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Monokristalline Solarzellen

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Die Technologie für Solarmodule hat sich im Laufe der Jahre dramatisch verbessert, und eine Reihe innovativer Solarmodule sind auf den Markt gebracht worden. Bei der Installation einer Solaranlage gibt es viele Dinge zu beachten, unter anderem die Art der Solarmodule. Die meisten der heute auf dem Markt befindlichen Solarmodule für Solarenergiesysteme für Wohngebäude lassen sich in drei Kategorien einteilen: monokristalline Solarmodule, polykristalline Solarmodule und Dünnschicht-Solarmodule. Alle diese Arten von Solarzellen werden verwendet, um die Sonnenenergie nutzbar zu machen. Jede dieser Arten von Solarzellen weist jedoch unterschiedliche Eigenschaften auf.

Aufbau und Bauweise

Ein monokristallines Solarmodul besteht aus einzelnen monokristallinen Solarzellen. Der Name leitet sich von einem zylindrischen Silizium Block ab, der wie ein Halbleiter aus einkristallinem Silizium mit hohem Reinheitsgrad gezüchtet wird. Da die Zelle aus einem Monokristall besteht, bietet sie den Elektronen mehr Platz, um sich zu bewegen und den Stromfluss zu verbessern.  Der zylindrische Barren wird anschließend in sehr dünne Scheiben geschnitten, welche dann die einzelnen Zellen bilden. Um den Nutzen der Zellen zu maximieren, werden die runden Wafer anhand einer Drahtsäge zu einem achteckigen Wafer geschnitten. Aufgrund dieser markanten achteckigen Form und der tiefblauen Farbe sind sie direkt zu erkennen.

Jede einzelne Solarzelle enthält einen Siliziumwafer, der aus einem einzigen Siliziumkristall besteht. Der Einkristall wird nach der Czochralski-Methode hergestellt, bei der ein sogenannter Impfkristall bei hoher Temperatur in einen Bottich mit geschmolzenem reinem Silizium gegeben wird. Der Keim wird dann nach oben gezogen und das geschmolzene Silizium bildet sich um ihn herum, sodass ein Kristall entsteht. Dieser große Kristall, auch Ingot genannt, wird dann in dünne Scheiben geschnitten, die zur Herstellung der Solarzellen verwendet werden. 

Ein monokristallines Photovoltaikmodul enthält je nach Größe des Moduls 60 oder 72 Solarzellen. Die meisten Anlagen für Wohnhäuser verwenden monokristalline Solarmodule mit 60 Zellen. Typische Merkmale der einzelnen Solarzellen sind ihre pyramidenförmige Struktur, um eine größere Oberfläche zur Stromerzeugung zu generieren. Die Oberseite der Zellen ist mit Phosphor beschichtet, welches zu einer elektrisch negativen Ausrichtung führt, währenddessen die Unterseite positiv geladen ist. Diese verschiedene Verpolung erzeugt dann das elektrische Feld. Als Reflexionsschutzschicht wird Siliziumnitrid aufgedampft. Aufgedruckte Drähte aus Metall leiten den erzeugten Strom zu dem Wechselrichter.

Leistung

Monokristalline Solarmodule haben in der Regel den höchsten Wirkungsgrad und die höchste Leistungskapazität aller Arten von Solarmodulen. Der Wirkungsgrad monokristalliner Module liegt in der Regel zwischen 17 % und 20 %.

Da monokristalline Solarzellen aus einem einzigen Siliziumkristall bestehen, können die Elektronen leichter durch die Zelle fließen, wodurch der Wirkungsgrad der einzelnen Photovoltaikzelle höher ist als bei anderen Arten von Solarzellen. Der höhere Wirkungsgrad von monokristallinen Solarmodulen bedeutet, dass sie weniger Platz benötigen, um dieselbe Leistung zu erreichen. Daher haben monokristalline Solarmodule in der Regel eine höhere Ausgangsleistung als polykristalline oder Dünnschichtmodule. Somit sind monokristalline Solarmodule ideal für Menschen mit begrenzter Dachfläche.

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Anwendungen & Kosten

Dadurch, dass monokristalline Solarzellen effizienter sind als die Konkurrenztechnologien, können diese auf der gleichen Fläche mehr Strom erzeugen. Durch diesen hohen Wirkungsgrad werden sie vor allem in städtischen und dicht bebauten Gebieten vermehrt verbaut. Kleinere monokristalline Module mit einer Leistung bis zu 25 Watt werden oftmals als kleinere Systeme verwendet und können somit dezentral etwa als abgelegene Straßenbeleuchtung genutzt werden.

Der Preis für monokristalline Solarmodule ist höher als der für andere Arten von Solarmodulen, was auf die Herstellungsart sowie den vergleichsweise hohen Wirkungsgrad und die kurze energetische Amortisationszeit dieser Module zurückzuführen ist. Derzeit liegt der Preis für monokristalline Zellen zwischen 200 und 430 Euro pro Kilowatt peak.

Vor- & Nachteile

Obwohl die monokristallinen Solarmodule die effizientesten Solarzellen auf dem Markt beinhalten, haben monokristalline Solarmodule neben zahlreichen Vorteilen auch Defizite.

Mit bis zu 22 % haben diese Module den höchsten Wirkungsgrad und benötigen deshalb weniger Platz im Vergleich zu anderen Typen. Die mittlere Lebensdauer ist mit 25 Jahren im oberen Mittelfeld und weisen eine sehr hohe Hitzebeständigkeit auf. Dadurch, dass die Kristalle im Inneren eine pyramidenförmige Form aufweisen, sind diese auch bei geringerer Sonneneinstrahlung gleich effektiv und sind daher für bewölktere Gebiete wie Deutschland ideal.

Aufgrund dieser hohen Qualität und Leistung sind sie jedoch auch die teuersten Solarzellen auf dem Markt und nicht für jeden Privathaushalt bezahlbar. Durch den hohen Wirkungsgrad ist die energetische Amortisation lediglich etwas über den Durchschnittszeiten.

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