Monokristallin oder Polykristallin – Solarzellen im Vergleich

• Monokristallin & polykristallin im Vergleich
• Monokristalline Solarzellen im Kurzporträt
• Polykristalline Solarmodule im Überblick
• Dünnschicht-Module: geringerer Wirkungsgrad, aber sehr leicht
• CIGS-Module: Dünnschichttechnologie mit Entwicklungspotenzial
• Monokristallin, Polykristallin, Dünnschicht (amorph) und CIGS im Vergleich
• Fazit: monokristallin oder polykristallin?
• Häufig gestellte Fragen

Sowohl Mono- als auch polykristalline Solarzellen gehören zu den Wafer-basierten Photovoltaikzellen. Denn beide bestehen aus Silizium-Scheiben, den "Wafern". Ein grundlegender – und namensgebender – Unterschied ist in der Herstellungsweise begründet. Für monokristalline PV-Zellen wird ein zusammenhängender Silizium-Kristall gezüchtet. Bei der Herstellung polykristalliner Solarzellen entstehen hingegen mehrere (von griech. "poly", "viel") Kristalle in verschiedenen Größen. Zudem wird für Monozellen ein reineres Silizium verwendet, als es für die polykristalline Struktur der Fall ist.

Monokristalline Solarzellen und polykristalline Solarzellen haben einen hohen Wirkungsgrad, büßen aber bei hohen Temperaturen oder nicht optimaler Solarstrahlung an Leistung ein. Durch die aufwändige Herstellung sind monokristalline und polykristalline Photovoltaik-Module daher im Vergleich teuer und schwerer als Dünnschicht-Module. Recht neu am Markt sind bifaziale Solarmodule. Im Vergleich zu poly- und monokristallinen Modulen gewinnen sie auch Energie auf ihrer Rückseite und eigenen sich besonders für Dach- und Freiflächenanlagen. Welche Module für Sie am besten geeignet sind, können Sie einfach in einer kostenlosen Beratung klären.

Photovoltaik-Module aus monokristallinen Solarzellen sind teurer als polykristalline, aber auch am leistungsfähigsten, und daher besonders gut für kleine Dachflächen geeignet, die nach Süden ausgerichtet sind. Polykristalline Solarzellen haben im Unterschied zum monokristallinen Konkurrenten einen geringeren Wirkungsgrad und sollten eher für größere Dachflächen oder auch Freiflächenanlagen genutzt werden. Eine PV-Anlage mit polykristallinen Zellen hat dabei allerdings günstigere Anschaffungskosten.

Geht es um die Leistungsfähigkeit von PV-Modulen, so liegen die monokristallinen Module vorne. Ursprünglich für die Raumfahrt entwickelt, zeichnen sich monokristalline Photovoltaikmodule heute durch einen hohen Wirkungsgrad aus. Für die aufwändige Herstellung kommt ein reineres Silizium als für polykristalline Zellen zum Einsatz. Wie der Name schon sagt, bestehen monokristalline Solarzellen außerdem aus nur einem Siliziumkristall. Somit gibt es hier keinen Wirkungsverlust in Grenzbereichen von Kristallen – wie es bei der polykristallinen Variante üblich ist.

Monokristalline Solarmodule haben mit ca. 20 bis 30 Prozent einen höheren Wirkungsgrad als polykristalline. Das hat unter anderem den Vorteil, dass mit geringerer PV-Fläche auf dem Dach ein ebenso hoher Photovoltaik-Ertrag erzielt werden kann. Mit monokristallinen Solarzellen sind etwa 6-9 Quadratmeter Fläche notwendig, um ein Kilowattpeak Strom zu generieren.

Da die Herstellung aber anspruchsvoller ist, liegt auch der Anschaffungspreis höher. Ein weiterer Nachteil neben den Kosten ist die rückläufige Leistung bei hohen Temperaturen. Zudem kann diffuses Licht bei monokristallinen Modulen zu Einbußen in der Leistung führen.

Durch aktives Repowering von Photovoltaik kann die Leistung später erhöht werden.

