Monokristallin oder Polykristallin: Unterschiede und Vergleich

Kai Janßen
Juli 17, 2021
Kategorie: Solarzellen

Monokristalline und polykristalline Solarzellen sind die beiden für Privatanwender bedeutsamsten Zelltypen. Sie unterschieden sich nicht nur im Herstellungsverfahren, sondern insbesondere in ihrem Wirkungsgrad.

Dennoch hängt die Wahl des richtigen Zellentyps vom Einsatzzweck ab und sollte deshalb individuell entschieden werden. 

Lesen Sie mehr in unserem umfangreichen Vergleich. 

Die einzelnen Solarmodule bestehen aus Solarzellen, die wie kleine "Kraftwerke" agieren. Erfahren Sie alles über Solarzellen und lernen über den Aufbau, die Funktionsweise und welche Arten es gibt.

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Unterschiede im Herstellungsverfahren

Die Halbleiter beider Solarzellentypen werden aus sehr reinem Silizium hergestellt. Für monokristalline Solarzellen wird allerdings ein besonders reiner Ausgangsstoff benötigt.

Gemeinsam haben beide Solarzellengattungen, dass im Herstellungsprozess von einem Siliziumstab sehr feine Schichten, sogenannte Wafer, abgeschnitten werden. Jeder dieser Wafer bildet die Grundlage einer einzelnen Solarzelle. Allerdings unterscheidet sich die Herstellungsweise dieses Siliziumstabs grundlegend.

Für monokristalline Solarzellen werden Stäbe aus flüssigem Silizium gezogen. Hierfür wird ein einzelner Kristall als Kristallisationskeim in geschmolzenes Silizium getaucht. Ein fertiger Siliziumstab, auch Ingot genannt, besteht deshalb aus einem einzigen Kristall.

Bei der Herstellung von polykristallinen Solarzellen hingegen wird der Ingot durch Gießen hergestellt. Beim Abkühlen bilden sich dann mehrere Siliziumkristalle unterschiedlicher Größe im Ingot.

Monokristalline Solarzellen sind die effizienteste Art von Solarzellen auf dem heutigen Markt. Sie sind teuer, verfügen jedoch über eine hohen Wirkungsgrad.

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Aufgrund ihres geringen Preises erfreuen sich polykristalline Solarzellen einer großen Beliebtheit und nehmen derzeit einen Marktanteil von circa 70% ein.

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Unterschiedliches Aussehen

Mono- und polykristalline Solarzellen unterscheiden sich durch ihre Färbung und zumeist auch ihre Form. Während monokristalline Solarzellen schwarz gefärbt sind, erscheinen polykristalline Zellen bläulich.

Da die gezogenen monokristallinen Ingots eine zylindrische, aber ungleichmäßige Form haben, werden sie vor der Weiterverarbeitung zugeschnitten. Hierdurch kann eine einheitliche Größe der einzelnen Stäbe gewährleistet werden. Deshalb weisen die hergestellten Wafer zumeist eine achteckige Form auf.

Gegossene polykristalline Ingots hingegen besitzen bereits durch das Gießen eine einheitliche Form. Polykristalline Wafer sind in der Praxis deshalb zumeist rechteckig oder quadratisch.

Monokristalline und Polykristalline Solarmodule

Monokristalline (links) und Polykristalline (rechts) Solarmodule

Unterschiede im Wirkungsgrad

Monokristalline Solarzellen verfügen über einen sehr hohen Wirkungsgrad von ungefähr 20 bis 30%. Deshalb werden sie bevorzugt eingesetzt, wenn mit einer hohen Sonneneinstrahlung gerechnet werden kann.

Bildlich gesprochen entspricht eine monokristalline Solarzelle einem teuren Sportwagen, der seine Stärken am besten auf einer freien Straße ohne Tempolimit entfalten kann.

Da an den Übergängen zwischen den einzelnen Siliziumkristallen ein Energieverlust auftritt, besitzen polykristalline Solarzellen hingegen einen Wirkungsgrad von lediglich 15 bis 18%.

Bauart der Solarzelle

Wirkungsgrad

Monokristallines Silizium

20 bis 30%

Polykristallines Silizium

15 bis 20%

Bei der Analyse des Wirkungsgrades einer Solaranlage ist zu bedenken, dass dieser nicht starr, sondern variabel ist. Zum einen verlieren Solarzellen mit zunehmender Lebensdauer an Leistungsfähigkeit.

Dieser Rückgang beträgt bei polykristallinen Zellen zwischen 0,2 und 0,4% pro Jahr. Monokristalline Solarzellen verlieren mit 0,3 bis 0,5% deutlich mehr Leistungsfähigkeit pro Jahr.

