Kristalline Solarzellen: Vor- und Nachteile und Unterschiede

Kristalline Solarzellen sind die am weiteste verbreiteten Zellarten. In diesem Artikel werden die Vor- und Nachteile von kristallinen Solarzellen sowie die Unterschiede zu anderen Arten von Solarzellen erörtert.

Was sind kristalline Solarzellen?

Kristalline Solarzellen sind aus Silizium hergestellte Zellen, die Sonnenlicht in Strom umwandeln. Sie zeichnen sich durch blaue bis schwarze Wafer, die aus dünnen Siliziumscheiben bestehen. Sie nutzen Silizium als Halbleitermaterial, das mit Materialien wie Phosphor oder Aluminium angereichert ist. Das macht kristalline Solarzellen zu den effizientesten aller Typen von Solarzellen. 

Kristalline Solarzellen teilen sich in monokristalline und polykristalline Solarzellen, die sich im Herstellungsverfahren, Aussehen und dem Wirkungsgrad unterscheiden. 

Monokristalline Solarzellen

Monokristalline Solarzellen werden aus monokristallinem Silizium hergestellt. Sie haben ein homogenes Kristallgitter, sodass in den Grenzbereichen verschiedener Kristalle kein Energieverlust auftritt. Deswegen stellen sie die Art der Solarzelle mit dem höchsten Wirkungsgrad dar. Monokristalline Solarzellen charakterisieren sich durch ihre dunkelblaue bis schwarze Farbe.

Polykristalline Solarzellen

Polykristalline Solarzellen bestehen aus vielen kleinen Siliziumkristallen, was ihnen eine bläuliche Farbe verleiht. Eine Glasschicht und elektrische Kontakte ermöglichen die Übertragung und Nutzung des vom Halbleiter erzeugten Stroms. Weil polykristalline Solarzellen aus mehreren Kristallen bestehen, entstehen mehr Übertragungsverluste. Damit haben sie einen geringeren Wirkungsgrad, sind aber aufgrund des einfacheren Herstellungsverfahrens kostengünstiger. 

Was sind die Vorteile von kristallinen Solarzellen?

Die Vorteile von kristallinen Solarzellen liegen primär im höheren Wirkungsgrad:

• Wirkungsgrad: Mittlerweile erreichen kristalline Solarzellen einen Wirkungsgrad von bis zu 24 %. Damit nehmen sie weniger Platz ein, was besonders bei Privatanlagen auf Dächern vorteilhaft ist;
• Langlebig und robust: Kristalline Solarzellen halten durchschnittlich 30 Jahre oder länger. Viele Hersteller bieten mittlerweile Produktgarantien von 20 bis 40 Jahren an;
• Störungsfrei und wartungsarm: Durch ihre Robustheit sind sie kaum störanfällig. Dadurch sind sie wartungsarm;
• Aussehen: Kristalline Solarzellen haben eine ansprechendere Ästhetik als andere Arten von Solarzellen. Besonders die monokristallinen Solarzellen bieten ein angenehmes Erscheinungsbild.
• Verfügbarkeit: Kristalline Solarzellen sind leicht erhältlich, ohne lange Lieferzeiten.

Was sind die Nachteile von kristallinen Solarzellen?

Ein großer Nachteil sind die Mehrkosten, die sich jedoch aufgrund des geringeren Platzbedarfs ausgleichen.

• Kosten: Kristalline Solarzellen sind 2- bis 4-mal teurer als andere Arten von Solarzellen. Polykristalline Solarzellen sind dabei etwa 10 bis 15 % günstiger als monokristalline Solarmodule; 
• Verhalten bei Schwachlicht und Wärme: Kristalline Solarzellen erleiden Leistungseinbußen bei Schwachlicht und bei überschüssiger Temperatur. Es ist wichtig, dass sie möglichst wenigen Verschattungen ausgesetzt sind und die richtige Ausrichtung haben;
• Gewicht: Kristalline Solarzellen haben aufgrund der Glassichten ein höheres Gewicht. Das macht die Installation auf Dächern etwas komplizierter. Dafür punkten sie durch den hohen Wirkungsgrad, sodass ein geringer Platzbedarf besteht.

Worin unterscheiden sich kristalline Solarzellen von anderen Solarzellenarten?

Kristalline Solarzellen zeichnen sich durch den höheren Wirkungsgrad aus. Sie sind die meistgenutzte Art von Solarzellen und erreichen einen Marktanteil von über 98 %. Dünnschichtmodule sind zwar vielversprechend, erreichen jedoch nicht die notwendige Effizienz, um sich als Alternative zu etablieren.

Was kosten kristalline Solarzellen? 

Monokristalline Solarmodule kosten zwischen 110 und 220 €. Polykristalline Solarmodule sind etwa 10 bis 15 % günstiger. 

Die aktuellen Kosten für monokristalline Solarmodule verschiedener Hersteller finden Sie in der unteren Übersicht. 

Wie werden kristalline Solarzellen hergestellt?

Sowohl mono- als auch polykristalline Solarzellen nutzen für die Herstellung Silizium, allerdings unterscheidet sich das Herstellungsverfahren beider Solarzellen wesentlich. Bei monokristallinen Solarzellen entsteht ein einziger Kristall, bei polykristallinen mehrere.

• Die Herstellung von polykristallinen Solarzellen ist ein einfacher Prozess. Das Silizium wird bei hoher Temperatur geschmolzen und in mehrere Blöcke gegossen. Diese Blöcke kristallisieren dann zu einem großen Block. Durch das Schmelzen werden Verunreinigungen aus dem Silizium entfernt. Nach dem Abkühlen wird der Siliziumblock in dünne Wafer geschnitten. Diese Wafer werden chemisch gereinigt und behandelt, um ihre elektrischen Eigenschaften zu verbessern. Diese Behandlung umfasst die Dotierung mit Bor und Phosphor, das Aufbringen einer Antireflexionsschicht und das Hinzufügen elektrischer Leitungen;
• Der Herstellungsprozess von monokristallinen Silizium-Solarzellen ist komplex. Das Silizium wird geschmolzen und gereinigt. Aus der Masse wird ein Stab gezogen, der einen Einkristall bildet. Für das Ziehen des Stäbchens sind eine genaue Temperaturkontrolle und spezielle Geräte erforderlich. So wird sichergestellt, dass er die gewünschte Form und Größe erhält. Aus dem Einkristall werden dünne Wafer geschnitten und chemisch gereinigt.

Welche Hersteller produzieren kristalline Solarzellen? 

Zu den bekanntesten deutschen Solarherstellern gehören Viessmann, Bauer Solar, Solarwatt, Luxor und Q-Cells. Zu weiteren bekannten Marken gehören Meyer Burger, SunPower und REC. Zu den großen chinesischen Hersteller von Solarzellen gehören Trina, JA Solar und Jinko Solar. 

Welche Alternativen zu kristallinen Solarzellen gibt es?

Neben kristallinen Solarmodulen gibt es auch noch weitere Arten von Solarzellen. 

Dünnschicht-Solarzellen verwenden dünne Halbleitermaterialschichten, die nur wenige Mikrometer dick sind. Sie werden beispielsweise als flexible Solarmodule oder in Gebäude-integrierten Photovoltaik-Systemen (BIPV) verwendet.

Organische Solarzellen verwenden organische Moleküle oder Polymere zur Lichtabsorption und Energieumwandlung. Wegen ihrer Flexibilität und der Möglichkeit, sie in verschiedenen Farben und Transparenzen herzustellen, eignen sie sich für Fenster, Fassaden,

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