• Schwarze, optisch einheitliche Oberfläche
• Hergestellt aus einem Einzelkristall
• Hoher Wirkungsgrad von etwa 20 bis 30 Prozent
• Ca. 6 bis 9 Quadratmeter für 1 kWp Leistung
• Eignet sich für kleinere Dächer
• Höherer Preis

Polykristalline Photovoltaikmodule sind mit einem Marktanteil von rund 70 Prozent die beliebteste PV-Variante auf deutschen Dächern. Ein Hauptgrund ist der leicht geringere Anschaffungspreis. Gründe für den günstigeren Preis sind die simplere Herstellung zum einen und das geringerwertige Silizium, das dabei verwendet wird, zum anderen.

Dabei sind polykristalline Solarmodule für die Dächer typischer Einfamilienhäuser weniger geeignet – denn ihr Wirkungsgrad ist mit ca. 15 bis 17 % deutlich geringer als der monokristalliner Solarzellen. Das bedeutet, dass Effizienz eigentlich erst durch viel Fläche erzielt werden kann. Und die ist auf einem durchschnittlichen Hausdach eher selten gegeben. Daraus ergibt sich der optimale Verwendungszweck polykristalliner Module: Große Freiflächenanlagen oder auch Hallendächer sind bestens geeignet.

Die größten Nachteile polykristalliner Photovoltaikzellen sind ihr geringerer Wirkungsgrad, der einhergehende höhere Platzbedarf, aber auch ihr höheres Gewicht als polykristalline Module.

• Blaue, reflektierende Oberfläche, verschiedene Kristalle sind erkennbar
• Hergestellt aus mehreren Kristallen
• Geringerer Wirkungsgrad von etwa 15 bis 17 Prozent
• Ca. 7 bis 10 Quadratmeter für 1 kWp Leistung
• Eignet sich für größere Flächen
• Geringerer Preis

Dünnschichtmodule sind im Vergleich zu anderen Modulen sehr leicht und günstig, haben aber auch nur einen geringen Wirkungsgrad von ca. 10-13 Prozent. Sie bestehen aus amorphem, nicht-kristallinem Silizium. Die Herstellung von Dünnschichtmodulen ist weniger komplex als die kristalliner Wafer-Module. Der größte Vorteil von Dünnschicht-Modulen liegt in ihrer geringen Dicke. Das macht sie vor allem dort interessant, wo es um architektonisch-gestalterische Fragen geht. Dabei sind amorphe Dünnschichtmodule leicht und einfach zu montieren.

Geht es primär um die Rendite von Photovoltaik, so kommen für Dünnschichtmodule nur sehr große Anlagen beziehungsweise Freiflächen infrage. Denn die große Fläche in Kombination mit dem geringeren Anschaffungspreis macht den niedrigeren Wirkungsgrad wieder wett. Im Unterschied zu monokristallinen oder polykristallinen Solarzellen büßen die amorphen Solarzellen bei schwachen Lichtverhältnissen oder sehr hohen Temperaturen zudem nur geringfügig an Leistung ein.

Jede amorphe Solarzelle ist mit einer Antireflexschicht beschichtet. Sie ist nur wenige nur Mikrometer dick und hochtransparent, verhindert aber Lichtreflexionen oder Einstrahlverluste. Ziel ist es, durch diese Schicht eine höchstmögliche Einstrahlungsintensität zu erzielen und eine maximale Stromausbeute der Solarzellen zu garantieren. Für den eigentlichen Prozess der Stromerzeugung innerhalb einer Solarzelle ist die Antireflexschicht aber nicht von Bedeutung. Jedoch sorgt sie dafür, dass mehr Licht ins Innere einer Solarzelle eindringt – um es anschließend in Strom zu wandeln.

In den kommenden Jahren wird mit einer weiteren Dünnschichttechnologie auf dem Markt gerechnet: der Perowskit Solarzelle. Auch sie ist leicht und preiswert und hat außerdem einen sehr guten Wirkungsgrad.

