren Wirkungsgrad auf.
Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der eingestrahlten Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Bei Standardtestbedingungen erreichen monokristalline Module typischerweise Wirkungsgrade von 15-22%, polykristalline Module hingegen von 13-18%. Der höhere Wirkungsgrad der monokristallinen Module bedeutet, dass bei gleicher Fläche mehr Strom erzeugt werden kann.
Preis
Monokristalline Solarmodule sind in der Herstellung teurer als polykristalline Module. Dies liegt vor allem am aufwendigeren Produktionsprozess. Für die Gewinnung von reinem monokristallinem Silizium für die Zellen werden spezielle Züchtungsverfahren wie das Czochralski-Verfahren angewendet. Polykristallines Silizium hingegen kann einfacher und kostengünstiger produziert werden.
Der Preisunterschied macht sich deutlich bei der Anschaffung der Module bemerkbar. Monokristalline Module sind in der Regel etwa 20-30% teurer als vergleichbare polykristalline Module gleicher Nennleistung. Bei einer durchschnittlichen 5 kWp Photovoltaikanlage für ein Einfamilienhaus kann das schnell einen Unterschied von mehreren hundert Euro ausmachen.
Der Kostenvorteil der polykristallinen Module ist daher ein wichtiges Argument, vor allem wenn es darum geht, die Photovoltaikanlage möglichst kostengünstig zu planen. Allerdings relativiert sich der Preisunterschied oft über die Lebensdauer der Anlage, da monokristalline Module eine höhere Energieausbeute haben. Trotz höherer Investitionskosten kann sich die Anschaffung von Mono-Modulen langfristig also durchaus rechnen.
Schwachlichtverhalten
Monokristalline Module arbeiten bei diffuser Einstrahlung und Schatten besser als polykristalline Module. Der Grund dafür ist die homogenere Kristallstruktur.
Bei polykristallinen Modulen kommt es durch die unterschiedlich ausgerichteten Kristallbereiche zu stärkeren Stromverlusten, wenn Teile des Moduls beschattet oder die Einstrahlung diffus ist. Die Elektronen müssen sich ihren Weg durch die verschiedenen Kristallbereiche bahnen.
Monokristalline Solarzellen bestehen dagegen aus einem einheitlichen Kristallblock. Hier können sich die Elektronen frei bewegen und werden durch Beschattung oder diffuse Einstrahlung weniger beeinträchtigt.
In der Praxis bedeutet dies, dass bei Monomodulen der Energieertrag bereits bei leichter Bewölkung oder morgens und abends höher ist als bei Polymodulen. Auch wenn durch Schornsteine oder Bäume Teile des Moduls beschattet werden, produzieren Monomodule noch deutlich mehr Strom.
Bei der Planung einer Solaranlage sollten diese Eigenschaften berücksichtigt werden. Insbesondere wenn Beschattung erwartet wird oder die Ausrichtung der Module nicht optimal ist, sind monokristalline Module klar im Vorteil.
Leistungsverlust
Die Leistung von Photovoltaik-Modulen nimmt über die Jahre durch Alterung und Verschmutzung leicht ab. Bei polykristallinen Modulen fällt dieser Leistungsverlust in der Regel geringer aus als bei monokristallinen.
Polykristalline Solarzellen bestehen aus verschiedenen kleinen Kristallen mit unterschiedlichen Ausrichtungen. Dadurch wirken sich Alterungseffekte weniger stark auf die Gesamtleistung des Moduls aus. Defekte in einzelnen Kristallen werden durch benachbarte Kristalle kompensiert.
Bei monokristallinen Modulen hingegen wirkt sich jede Beschädigung oder Degradation direkt auf die Leistung der gesamten Zelle aus. Deshalb liegt der jährliche Leistungsverlust bei monokristallinen Modulen in der Regel etwas höher, bei ca. 0,5% gegenüber 0,3-0,4% bei polykristallinen Modulen.
