Dünnschicht Solarmodule sind hauchdünne PV-Module und gehören zu den sogenannten amorphen Modularten. Sie sind kleiner als die dickschichtigen kristallinen Module und haben eine homogene Oberfläche. Außerdem sind sie leichter zu produzieren und demnach kostengünstiger. Die Module sind flexibel und haben ein sehr geringes Gewicht. Ein Nachteil ist ihr niedriger Wirkungsgrad von 10 bis 13%.
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Vor- und Nachteile von Dünnschichtmodulen
Vorteile:
Nachteile:
Aufbau von Photovoltaik Dünnschichtmodulen
Ein Dünnschicht Modul besteht aus rund 80 bis 150 Dünnschichtzellen, die eine dunkelgrüne, bräunliche oder schwarze Färbung haben. Die Solarzellenschicht dieser Module ist 1 bis 5 Mikrometer dick, also rund 100-mal schlankerer als bei einem Dickschichtmodul. Daher auch der Name Dünnschichtzelle.
Das Modul sitzt auf einer Trägerschicht, meist aus bruchfestem Glas oder Kunststoff mit einer Stärke von 1 bis 2 Millimetern. Die Verschaltung wird direkt auf der Solarzellenschicht mit integriert.
Herstellung von Dünnschicht PV-Modulen
Bei der Herstellung von Dünnschicht PV-Modulen wird meist Silizium oder ein anderes Halbleitermaterial wie Cadmiumtellurid (CdTe) oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) verwendet. Dieses wird hauchdünn auf eine Trägerschicht, zum Beispiel Glas oder Folie, aufgedampft oder aufgesprüht.
Dünnschicht Module benötigen keinen Rahmen, da die Dünnschicht-Solarzellen direkt beim Aufdampfen verschaltet und dann mit einer Glasschicht abgedeckt werden. Diese Herstellung ist ein automatisierter Prozess und weniger kompliziert als die aufwändige Waferproduktion der Dickschicht-Module. Dadurch wird nur wenig der Halbleitermaterialien benötigt, was zu geringen Produktionskosten führt.
Dünnschichtmodule oder Dickschichtmodule - ein Vergleich
| Dünnschicht | Dickschicht | |
|---|---|---|
| Material | amorphes Silizium, Cadmiumtellurid, Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) | monokristallines Silizium, polykristallines Silizium |
| Wirkungsgrad | 10-13% | 15-22% |
| Preis | 750 bis 1200 Euro je kWp | 1100 bis 1600 Euro je kWp |
| Moduldegradation | 0,3-0,5% | 0,1-0,3% |
| Gewicht | 3-10 kg | 9-22 kg |
| Energierücklaufzeit | 1-2 Jahre | 2,5-3,5 Jahre |
| Montage | kein Modulrahmen vorhanden daher kompliziert, Montageteams oft keine Erfahrung | unkompliziert |
| Kompatibilität | spezielle Montagesysteme notwendig, mit vielen Wechselrichtern unkompatibel (oft nur Wechselrichter mit Trafo) | sehr gut |
| Anwendungsgebiete | Suboptimale Standorte (z. B. Norddächer), geringe Tragfähigkeit der Dachhaut, große Flächen | universell |
Die wichtigsten Eigenschaften von Dünnschicht-Solarzellen
Wirkungsgrad von Dünnschicht-Solarmodulen
Aktuelle auf dem Markt erhältliche Dünnschichtmodule haben einen Wirkungsgrad von 10 bis 13%. Einige wenige Anbieter haben bereits Dünnschicht-Solarmodule mit einem Wirkungsgrad von 17%, diese sind jedoch teurer.
Schwachlichtverhalten
Dünnschicht PV-Module haben eine hohe Effizienz bei schwachem Lichteinfall. Sie reagieren kaum auf Bewölkung, Smog oder diffuses Licht in den Wintermonaten und erzielen immer noch eine hohe Leistung bei schlechtem Licht. Dies macht sie auch attraktiver für eine Verwendung in Nordausrichtung.
Temperaturresistenz
Dünnschichtmodule reagieren besser auf Temperaturveränderungen. Sie können auch bei höheren Temperaturen einen konstanten Ertrag an Solarenergie erzielen. Der Temperaturkoeffizient gibt Auskunft, wie stark die Leistung des Solarmoduls pro Grad Erwärmung abnimmt. Der Standardwert liegt bei 25 Grad und der Temperaturkoeffizient liegt bei Dünnschicht Modulen bei 0,1 bis 0,3% pro Kelvin. Bei einer Temperaturerhöhung von 10 Grad verlieren Dünnschichtmodule also eine Nennleistung von 1 bis 3%.
Bei Dickschicht-Modulen ist der Temperaturkoeffizient höher und liegt bei 0,3 bis 0,5%. Bei einer Temperaturerhöhung von 10 Grad wäre das ein Verlust der Nennleistung von 3-5%.