CIGS ist die englische Abkürzung für Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid, einem Verbindungshalbleiter. CIGS-Module sind Dünnschichtsolarzellen mit Absorbern von nur wenigen Mikrometern Stärke. Im Gegensatz zu Silizium-Wafern sind CIGS-Module nicht selbsttragend. Stattdessen sind sie auf einem Trägermaterial, zum Beispiel einer Glasscheibe, aufgebracht. Die CIGS-Technologie zeigt dabei unter den Modulen mit Dünnschichttechnik den höchsten Wirkungsgrad – mit etwa 17,5 Prozent.

CIGS-Module sind im Unterschied zu Dünnschichtmodulen, monokristallinen oder polykristallinen Modulen noch nicht so lange auf dem Markt. Stetige Weiterentwicklung konnte ihren Wirkungsgrad aber schon signifikant verbessern. CIGS-Module sind flexibel einsetzbar und eignen sich auch für bspw. Dächer von Fahrzeugen. Sie haben einen durchschnittlichen Wirkungsgrad, nutzen aber auch schwache Lichtverhältnisse sehr gut aus. Besonders im Winter können sie im Unterschied zu einem Solarmodul, das monokristallin, polykristallin oder mit Dünnschicht-Technik arbeitet, die Solarstrahlung besser ausnutzen.

Noch nicht im Vergleich enthalten sind Solarzellen, die noch nicht zur Marktreife gelangt sind wie die Perowskit-Solarzellen oder das Feld der Tandemsolarzellen.

Bei der Produktion von Solarmodulen kommt es herstellungsbedingt zu Unterschieden in der angegebenen Nennleistung, die nicht völlig ausgeschlossen werden können. Das bedeutet, dass ein Modul in der Praxis mehr oder weniger Leistung erbringt, als es sollte. Der Begriff Leistungstoleranz drückt diese Unterschiede in Prozent aus.

Die Varianz liegt im Mittel bei ungefähr drei Prozent oberhalb oder unterhalb der Nennleistung – dann als positive (plus-) oder negative (minus-) Leistungstoleranz bezeichnet. Auch eine doppelseitige Leistungstoleranz von bspw. drei Prozent plus und minus ist möglich. Ein Modul mit einer Nennleistung von 200 Watt Peak und einer Leistungstoleranz von minus drei Prozent erbringt also eine Mindestleistung von 196 Watt Peak.

Für den privaten Gebrauch ist aufgrund der geringen Wirkungsgrade von Dünnschichtmodulen weitgehend abzuraten. Daher soll in diesem Fazit nur ein Solarmodul-Vergleich zwischen monokristallin und polykristallin erfolgen.

Dank des besseren Wirkungsgrades benötigen monokristalline Solarmodule eine geringere Dachfläche als polykristalline Module – zur Erzeugung einer ähnlichen Strommenge. Haben Sie wenig Platz auf dem Dach? Dann sind folglich monokristalline Module trotz des höheren Preises zu bevorzugen. Denn mit ihnen haben Sie bessere Renditemöglichkeiten: Durch einen erhöhten Eigenverbrauch und entsprechend reduzierte Energiekosten.

Im Solarpanel-Vergleich sind bei größeren Dachflächen polykristalline Module die erste Wahl. Die Leistungsunterschiede zu monokristallinen Modulen werden durch die höhere Anzahl ausgeglichen. Zudem sind die Anschaffungskosten für polykristalline Photovoltaikmodule geringer. Insgesamt sind somit bessere Renditen möglich.

Diese Gegenüberstellung inklusive Tabelle ist ein erster Anhaltspunkt bei der Wahl zwischen Monokristallin, Polykristallin oder einem anderen Modultyp. Bei der individuellen Anlagenplanung und Auswahl eines geeigneten Solarmoduls helfen Photovoltaik-Fachbetriebe.

Unser Tipp: Der Vergleich von Solarmodulen ist nicht nur Neuanlagen relevant, sondern auch bei der Ertüchtigung von Altanlagen, die bereits seit 15 bis 20 Jahren in Betrieb sind (sog. Photovoltaik Repowering). Über Recyclingverfahren lassen sich alte PV-Module fachgerecht entsorgen und wiederverwerten.