Über die Lebensdauer von 20-30 Jahren gerechnet bedeutet dies einen Leistungsrückgang von 10-15% bei monokristallinen und 6-12% bei polykristallinen Modulen. Diese geringeren Leistungseinbußen sprechen für den Einsatz von polykristallinen Modulen. Allerdings muss der höhere anfängliche Wirkungsgrad monokristalliner Module dabei berücksichtigt werden.
Flächennutzung
Bei der Entscheidung für mono- oder polykristalline Module spielt die verfügbare Dachfläche eine wichtige Rolle.
Monokristalline Module haben aufgrund ihres höheren Wirkungsgrades den Vorteil, dass auf begrenzter Dachfläche eine höhere Leistung erzielt werden kann. Wenn nur wenig Platz zur Verfügung steht, ist es daher sinnvoll, auf monokristalline Module zu setzen, um die Fläche optimal auszunutzen.
Bei sehr großer Dachfläche oder freier Fläche am Boden ist es hingegen möglich, auch kostengünstigere polykristalline Module zu verwenden. Der etwas geringere Wirkungsgrad der Polykristalle kann hier durch eine größere Anzahl an Modulen ausgeglichen werden.
Die verfügbare Montagefläche ist also ein entscheidendes Kriterium bei der Wahl zwischen Mono- und Polykristallmodulen. Je begrenzter der Platz, desto eher empfehlen sich monokristalline Module. Bei sehr viel verfügbarer Fläche können auch preiswertere Polykristallmodule verwendet werden.
Weitere Modularten
Neben monokristallinen und polykristallinen Modulen gibt es noch weitere Photovoltaik-Technologien:
Dünnschichtmodule
Dünnschichtmodule basieren auf Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium oder Cadmiumtellurid. Sie zeichnen sich durch eine sehr dünne Schicht aus photoaktivem Material aus. Dadurch können Dünnschichtmodule kostengünstiger hergestellt werden. Allerdings ist ihr Wirkungsgrad niedriger als bei kristallinen Modulen.
CIGS-Module
CIGS steht für Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid. Bei CIGS-Modulen wird eine Dünnschicht aus diesen Elementen auf Glassubstrat aufgebracht. Der Wirkungsgrad ist höher als bei amorphen Dünnschichtmodulen.
Hybridmodule
Bei Hybridmodulen kombiniert man kristalline Silizium-Solarzellen mit Dünnschicht-Solarzellen. Dadurch erzielt man einen höheren Wirkungsgrad als mit reinen Dünnschichtmodulen.
Fazit
Für Privathaushalte sind sowohl mono- als auch polykristalline Photovoltaikmodule sehr gut geeignet. Beide Modularten haben ihre spezifischen Vor- und Nachteile, die je nach den Gegebenheiten vor Ort mehr oder weniger ins Gewicht fallen.
Entscheidend für die Wahl der geeigneten Modulart sind vor allem zwei Faktoren: das verfügbare Investitionsbudget und die Größe der zur Verfügung stehenden Dachfläche.
Bei einer begrenzten Dachfläche empfiehlt es sich auf jeden Fall, auf monokristalline Module mit ihrem höheren Wirkungsgrad zu setzen, um die verfügbare Fläche optimal zu nutzen.
Steht eine großzügige Dachfläche zur Verfügung, können auch kostengünstigere polykristalline Module verwendet werden, ohne allzu große Einbußen bei der Energieausbeute hinnehmen zu müssen.
Insgesamt bieten beide Technologien eine sehr gute Performance und eignen sich hervorragend für die solare Eigenstromerzeugung im Privathaushalt. Die Entscheidung für die eine oder andere Modulart hängt somit vor allem von den individuellen Rahmenbedingungen vor Ort ab.
James
Gründer von Balkonkraftwerk800W. Seit 2019 spezialisiere ich mich auf das Verfassen zahlreicher Solar-PV-Testberichte, PV-Produktvergleiche und Balkonkraftwerk-Ratgeber. Ich behalte stets eine objektive und unabhängige Perspektive bei.