Lohnen sich Dünnschichtsolarzellen für das Einfamilienhaus?
Solarzellen zur Stromerzeugung gibt es in unterschiedlichen Ausführungen. Besonders beliebt sind kristalline Solarmodule, die einen hohen Wirkungsgrad haben. Eine Alternative sind Dünnschichtsolarzellen. Sie sind deutlich günstiger in der Herstellung, weisen jedoch einen niedrigeren Wirkungsgrad auf. In diesem Artikel soll die Frage beantwortet werden, ob der Einsatz von Dünnschichtmodulen für ein Einfamilienhaus sinnvoll ist oder ob herkömmliche kristalline Module die bessere Wahl darstellen.
Was sind Dünnschichtsolarzellen?
Dünnschichtsolarzellen unterscheiden sich von herkömmlichen kristallinen Solarzellen durch ihre besondere Bauweise. Während kristalline Solarzellen aus relativ dicken Siliziumscheiben bestehen, kommen bei Dünnschichtsolarmodulen andere Materialien zum Einsatz, die als sehr dünne Schicht auf ein Trägersubstrat aufgedampft werden.
Die wichtigsten Materialien für Dünnschichtsolarzellen sind amorphes Silizium, Cadmiumtellurid und Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS). Amorphes Silizium wird durch Aufdampfen von Silizium unter bestimmten Bedingungen hergestellt, wodurch es seine kristalline Struktur verliert. Cadmiumtellurid und CIGS sind Verbindungshalbleiter, die ebenfalls als extrem dünne Schicht abgeschieden werden. Im Vergleich zu herkömmlichen kristallinen Zellen erreichen die Dünnschichtzellen mit nur wenigen Mikrometern Dicke eine enorme Materialersparnis.
Herstellung von Dünnschichtmodulen
Die Herstellung von Dünnschichtmodulen unterscheidet sich grundlegend von der Produktion herkömmlicher kristalliner Solarmodule. Bei Dünnschichtmodulen werden die benötigten Materialien nicht in kristalliner Form verarbeitet, sondern durch Aufdampfen auf ein Trägermaterial aufgetragen.
Die gängigsten Materialien für Dünnschichtsolarzellen sind amorphes Silizium, Cadmiumtellurid und Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid. Diese werden in hauchdünnen Schichten von wenigen Mikrometern Dicke auf Glas, Kunststofffolien oder Metallbänder aufgedampft.
Dadurch entstehen extrem dünne Solarzellen, die dem Modul seinen Namen geben. Im Gegensatz zu kristallinen Zellen mit einer Dicke von 180-240 Mikrometern kommen Dünnschichtzellen mit 1-2 Mikrometern Dicke aus.
Diese innovative Herstellungsmethode vereinfacht und verbilligt die Produktion von Solarmodulen erheblich. Komplexe Verfahren wie das Ziehen von Einkristallen oder das Sägen von Wafern entfallen. Stattdessen können die Dünnschichtsolarzellen mit automatisierten Rolle-zu-Rolle-Prozessen in Massenproduktion gefertigt werden.
Vorteile von Dünnschichtmodulen
Dünnschichtmodule haben vor allem den Vorteil, dass sie deutlich günstiger hergestellt werden können als herkömmliche kristalline Solarmodule. Dies liegt daran, dass die Materialien durch Aufdampfen auf das Trägermaterial aufgebracht werden. Dadurch entfällt der aufwendige Prozess des Ziehens dünner Scheiben bzw. Wafer aus einem Kristall, wie es bei der Herstellung kristalliner Zellen notwendig ist.
Die Fertigung von Dünnschichtmodulen ist also insgesamt weniger komplex, was sich in deutlich niedrigeren Produktionskosten niederschlägt. Der Kostenvorteil liegt derzeit bei rund 20-30% gegenüber kristallinen Modulen. Gerade für größere Solaranlagen kann dies einen enormen Unterschied bei den Gesamtkosten ausmachen.
Nachteile von Dünnschichtmodulen
Der wohl größte Nachteil von Dünnschichtmodulen ist die geringere Effizienz im Vergleich zu kristallinen Solarmodulen. Während kristalline Module Wirkungsgrade von 15-25% erreichen, liegt die Effizienz von Dünnschichtmodulen in der Regel nur bei 10-13%.
