Dünnschichtmodule: Alle Infos im Überblick

16. September 2022
Im Gegensatz zu herkömmlichen Photovoltaikmodulen verfügen Dünnschichtmodule über eine extrem geringe Dicke. Sie sind günstiger in der Herstellung und aufgrund der dünnen Bauweise deutlich leichter. Die Anwendungsgebiete sind vielseitig, doch besitzen Dünnschichtmodule nicht nur Vorteile. Erfahren Sie im folgenden Artikel alles über Kosten, Aufbau und wann sich Dünnschichtmodule für Sie lohnen.
Georgina Motzke
Dieser Artikel wurde von
Georgina Motzke für www.Solaranlagen-Portal.com verfasst.
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PV-ModuleÜbersicht der ModulartenDünnschicht

Inhalt:

Was sind Dünnschichtmodule – Vor- und Nachteile

Dünnschichtmodule: Kosten
Aufbau von Dünnschichtsolarzellen
Einsatzgebiete für Dünnschichtsolarmodule
Dünnschichtsolarzellen: Wirkungsgrad & Degradation

Fazit: Wann lohnt sich der Einsatz von Dünnschichtmodulen?

DünnschichtmodulDünnschichtmodule sind deutlich dünner, flexibler und kostengünstiger in der Herstellung als herkömmliche Solarmodule. | Bild © First Solar Manufacturing GmbH

Was sind Dünnschichtmodule – Vor- & Nachteile

Dünnschichtmodule sind im Vergleich zu Dickschichtmodulen aus monokristallinen Solarzellen und polykristallinen Solarzellen besonders dünne Solarpanele. Sie entstehen in einem automatisierten Verfahren, bei dem Silizium, Cadmiumtellurid oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid in einer extrem dünnen Schicht von wenigen Mikrometern auf ein Trägermaterial aufgebracht wird.

Aufgrund der speziellen Bauweise verfügen Dünnschichtmodule für Photovoltaikanlagen über viele Vorteile. Doch auch ihre Nachteile sollten Sie beachten, die wir Ihnen im Folgenden tabellarisch zusammengefasst haben:

Vorteile von Dünnschichtmodulen

Nachteile von Dünnschichtmodulen

Nur wenige Mikrometer dünn
(ca. 1 - 5 µm)

Benötigen mitunter mehr als doppelt so viel Dachfläche als andere Solarzellen

Verhältnismäßig niedrige Herstellungskosten, da weniger Material benötigt wird

Gesamtwirkungsgrad schlechter als bei kristallinen Solarmodulen
(10 - 13 %)

Schnell große Mengen herstellbar durch starke Automatisierung in der Produktion

Hohe Degradation von 20 bis 25 % nach den ersten 1.000 Stunden Sonneneinstrahlung

Sehr flexibel aufgrund der geringen Dicke

Begrenzte Anzahl von Herstellern; für PV-Anlagen noch nicht sehr weit verbreitet

Geringes Gewicht

Eingeschränkte Kompatibilität

Viele Anwendungsmöglichkeiten

Nicht so stabil wie andere Solarmodule

Leistung verringert sich bei diffusem Licht oder Verschattung nur geringfügig

Erschwerte Montage, da kein Rahmen vorhanden ist

Verschmutzung durch Umwelteinflüsse geringer als bei anderen Solarmodulen

Dünnschichtsolarmodule: Kosten

Die Kosten von Dünnschichtmodulen sind abhängig vom jeweiligen Hersteller und ihrer Leistung. Im Schnitt belaufen sich die Modulpreise auf etwa 260 bis 430 Euro pro Modul.

Rechenbeispiel für Dünnschichtmodule

Gehen wir beispielsweise davon aus, dass Sie für Ihr Einfamilienhaus eine PV-Anlage mit rund sechs Kilowatt Peak Leistung benötigen: Um ein Kilowatt Peak Spitzenleistung durch Dünnschichtmodule zu erhalten, rechnen Sie im Schnitt mit einer Fläche von neun bis 20 Quadratmetern. Für sechs Kilowatt Peak Strom benötigen Sie eine Fläche von etwa 54 bis 120 Quadratmeter.

Bei einem etwa ein Quadratmeter großen Dünnschichtmodul mit 70 Watt Peak Leistung benötigen Sie eine Fläche von etwa 85 Quadratmetern. Diese statten Sie mit rund 85 Dünnschichtmodulen aus. Die Kosten belaufen sich bei einem Modulpreis von etwa 300 Euro auf knapp 25.500 Euro.

Leistung

Fläche

Kosten

Dünnschichtmodul – 0,07 kWp
(Beispiel für ein einzelnes Modul)

ca. 1 qm

ca. 300 Euro

Dünnschichtmodul – 1 kWp

ca. 14 qm

ca. 4.200 Euro

Dünnschichtmodule – 6 kWp

ca. 85 qm

ca. 25.500 Euro

Dieses Rechenbeispiel dient nur der Veranschaulichung. Bedenken Sie: Die konkreten Preise variieren je nach Hersteller, Modulgröße und Leistung.