Zusätzlich zu diesen altersbedingten Leistungseinbußen muss auch noch mit Schwankungen des Wirkungsgrads innerhalb eines einzelnen Tages gerechnet werden. Durch die Sonneneinstrahlung erhitzen nämlich die Solarzellen, wodurch ihre Leistungsfähigkeit sinkt.

Da monokristalline Zellen schwarz und damit dunkler als die bläulich gefärbten polykristallinen Solarzellen sind, erwärmen sie sich stärker, wodurch ihr Wirkungsgrad deutlicher absinkt.

Leistungsverluste und Schwachlichtverhalten

Beide Solarzellentypen weisen gravierende Einbußen bei Schwachlicht auf. Die Stromproduktion geht dann erheblich zurück. Werden Module nur teilweise beschattet, beeinträchtigen die beschatteten Zellen als „schwächstes Glied der Kette“ die anderen mit ihnen verbundenen Zellen.

Insbesondere bei monokristallinen Zellen kann es sich deshalb lohnen, Leistungsoptimierer zu installieren. Diese Geräte umgehen den Engpass der beschatteten Zellen und sorgen somit dafür, dass nicht überschattete Zellen weiterhin ihr volles Potenzial ausschöpfen können.

Insbesondere bei den auf Höchstleistungen getrimmten monokristallinen Zellen lohnt es sich, die zusätzlichen Kosten für einen Leistungsoptimierer in Kauf zu nehmen, um einen „Stau“ zu verhindern.

Photovoltaik Leistungsoptimierer

Photovoltaik Leistungsoptimierer

Preisunterschiede

Da der Herstellungsprozess für monokristalline Solarzellen aufwendiger ist und eines reineren und damit teureren Rohstoffs bedarf, sind die Kosten für ein monokristallines Solarmodul um 10 bis 20% höher als für ein polykristallines Modul, das bereits ab einem Preis zwischen 150 und 270 Euro erhältlich ist.

Durch die geringeren Anschaffungskosten ist die ökonomische Amortisationszeit für polykristalline Solarzellen etwas kürzer. Bezogen auf die gesamte Nutzungsdauer schneiden monokristalline Zellen allerdings häufig besser ab.

Fazit: Monokristallin oder Polykristallin?

Monokristalline Solarzellen

Vorteile:

  • Hoher Wirkungsgrad
  • Für kleine Dächer geeignet
  • Sehr robust
  • Hohe Qualität der Module

Nachteile:

  • Hohes Gewicht
  • Teuer in der Anschaffung
  • Schlechter ökologischer Abdruck
  • Einbußen bei schlechtem Licht 

Polykristalline Solarzellen

Vorteile:

  • Geringe Anschaffungskosten
  • Hohe Lebensdauer
  • Sehr gute Ökobilanz
  • Gute Verfügbarkeit am Markt

Nachteile:

  • Geringer Wirkungsgrad
  • Hohes Gewicht
  • Für kleine Dächer suboptimal
  • Einbußen bei schlechtem Licht 

Sowohl mono- als auch polykristalline Solarzellen weisen spezifische Vor- und Nachteile auf, weshalb individuell abgewogen werden sollte, welcher Typus am besten eingesetzt werden sollte.

Monokristalline Zellen verfügen über einen erheblichen Vorteil im Wirkungsgrad. Deshalb sollten sie bevorzugt an leistungsstarken Standorten mit einer sehr guten Sonneneinstrahlung, beispielsweise auf Dächern mit Südausrichtung, installiert werden.

Monokristalline Solarzellen sollten immer dann zum Einsatz kommen, wenn auf einer kleinen Fläche ein möglichst hoher Stromertrag realisiert werden sollen.

Deshalb lohnt es sich häufig für viele Privatpersonen trotz des höheren Anschaffungspreises monokristalline Solarpaneele zu installieren.

Polykristalline Solarzellen hingegen eignen sich besonders, wenn die Anschaffungskosten einer Solaranlage möglichst gering gehalten werden sollen. Deshalb finden sie vor allem bei sehr großen Anlagen Verwendung.

Durch die moderaten Anschaffungskosten reduziert sich die Kapitalbindung der Anlage, weshalb sich die Finanzierung häufig einfacher gestaltet.

Für Privatpersonen können sich polykristalline Zellen insbesondere auf Dächern in Ost-West-Ausrichtung lohnen. Denn in solchen Fällen sollen häufig beide Dachseiten mit Solarmodulen belegt werden. Dadurch steigt der Investitionsbedarf stark.

Polykristalline Zellen können dann durch ihre geringen Anschaffungskosten Vorteile bringen. Darüber hinaus ist die Sonneneinstrahlung auf Dächern in Ost-West-Ausrichtung nicht optimal, wodurch der geringere Wirkungsgrad polykristalliner Solarzellen etwas weniger ins Gewicht fällt. 

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