Das bedeutet, dass Dünnschichtmodule eine deutlich größere Fläche benötigen, um die gleiche Menge Solarstrom zu erzeugen. Bei gleicher Fläche wird also mit Dünnschichtmodulen weniger Solarstrom produziert. Dieser Nachteil wiegt gerade bei der Installation auf Dächern schwer, da hier die verfügbare Fläche begrenzt ist.
Die geringere Effizienz resultiert aus dem Material und der Herstellungstechnik. Durch das Aufdampfen entsteht eine amorphe Struktur, die weniger geordnet ist als das Kristallgitter kristalliner Solarzellen. Dadurch können weniger Photonen in Elektrizität umgewandelt werden.
Für Anwendungen mit begrenzter Fläche, wie einem Einfamilienhausdach, ist die niedrigere Effizienz von Dünnschichtmodulen daher problematisch. Sie können die vorhandene Fläche nicht optimal ausnutzen und erzeugen weniger Solarstrom.
Effizienz kristalliner Module
Kristalline Photovoltaikmodule, auch kristalline Solarmodule genannt, bestehen in der Regel aus Siliziumsolarzellen, die aus kristallinem Silizium hergestellt werden. Kristallines Silizium ist ein Halbleitermaterial, das besonders gut für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie geeignet ist.
Die Solarzellen werden zu Solarmodulen zusammengeschaltet und in ein Rahmengehäusel integriert. Ein entscheidender Vorteil der kristallinen Module ist ihre Effizienz. Sie geben einen großen Teil der eingestrahlten Sonnenenergie als elektrischen Strom ab.
Die durchschnittliche Effizienz kristalliner Solarmodule liegt zwischen 15 und 25 Prozent. Hocheffiziente Premiummodule können sogar Wirkungsgrade von über 22 Prozent erreichen. Im Vergleich dazu erreichen Dünnschichtmodule in der Regel nur Effizienzen zwischen 10 und 13 Prozent.
Die höhere Effizienz bedeutet, dass mit der gleichen Modulfläche mehr Solarstrom erzeugt werden kann. Kristalline Module nutzen die zur Verfügung stehende Dachfläche optimal aus.
Flächenbedarf bei Dünnschichtmodulen
Aufgrund der geringeren Effizienz von Dünnschichtmodulen ist der Flächenbedarf für diese Module deutlich höher als bei kristallinen Modulen. Während kristalline Module Wirkungsgrade von 15-25% erreichen, liegt die Effizienz von Dünnschichtmodulen oft nur bei 10-13%.
Um die gleiche Strommenge zu erzeugen, benötigt man bei Dünnschichtmodulen daher eine viel größere Fläche. Faustregel: Für 1 kWp Leistung werden bei Dünnschichtmodulen etwa 10-15 m2 Fläche benötigt, bei kristallinen Modulen reichen dagegen bereits 6-8 m2 aus.
Der hohe Flächenbedarf ist ein klarer Nachteil von Dünnschichtmodulen, vor allem wenn nur begrenzte Dachfläche zur Verfügung steht, wie das bei Einfamilienhäusern meist der Fall ist. Die verfügbare Dachfläche kann mit Dünnschichtmodulen nicht optimal ausgenutzt werden.
Ausnutzung der Dachfläche
Kristalline Solarmodule sind aufgrund ihres höheren Wirkungsgrades den Dünnschichtmodulen überlegen, wenn es darum geht, die vorhandene Dachfläche optimal zu nutzen.
Da kristalline Module eine Effizienz von 15-25% erreichen, ist ihre Flächennutzung wesentlich effektiver als bei Dünnschichtmodulen, die nur 10-13% Wirkungsgrad haben.
Bei einem Einfamilienhaus mit begrenzter Dachfläche bedeutet das, dass mit der gleichen Anzahl kristalliner Module deutlich mehr Solarstrom erzeugt werden kann als mit Dünnschichtmodulen.
Um die gleiche Strommenge wie kristalline Module zu erzielen, müsste die Dachfläche für Dünnschichtmodule um ein Vielfaches größer dimensioniert werden. In den meisten Fällen steht diese zusätzliche Fläche bei einem Einfamilienhaus jedoch nicht zur Verfügung.
Kristalline Solarmodule nutzen die begrenzte Dachfläche daher optimal aus. Dank ihrer höheren Effizienz kann mit einer kleineren Anzahl an Modulen mehr Solarstrom gewonnen werden.