Tipp: Bei der Solarförderung wird nicht zwischen Dick- und Dünnschichtmodulen unterschieden. Sie besitzen daher auch bei der Wahl von Dünnschichtsolarmodulen die Möglichkeit, die KfW-Förderung für Photovoltaik in Anspruch zu nehmen.

Aufbau von Dünnschichtsolarzellen

Dünnschichtmodule sind oftmals kleiner als kristalline Solarmodule. Sie haben eine sehr homogene Fläche und eine dunkelgrüne, bräunliche oder schwarze Färbung. Bei der Herstellung wird das Halbleitermaterial in einer dünnen Schicht auf das Trägermaterial aufgedampft oder aufgesprüht. Bei dem Trägermaterial handelt es sich beispielsweise um Glas oder eine Folie.

Direkt verschaltet und mit einer weiteren Glasschicht abgedeckt, besitzt die amorphe Solarzelle nicht die klassische kristalline Struktur wie herkömmliche Solarmodule. Sie erscheint daher „gestaltlos“.

Dünnschichtmodule sind rahmenlos. Vorteil ist hierbei die hohe Flexibilität des Materials. Gleichfalls fällt die Verschmutzung durch Umwelteinflüsse deutlich geringer aus. Bedenken Sie jedoch: Durch das Fehlen eines Rahmens sind die dünnen Solarzellen nicht so stabil. Dies kann einen Nachteil bei der Montage zur Folge haben, da die Anbringung der Module erschwert ist.

Cadmiumtellurid für die Herstellung von Dünnschichtmodulen

Cadmiumtellurid, kurz: CdTe, ist eines von mehreren möglichen Halbleitermaterialien bei der Herstellung von Dünnschichtsolarmodulen. Cadmium ist ein in der Natur vorkommendes metallisches Element, das primär bei der Zinkherstellung gewonnen wird. Tellur ist ein Halbmetall, das bei der Kupfer- und Nickelherstellung extrahiert wird.

Halbleiter

Je nach Temperatur dient ein Halbleiter als Leiter oder Isolator. Im Gegensatz zu Leitern, die temperaturunabhängig als elektrisch leitender Stoff dienen (z. B. Kupfer) und Isolatoren, die nicht leitfähig sind (z. B. Gummi).

Beide Elemente gehen als Cadmiumtellurid eine stabile Verbindung ein. Die physikalischen Eigenschaften eignen sich hierbei optimal für die Verwendung in Solarmodulen zur Solarstromerzeugung.

Weitere Materialien, die sich für die Herstellung von Dünnschichtmodulen eignen, sind:

  • Amorphes Silizium
  • Gallium-Arsenid
  • Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid

Herstellung benötigt weniger Rohstoffe

Aufgrund der dünnen Bauweise dieser speziellen Solarmodule liegt ein Vorteil darin, dass für die vergleichsweise preiswerte Herstellung lediglich wenig Material benötigt wird. Zudem ist die Herstellung stark automatisiert, sodass eine schnelle Produktion in großer Menge möglich ist.

Innovative Dünnschichtmodule: CIGS

CIGS-Module zählen zu den Dünnschichtmodulen. Sie zeichnet eine besonders gute Leistung aus – unabhängig von der Dachausrichtung. Sie eignen sich daher gut für Dachflächen, bei denen sich herkömmliche Solarmodule nicht effizient nutzen lassen. Speziell im Winter erlangen sie aufgrund ihres Schwachlichtverhaltens etwas mehr Leistung als kristalline PV-Module.

Einsatzgebiete für Dünnschichtsolarmodule

Einsatzgebiete für Dünnschichtzellen sind beispielsweise:

  • Fensterflächen
  • Solarparks / Solarfelder (z. B. in der Nähe von Bahnstrecken & Autobahnen)
  • Hausfassaden
  • Dach- /Fassadenflächen, die nicht direkt nach Süden ausgerichtet sind
  • Kleingeräte (z. B. Taschenrechner)

Da Dünnschichtmodule über eine geringe Dicke verfügen, ermöglicht diese Bauweise eine hohe Flexibilität des Materials. Das macht die Einsatzgebiete dieser Technologie umfangreich: nicht nur für PV-Anlagen auf Dachflächen oder an Fassaden, sondern beispielsweise auch als Energiequelle in der Kleidung eingenäht oder in Taschenrechnern und Kleingeräten verbaut. In diesen Fällen handelt es sich bei dem Trägermaterial jedoch um Kunststoff statt um Glas.

Doch die Vorteile liegen nicht allein in der Flexibilität des Materials. Auch der Nutzen für Photovoltaik ist nicht zu vernachlässigen. Denn bei diffusem Licht, einer Verschattung der Dachfläche und bei steigenden Temperaturen verringert sich die Leistung der Dünnschichtmodule im Gegensatz zu herkömmlichen Dickschichtmodulen nur geringfügig. Sie eignen sich daher sowohl für Dächer als auch als Solarfassaden, die nicht direkt nach Süden ausgerichtet sind.

Wie viel Fläche benötigen Dünnschicht-PV-Module?