Moduldegradation
Eine Degradation bezeichnet die Leistungsminderung von Solarmodulen im Laufe der Zeit. Wie alle Wertstoffe altern auch Solarmodule, wobei die Degradation von Dickschicht- und Dünnschichtzellen sich unterscheidet.
Die Anfangsdegradation, auch lichtinduzierte Degradation, ist bei Dünnschicht Solarmodulen größer. Die Hersteller berechnen diese Degradation jedoch bei den Angaben der Leistungen direkt mit in die Gesamteffizienz ein, somit können Sie diese vernachlässigen. Auch die altersbedingte Degradation ist bei Dünnschichtzellen höher. Die Module besitzen eine geringere Lebensdauer, weshalb Hersteller eine kürzere Garantiezeit bieten.
Nachhaltigkeit
Dünnschicht-Solarzellen kompensieren bereits nach ein bis zwei Jahren komplett die Energie, die bei ihrer Herstellung benötigt wurde. Bei Dickschichtmodulen sind es 2,5 bis 3,5 Jahre. Die sehr hohe Recyclingquote von 95% verbessert die Ökobilanz des Dünnschicht PV-Moduls ebenfalls enorm.
In den Solarzellen der Dünnschichtmodule ist eine geringe Menge des toxischen Schwermetalls Cadmium enthalten. Bei einem Brand könnte es passieren, dass sich der Stoff bei der hohen Temperatur aus dem Material löst und in der Luft verteilt. Die Dämpfe wären toxisch, das Risiko wird allerdings als gering eingestuft, weshalb Cadmium weiterhin zugelassen ist.
Montage
Die Leichtigkeit und wesentlich geringe Dicke der Module sind ein Vorteil beim Montieren. Der fehlende Rahmen macht sie jedoch nicht so stabil und bringt etwas komplexere Anforderungen an die Montage mit sich. Die Rahmenlosen Scheiben müssen besonders vorsichtig montiert werden. Dünnschicht Module sind außerdem weniger verbreitet und viele Unternehmer haben kaum Erfahrung mit der Montage, was die Arbeitsdauer erhöht.
Wartung
Die Verschmutzung bei Dünnschicht PV-Modulen ist gering. Der fehlende Rahmen und somit die fehlenden Kanten machen die homogene Oberfläche des Solarmoduls einfach zu reinigen, da sich kaum Schmutz ablagern kann. Dies bringt Kostenvorteile bei der Wartung für Sie. Allerdings sind Dünnschichtmodule dank ihrer geringen Dicke schlanken Bauweise anfälliger für Umwelteinflüsse.
Kosten von Dünnschichtmodulen
Die Kosten für Dünnschichtmodule liegen bei etwa 750 bis 1.200 Euro, die für mono- und polykristalline Dickschichtmodule bei 1.100 bis 1.600 Euro pro kWp (inkl. Montage). Sie variieren jedoch stark je nach Hersteller und Qualität der Produkte.
Allerdings sollten Sie beachten, dass sie etwa anderthalb bis zwei Mal so viele Dünnschichtmodule benötigen, um die gleiche Leistung wie bei Dickschicht-Photovoltaikmodulen zu erzielen.
Hersteller von Dünnschicht-Solarmodulen
Im Vergleich zu Dickschichtmodulen gibt es nur sehr wenige Hersteller von Dünnschichtzellen. Die bekanntesten sind:
- First Solar
- calyxo GmbH
- Sun Well
Mit steigender Beliebtheit von Dünnschichtmodulen werden sicherlich noch weitere Hersteller den Markt besiedeln.
Fazit: Sind Dünnschicht-Solarzellen eine echte Alternative?
Dünnschichtmodule haben einen niedrigeren Wirkungsgrad und benötigen mehr Fläche, um die gleiche Photovoltaik-Leistung zu erzeugen. Jedoch sind sie aufgrund der kostengünstigen Anschaffung und der höheren Effizienz bei diffusem Licht in Einzelfällen eine Alternative. Gerade wenn Sie eine größere Dachfläche oder keine optimale Ausrichtung zur Sonne haben, könnten Dünnschicht-Module eine Option sein. Ein weiterer Einsatz ist gegeben, wenn der Dachstuhl nur geringe Lasten tragen kann.
Bei den meisten Einfamilienhäusern fällt die Wahl aufgrund des höheren Wirkungsgrades und somit der optimalen Nutzung der Dachfläche dennoch auf Dickschicht-Solarzellen.
Unabhängig von ihrer Form und Bauart sind alle Solarmodule nur dann wirksam, wenn sie richtig installiert wurden. Eine falsche Montage der PV-Module ist nämlich der häufigste Grund für Störungen und Ausfälle von Solaranlagen.
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