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Polykristalline Solarzellen

Polykristalline Solarzellen bieten eine effektive Möglichkeit, Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln, besonders für Anwendungen, bei denen das Preis-Leistungs-Verhältnis eine wichtige Rolle spielt. Ihr charakteristisches blaues Erscheinungsbild und die leicht sichtbare Kristallstruktur unterscheiden sie von monokristallinen Zellen. Auch wenn der Wirkungsgrad von polykristallinen Zellen im Vergleich zu monokristallinen Zellen etwas geringer ist, machen sie dies durch geringere Herstellungskosten und eine gute Umweltbilanz wett. Für Hausbesitzer und Betriebe, die große Dachflächen oder Freilandflächen zur Verfügung haben, stellen sie eine kosteneffiziente Lösung dar, um nachhaltig Strom zu erzeugen und zur Reduktion der CO₂-Emissionen beizutragen. Es ist jedoch wichtig, die spezifischen Anforderungen und Bedingungen des Standortes zu berücksichtigen, um die bestmögliche Solarlösung auszuwählen.
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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.

    Was ist der Wirkungsgrad von polykristallinen Solarzellen?

    Der Wirkungsgrad von polykristallinen Solarzellen liegt in der Regel zwischen 15% und 22%. Dieser Wert ist etwas niedriger als der Wirkungsgrad von monokristallinen Solarzellen, die Wirkungsgrade von bis zu 25% erreichen können. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel Sonnenenergie von der Solarzelle in elektrische Energie umgewandelt wird.

    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.

    Welche Vorteile haben polykristalline Solarzellen?

    1. Kosteneffizienz: Sie sind in der Regel günstiger in der Herstellung und Anschaffung als monokristalline Solarzellen.
    2. Umweltfreundlichkeit: Die Herstellung von polykristallinem Silizium erfordert weniger Energie und Ressourcen als die Produktion von monokristallinem Silizium.
    3. Vielseitigkeit: Sie können in verschiedenen Größen und Formen hergestellt werden und sind daher für unterschiedliche Anwendungen geeignet.

    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.

    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

    Gibt es Nachteile bei der Verwendung von polykristallinen Solarzellen?

    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.

    1. Geringerer Wirkungsgrad: Im Vergleich zu monokristallinen Solarzellen haben sie einen niedrigeren Wirkungsgrad, was bedeutet, dass sie weniger elektrische Energie aus der gleichen Menge an Sonnenlicht erzeugen.
    2. Größerer Platzbedarf: Aufgrund ihres niedrigeren Wirkungsgrads benötigen sie mehr Fläche, um die gleiche Menge an Energie zu erzeugen wie monokristalline Solarzellen.
    3. Ästhetik: Einige Benutzer empfinden das Erscheinungsbild von polykristallinen Solarzellen als weniger ansprechend als das von monokristallinen Zellen.

    Wie lange halten polykristalline Solarzellen?

    Polykristalline Solarzellen haben eine Lebensdauer von etwa 25 bis 30 Jahren, wobei ihre Leistung im Laufe der Zeit langsam abnimmt. Die meisten Hersteller bieten eine Leistungsgarantie von mindestens 80% für einen Zeitraum von 20 bis 25 Jahren. Die tatsächliche Lebensdauer der Solarzellen hängt von Faktoren wie Installationsbedingungen, Wartung und Klimaeinflüssen ab.

    Sind polykristalline Solarzellen für alle Standorte und Anwendungen geeignet?

    Polykristalline Solarzellen sind für die meisten Standorte und Anwendungen geeignet, insbesondere wenn die Kosten eine wichtige Rolle spielen und genügend Platz für die Installation zur Verfügung steht. Allerdings können monokristalline Solarzellen in Situationen, in denen der Platz begrenzt ist oder ein höherer Wirkungsgrad erforderlich ist, eine bessere Option sein. Darüber hinaus können polykristalline Solarzellen in Gebieten mit hohen Umgebungstemperaturen einen geringeren Wirkungsgrad aufweisen, da sie im Vergleich zu monokristallinen Solarzellen empfindlicher auf Temperaturschwankungen reagieren.

    Wie unterscheiden sich polykristalline Solarzellen äußerlich von monokristallinen Solarzellen?

    Polykristalline Solarzellen haben im Vergleich zu monokristallinen Solarzellen ein unterschiedliches Erscheinungsbild. Während monokristalline Solarzellen eine einheitliche, dunkle Farbe und abgerundete Ecken aufweisen, haben polykristalline Solarzellen ein unregelmäßiges, flockiges Muster mit vielen kleinen Kristallen und eine quadratische Form. Die Farbe von polykristallinen Solarzellen ist in der Regel etwas heller und blauer als die von monokristallinen Zellen.

    Wie umweltfreundlich ist die Herstellung von polykristallinen Solarzellen?

    Die Herstellung von polykristallinen Solarzellen ist in der Regel umweltfreundlicher als die Produktion von monokristallinen Solarzellen, da sie weniger Energie und Material erfordert. Bei der Herstellung von polykristallinem Silizium entstehen weniger Abfälle und es werden weniger Ressourcen verbraucht, was insgesamt zu einer geringeren Umweltbelastung führt. Allerdings sind die Emissionen und der Energieverbrauch während des gesamten Produktionsprozesses immer noch von Bedeutung, und es ist wichtig, dass Hersteller nachhaltige Praktiken und Recyclingmaßnahmen anwenden, um die Umweltauswirkungen zu minimieren.

    Kann ich polykristalline Solarzellen auf meinem Dach installieren?

    Ja, polykristalline Solarzellen können auf den meisten Dächern installiert werden, vorausgesetzt, sie sind strukturell in der Lage, das Gewicht der Solarmodule zu tragen und haben eine geeignete Ausrichtung zur Sonne. In einigen Fällen, wie bei Flachdächern oder Schrägdächern mit einer ungünstigen Ausrichtung, kann es erforderlich sein, zusätzliche Montagesysteme oder Schienen zu verwenden, um die optimale Position und den richtigen Winkel für die Solarmodule zu erreichen. Es ist ratsam, die Installation von einem Fachmann durchführen zu lassen, um die Sicherheit und Effizienz des Systems zu gewährleisten.

    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.

    Carsten Steffen
    Autor: Carsten Steffen
    Carsten Steffen, Gründer von photovoltaik.sh, bringt sein tiefes Verständnis für Photovoltaik und seine Begeisterung für erneuerbare Energien ein, um Kunden in Schleswig-Holstein seit 2021 schneller und kostengünstiger zu ihrer eigenen Photovoltaikanlage zu verhelfen. Ermöglicht wird das Dank der Zusammenarbeit mit lokalen Solarteuren. Regelmäßige Schulungen runden unsere Expertise ab. Mit der Gründung von photovoltaik.sh sind wir Ihr vertrauenswürdigen Partner für alle, die ihren Stromverbrauch nachhaltig gestalten möchten.
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