Im Vergleich zu mono- sowie polykristallinen Solarmodulen benötigen Dünnschichtmodule aufgrund ihrer speziellen Bauweise eine große verfügbare Fläche, um ein Kilowatt Peak an Solarstrom zu erzeugen:

Um ein Kilowatt Peak Spitzenleistung zu erzielen, benötigen Sie im Schnitt neun bis 20 Quadratmeter Fläche. Steht Ihnen beispielsweise eine Dachfläche von 80 Quadratmetern zur Verfügung, können Sie mit Dünnschichtmodulen etwa vier bis neun Kilowatt Peak Strom erzeugen.

Dünnschichtsolarzellen: Wirkungsgrad & Degradation

Ein Nachteil von Dünnschichtsolarmodulen liegt in einem generell geringen Wirkungsgrad. Dieser liegt bei durchschnittlich zehn bis 13 Prozent. Im Vergleich dazu liegt der Wirkungsgrad von polykristallinen Solarmodulen bei etwa 15 Prozent. Bei monokristallinen Solarmodulen liegt er bei rund 20 Prozent.

Durch den geringen Wirkungsgrad erreicht ein Dünnschichtmodul als Bestandteil einer PV-Anlage eine geringere Leistung pro Quadratmeter als alternative Solarpanele. Infolgedessen benötigen Sie für die gleiche Leistung eine größere Dachfläche. Sinn ergibt die Verwendung von Dünnschichtmodulen daher insbesondere, wenn Sie eine große Fläche zur Verfügung haben.

Deutlich höhere Wirkungsgrade bei Dünnschichtmodulen möglich

Unter Laborbedingungen sind deutlich höhere Wirkungsgrade nachweisbar – mitunter bis zu über 60 Prozent. Ein Hersteller wirbt auch unter Realbedingungen mit Wirkungsgraden von über 16 Prozent bei seinen Dünnschichtmodulen. Damit wären diese mit kristallinen Modulen vergleichbar.

Aufgrund der hohen Degradation von 20 bis 25 Prozent nach den ersten 1.000 Stunden Solareinstrahlung sind Dünnschichtmodule hinsichtlich der Haltbarkeit herkömmlichen Solarmodulen unterlegen. Ein kristallines Modul besitzt im Schnitt nach 20 bis 25 Jahren noch eine Maximalleistung von rund 80 Prozent und mehr. Ein Dünnschichtmodul büßt einen vergleichbaren Wert bereits in den ersten Monaten ein. Nach der starken Anfangsdegradation gleicht sich die Verlustgeschwindigkeit jedoch der von kristallinen Zellen an.

Die Lebensdauer von Dünnschichtmodulen beträgt im Schnitt 15 bis 25 Jahre. Dies ist ebenfalls weniger als bei herkömmlichen Dickschichtmodulen.

Kennwerte & Leistungsdaten von Dünnschichtsolarmodulen

Im Folgenden erhalten Sie eine Übersicht wichtiger Kennzahlen der Solarmodule und deren Leistungsdaten. Vergleichen Sie die Angaben bereits während der Planung, um das für Sie bestmögliche Model zu finden.

Typische Werte von Dünnschichtmodulen sind beispielsweise:

  • Gewicht: 10 - 20 kg
  • Modulmaße: 120 x 60 cm
  • Nennleistung: 30 - 100 Wp
  • Wirkungsgrad / Effizienz: 10 - 13 %
  • Degradation: bis zu 25 % in den ersten 1.000 Stunden
  • Modulbauweise: Glas-Folie
  • Produktgarantie: 2 - 5 Jahre

Beachten Sie: Je nach Hersteller und Modell variieren die Werte mitunter stark.

Fazit: Wann lohnt sich der Einsatz von Dünnschichtmodulen?

Dünnschichtsolarmodule haben vielfältige Einsatzmöglichkeiten aufgrund ihrer Flexibilität und des leichteren Gewichts. Sie bieten einige Vorteile, wie beispielsweise geringere Leistungseinbußen bei diffusem Licht und Verschattung. Doch speziell für den Einsatz als Photovoltaikanlage sollten Sie die Nachteile beachten:

Der geringere Preis pro Modul im Vergleich zu herkömmlichen mono- und polykristallinen Solarmodulen gleicht sich schnell aus, da Sie eine bis zu mehr als doppelt so große Fläche an Dünnschichtmodulen benötigen. Geschuldet ist dieser Umstand dem geringen Wirkungsgrad von durchschnittlich zehn bis 13 Prozent. Eine große, verfügbare Fläche ist daher zwingend erforderlich. Diese ist bei privaten Ein- und Zweifamilienhäusern nicht immer gegeben.

Auch eine hohe Degradation in den ersten Wochen bis Monaten bietet einen Nachteil im Vergleich zu Dickschichtsolarmodulen. Gleichfalls fällt die Lebensdauer vergleichsweise gering aus.

Tipp: Ziehen Sie bereits während der Planung Ihrer Photovoltaikanlage einen Fachbetrieb in Ihrer Nähe zurate. Dieser berät Sie kompetent sowie sachkundig und findet die für Sie bestmögliche Lösung.

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