Polykristalline Solarzellen: Aufbau, Wirkungsgrad, Vor- und Nachteile

Kai Janßen
Juli 16, 2021
Kategorie: Solarzellen

Aufgrund ihrer guten Verfügbarkeit am Markt und des geringen Preises erfreuen sich polykristalline Solarzellen einer großen Beliebtheit und nehmen derzeit einen Marktanteil von circa 70% ein. Auf der anderen Seite steht ihr moderater Wirkungsgrad.

Nicht nur deswegen ist in Zukunft mit einem Rückgang ihrer Bedeutung zu rechnen. Denn durch den technischen Fortschritt bei der Paneelherstellung reduzieren sich die Anschaffungskosten für leistungsstärkere monokristalline Solarzellen sehr stark. Hierdurch wird sich der Kostenvorteil polykristalliner Zellen vermutlich verringern. 

Vorteile:

  • Geringe Kosten
  • Hohe Lebensdauer
  • Umweltfreundlich
  • Gute Verfügbarkeit am Markt

Nachteile:

  • Geringer Wirkungsgrad
  • Hohes Gewicht
  • Für kleine Flächen suboptimal
  • Probleme bei schwachem Licht

Was sind polykristalline Solarzellen?

Polykristalline Solarzellen sind Zellen, die aus vielen kleinen Siliziumkristallen bestehen. Das ist ein großer Unterschied zu monokristallinen Solarzellen, die aus einem Siliziumkristall hergestellt werden. 

Solche Zellen sind auch für Laien leicht zu erkennen, denn die jeweiligen Solarmodule besitzen eine blaue Färbung. Monokristalline Solarzellen hingegen sind schwarz. 

Polykristalline Solarzelle

Polykristalline Solarzellen

Wie werden polykristalline Solarzellen hergestellt?

Polykristalline Zellen werden aus sehr reinem flüssigem Silizium hergestellt. Allerdings ist dessen Reinheitsgehalt nicht ganz so hoch wie bei der Herstellung von monokristallinen Solarzellen.

Um polykristalline Solarzellen herzustellen, wird häufig das Blockgussverfahren verwendet. Hierbei wird Silizium mittels einer Induktionsheizung geschmolzen. Sobald es flüssig ist, wird es in eine längliche, viereckige Form gegossen. In dieser Form wird das Silizium abgekühlt. Dieser Vorgang erfolgt dabei von unten nach oben und ist relativ zeitintensiv. Durch das Abkühlen wird das Silizium fest und es bilden sich unterschiedlich große Kristalle.

Polykristalline Solarzelle mmit Silizium

Polykristalline Solarzellen werden aus Silizium hergestellt

Ist der gesamte Siliziumblock ausgehärtet, wird er in mehrere kleinere Blöcke zerschnitten. Von diesen werden im Anschluss sehr feine Scheiben, sogenannte Wafer, abgeschnitten. Jeder dieser Wafer bildet dann als Halbleiter das Kernstück einer neuen Solarzelle.

Um die Solarzelle vor Verschmutzung zu schützen, wird der Wafer in transparentes Ethylen-Vinyl-Acetat eingebettet. Die Oberseite wird dann mit einer Glasabdeckung geschützt. Um den erzeugten Strom nutzen zu können, wird die Solarzelle mit zwei Elektroden versehen und im Aluminiumrahmen des Solarpaneels befestigt.

Ein weiteres Verfahren, das bei der Herstellung von polykristallinen Solarzellen Anwendung findet, ist das sogenannte Bridgman-Verfahren.

Diese Herstellungsweise ist vergleichbar zum Blockgussverfahren, allerdings wird das flüssige Silizium zum Abkühlen nicht in einen extra Behälter gegossen. Stattdessen erfolgt das Erstarren des Siliziums im Schmelztiegel. Hierzu wird die Induktionsheizung nach oben bewegt. Dadurch erstarrt die Flüssigkeit im Schmelztiegel von unten nach oben. Nach dem vollständigen Aushärten erfolgt die Weiterverarbeitung des Siliziumblocks, auch „Ingot“ genannt, analog zum Blockgussverfahren.

Die einzelnen Solarmodule bestehen aus Solarzellen, die kleine "Kraftwerke" der PV-Anlage sind. Erfahren Sie alles über Solarzellen und lernen über den Aufbau, die Funktionsweise und welche Arten es gibt.