Die bessere Flächenausnutzung spricht damit klar für den Einsatz kristalliner Module beim Einfamilienhaus. Sie sind speziell für die Bedingungen von privaten Dachflächen geeignet und überlegen, wenn Platz knapp ist.
Empfehlung für Einfamilienhäuser
Für die meisten Einfamilienhäuser empfiehlt sich der Einsatz kristalliner Photovoltaik-Module anstatt von Dünnschichtmodulen.
Kristalline Module können die verfügbare Dachfläche aufgrund ihres höheren Wirkungsgrades in der Regel besser ausnutzen. Sie erreichen Effizienzen von 15-25%, während Dünnschichtmodule oft nur 10-13% erreichen.
Das bedeutet, auf der gleichen Fläche können mit kristallinen Modulen mehr Solarzellen untergebracht werden, die insgesamt mehr Strom erzeugen. Die höhere Effizienz macht sich gerade bei begrenzten Dachflächen von Einfamilienhäusern positiv bemerkbar.
Es müssen weniger Module installiert werden, um die gleiche Leistung zu erreichen. Kristalline Systeme lassen sich dadurch einfacher dimensionieren und auf die verfügbare Dachfläche abstimmen.
Aus diesen Gründen sind kristalline Photovoltaik-Module in den allermeisten Fällen die bessere Wahl für Einfamilienhäuser. Nur in bestimmten Ausnahmesituationen können auch Dünnschichtmodule sinnvoll sein.
Ausnahmen
Eine Ausnahme, bei der sich Dünnschichtmodule für Einfamilienhäuser lohnen können, ist bei sehr viel Dachfläche. Da Dünnschichtmodule kostengünstiger sind, kann es sich finanziell rechnen, die große verfügbare Dachfläche mit diesen Modulen zu bestücken, auch wenn dadurch die Fläche aufgrund der geringeren Effizienz nicht optimal ausgenutzt wird.
Eine weitere Ausnahme sind schwierige Lichtverhältnisse, beispielsweise wenn das Dach viele Verschattungen aufweist. Dünnschichtmodule sind bei diffuserem Licht und höheren Temperaturen effizienter als kristalline Module. Unter solchen Bedingungen kann sich der Einsatz von Dünnschichtmodulen trotz des höheren Flächenbedarfs lohnen.
In diesen speziellen Fällen einer sehr großen Dachfläche oder schwierigen Lichtverhältnissen können Dünnschichtmodule also eine sinnvolle Alternative zu herkömmlichen kristallinen Modulen für Einfamilienhäuser darstellen. Die niedrigeren Anschaffungskosten wiegen dann den Nachteil der geringeren Effizienz auf.
Fazit
Aus den genannten Gründen empfiehlt es sich für die meisten Einfamilienhäuser, auf kristalline Solarmodule zu setzen. Sie haben zwar eine höhere Anschaffungskosten als Dünnschichtmodule, lassen sich aber aufgrund ihres deutlich höheren Wirkungsgrades viel besser auf der begrenzten Dachfläche eines Einfamilienhauses unterbringen.
Dadurch kann mit kristallinen Modulen insgesamt mehr Solarstrom erzeugt werden. Die höhere Effizienz gleicht also die teurere Anschaffung aus. Nur in Spezialfällen, wenn sehr viel Dachfläche zur Verfügung steht oder schwierige Lichtverhältnisse herrschen, können sich Dünnschichtmodule lohnen. Für alle anderen Einfamilienhäuser sind jedoch kristalline Solarmodule klar die bessere Wahl.
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Dünnschichtsolarzellen aufgrund ihres niedrigeren Wirkungsgrades und der daraus resultierenden Notwendigkeit einer großen Fläche nur in Ausnahmefällen für Einfamilienhäuser geeignet sind.
Die Vorteile der kostengünstigeren Produktion und des geringeren Gewichts werden durch die Nachteile der geringen Effizienz und des hohen Flächenbedarfs überlagert. Kristalline Solarmodule nutzen aufgrund ihres höheren Wirkungsgrades die begrenzte Dachfläche von Einfamilienhäusern effizienter aus.
Nur wenn sehr viel Dachfläche zur Verfügung steht oder schwierige Lichtverhältnisse herrschen, können sich Dünnschichtmodule für das Einfamilienhaus lohnen. In den meisten Fällen ist die bessere Energieausbeute der kristallinen Module jedoch entscheidend.
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.