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Polykristalline Solarzellen

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Solarzellen agieren als Umwandlungsmedium für die Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie. Da die eingehende Strahlungsenergie der Sonne unlimitiert verfügbar ist, ist diese kostenlos und damit wird abzüglich der Anschaffungskosten der Photovoltaikanlage selbst kostenfreier Strom erzeugt. Der erzeugte Strom ist nachhaltig, klimaneutral, besitzt eine neutrale CO₂-Bilanz und ist somit Teil der erneuerbaren Energien.   Solarzellen werden in verschiedenen Ausführungen und anhand von mehreren Fertigungsmethoden hergestellt. Grundlage für jede Solarzelle ist jedoch der Baustoff Silizium. Silizium ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element auf der Erde. Es besitzt Eigenschaften von Metallen sowohl als auch von Nichtmetallen und ist daher ein klassisches Halbmetall.

Herstellung

Polykristalline Solarzellen bilden zusammen mit monokristallinen Solarzellen den maßgebenden Anteil der verbauten Solarzellen, wobei polykristalline ganz klare Marktvorreiter sind. Im Gegensatz zu monokristallinen Modulen haben polykristalline Module einen geringeren Wirkungsgrad, sind aber sehr günstiger in der Produktion und daher weiter verbreitet. Der geringere Wirkungsgrad lässt sich auf die Reinheit des Hauptwerkstoffes Silizium zurückführen, welche nicht so hoch ist.

Bei dem Blockgussverfahren wird das gereinigte Silizium durch eine Induktionsheizung verflüssigt und danach in Formen gegossen. Bei der Abkühlung und dem Verfestigungsprozess entstehen innerhalb des Siliziums kristallartige Strukturen. Diese Kristalle sind essenziell und zwingend notwendig zur späteren Energieerzeugung. Die großen Blöcke werden zerkleinert und anschließend in einzelne Scheiben geschnitten. Diese einzelnen Scheiben sind nun einzelne polykristalline Solarzellen.

Das Bridgeman Verfahren verfolgt von der Grundidee derselben Struktur. Silizium wird gereinigt und dann von einer Induktionsheizung auf eine Temperatur von circa 1400 Grad Celsius erhitzt. Diese flüssige Masse wird jetzt nicht in eine Form zur Abkühlung gegossen, sondern verbleibt im Tiegel und kühlt hier ab. Durch eine gezielte Wärmezufuhr erstarrt das Silizium von unten nach oben und es kommt so zu der gewünschten kristallinen Struktur. Nachdem sich die Struktur voll ausgebildet hat, wird der Block, Ingot genannt, in kleinere Blöcke geteilt und dann in Scheiben geschnitten.

Um aus diesen vielen einzelnen Solarzellen indessen ein fertige polykristalline Solarmodule herzustellen, werden mehrere Zellen miteinander verbunden. Die Verkabelung geschieht entweder in Serienschaltung oder Parallelschaltung, wobei die Serienschaltung weiter verbreitet ist, da hier eine höhere Spannung möglich ist. Eine erste Schutzschicht bietet eine transparente Kunststoffschicht aus Ethylvinylacetat in der die Zellen eingetaucht werden. Eine anschließende Glasscheibe gibt Schutz vor mechanischen Einflüssen. Die Rahmen und Montagegestelle sind in Regel aufgrund der Langlebigkeit und Robustheit aus Aluminium gefertigt.

Vorteile

Der Herstellungsprozess dieser polykristallinen Solarmodulen ist im Vergleich sehr viel günstiger und weniger aufwändig als bei den etwa monokristallinen Modulen, was sich auch in dem Preis bemerkbar macht. Die Preise je Kilowatt bei polykristallinen Solarzellen liegen im Durchschnitt zwischen 700 und 1.300 Euro. Im Vergleich dazu liegt der Preis je Kilowatt bei monokristallinen Zellen durchschnittlich zwischen 1.150 und 1.700 Euro.

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Bei der Bestückung von großen Dachflächen oder Freiflächenanlagen macht sich dieser Preisunterschied deutlich bemerkbar. Ein geringerer Wirkungsgrad von circa 15 % der polykristallinen Solarzellen lässt sich durch eine größere Fläche einfach ausgleichen.

Ein weiterer Vorteil ist die längere Lebensdauer, welche ungefähr 25 bis 30 Jahre beträgt und die breite und schnelle Verfügbarkeit

Nachteile

Ein klarer Nachteil ist der geringere Wirkungsgrad, welcher sich zwischen 15 und 17 % bewegt. Durch diesen geringeren Wirkungsgrad werden für die gleiche Leistung größere Flächen benötigt, welche auf privaten Wohndächer nicht immer verfügbar sind. Die Kristallstruktur ist durch die nicht allzu hohe Reinheit etwas trüb und man muss daher mit Leistungseinbußen bei schwachem oder diffusen Licht rechnen. Polykristalline Solarmodule haben ein höheres Gewicht als monokristalline Solarzellen.

Fazit

Der Marktanteil von polykristallinen Solarmodulen liegt in Deutschland bei circa 80 %. Dieser hohe Marktanteil ist auf das sehr gute Preis-Leistungs-Verhältnis zurückzuführen. Herstellungsprozesse sind weniger aufwändig und daher sehr viel günstiger als monokristalline Solarzellen. Es entstehen bei der Fertigung kaum Abschnitte, da das flüssige Silizium in Formen gegossen werden kann, welche direkt dann benutzt werden können.

Aufgrund von einfacheren Fertigungsmethoden ist weniger Energie nötig, welches sich in der besseren Umweltbilanz widerspiegelt. Durch den niedrigeren Wirkungsgrad sind polykristalline Module für große Dachflächen oder Freiflächenanlagen perfekt geeignet.

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