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Vorteile von polykristallinen Solarzellen

Da das Silizium nicht so extrem rein wie für monokristalline Solarzellen sein muss, sind die Rohstoffkosten für diese Solarzellen relativ gering. Darüber hinaus ist deren Herstellungsprozess vergleichsweise kostengünstig, was die Anschaffungskosten weiter senkt.

Aus diesem Grund können Module aus polykristallinen Solarzellen derzeit bereits für einen Preis von 150 bis 270 Euro erworben werden. Dieser Preisvorteil ist insbesondere bei der Belegung von großen Dach- oder Freiflächen vorteilhaft, da die Anschaffungskosten für die gesamte Anlage erheblich reduziert werden.

Neben dem geringen Anschaffungspreis überzeugen polykristalline Solarzellen auch durch eine hohe Langlebigkeit. Dies impliziert Vorteile sowohl in der ökonomischen als auch in der ökologischen Betrachtung. Denn nicht nur die Anschaffungskosten, sondern auch die bei der Herstellung entstehenden Umweltbeeinträchtigungen werden durch die lange Nutzungsdauer relativiert.

Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass polykristalline Solarzellen gut am Markt verfügbar sind. Dadurch sind die Lieferzeiten zumeist sehr gering.

Nachteile von polykristallinen Solarzellen

Dem niedrigen Herstellungspreis steht bei polykristallinen Solarzellen insbesondere ein gravierender Nachteil gegenüber: Da an den Übergängen zwischen den einzelnen Siliziumkristallen im Wafer ein Energieverlust auftritt, ist der Wirkungsgrad einer polykristallinen Solarzelle um ca. 12 bis 25% geringer als der einer monokristallinen Zelle.

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle determiniert die Effizienz, mit der aus dem einfallenden Sonnenlicht Strom erzeugt werden kann. 

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Dies hat Auswirkungen sowohl auf die ökonomische Bewertung als auch den zu erwartenden Stromertrag einer Photovoltaikanlage. Insbesondere kleine Privatanlagen erzielen deshalb häufig nur geringe Renditen.

Das lässt sich darauf zurückzuführen, dass unabhängig vom Anschaffungspreis der Solarpaneele noch weitere Fixkosten bei der Installation einer Solaranlage anfallen. Beispiele hierfür sind die Montage, Versicherung und der Anschluss an das Stromnetz.

Insbesondere für Privathaushalte kann es sich deshalb lohnen diese fixen Kosten auf leistungsfähigere, aber in der Anschaffung teurere Module zu verteilen.

Neben dem suboptimalen Wirkungsgrad der Anlagen besitzen polykristalline Solarzellen weitere Nachteile.

So können sie aufgrund ihres hohen Gewichts nur auf Dachflächen mit einer hohen Traglast installiert werden. Wie bei anderen Solarzellen bestehen auch bei polykristallinen Zellen Leistungseinbußen bei schwacher Lichteinstrahlung.

Einsatzzwecke von polykristallinen Solarmodulen 

Mit polykristallinen Solarzellen lässt sich ein mittlerer Energieertrag pro definierter Aufstellfläche generieren. In der Praxis werden bei einer Spitzenleistung zwischen 7 und 10 Quadratmeter für die Produktion einer Kilowattstunde Strom benötigt.

Deshalb sollten polykristalline Solarzellen bevorzugt für große Anlagen verwendet werden. Durch den moderaten Anschaffungspreis der Solarpaneele reduziert sich bei der Verwendung polykristalliner Solarzellen die Kapitalbindung für die Anlage erheblich.

Polykristalline Solarzellen werden deshalb zumeist auf großen Dächern von Häusern, Ställen oder Hallen beziehungsweise für Freiflächenanlagen eingesetzt. Ist die Aufstellfläche hingegen knapp oder teuer, sollte zumeist auf leistungsfähigere Module zurückgegriffen werden.

Über welche Eigenschaften Ihr Dach verfügen muss, um als guter Standort für eine Solaranlage gelten zu können, erfahren Sie in diesem Ratgeber.

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Ein erfolgversprechendes Einsatzgebiet für polykristalline Solarzellen im Privatbereich besteht oft auf Dächern mit Ost-West-Ausrichtung. Denn in solchen Fällen kann es sich lohnen, beide Dachseiten mit Solarmodulen zu belegen. Polykristalline Zellen sind dann wegen ihrer günstigen Anschaffungspreise häufig zu bevorzugen.