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Dickschicht oder Dünnschicht?

Bild: Dickschichtmodul auf dem Dach

Dickschicht-Modulen gehört
der Platz an der Sonne

Eine der Schlüsselfragen, die sich jedem Bauherrn bei der Planung seiner Photovoltaik­anlage stellt, ist die nach dem Modultyp: Was soll es sein – Dickschicht oder Dünnschicht?
Beide Modultypen haben unter­schiedliche Stärken. Worauf kommt es an? Eine Entschei­dungshilfe.

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Wer keine Zeit hat, den ganzen Text zu lesen, kann hier auch direkt zu den Einzelfragen springen:

  • Dickschicht- oder Dünnschichtmodule für Ihr Dach?
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Preise und Vorzüge der beiden Modultypen

Dickschicht-Module aus kristallinen Solarzellen kosten – fertig installiert – derzeit im Durchschnitt rund 1.300 Euro pro Kilowatt Leistung. Damit sind sie 200 bis 500 Euro teurer als Dünnschichtmodule – allerdings erzeugen sie auf derselben Fläche um 20 bis 40% mehr Strom. Für Anlagen auf Dächern von Ein- und Zweifamilienhäusern sind sie deshalb meist die erste Wahl.
Dünnschichtmodule spielen ihre Stärken hingegen in Spezialanwendungen aus. Ihre ästhetischen Vorzüge kommen z.B. bei an Fassaden montierten und dachintegrierten PV-Anlagen zum Tragen.
Bei Anlagen auf Freiflächen oder Scheunen- und Garagendächern, wo der größere Flächenbedarf weniger entscheidend ist, können sie mit geringeren Anschaffungskosten punkten.

Trotz der scheinbar klar verteilten Rollen lohnt es sich aber, bei jeder Anlagenplanung das Für und Wider beider Modultypen abzuwägen (zum Modulaufbau mehr an dieser Stelle).
In einer raschen Gegenüberstellung (Details folgen im nachstehenden Artikel):


Pros und Cons von Dickschichtmodulen und Dünnschichtmodulen

Kristalline PV-ModuleDünnschicht-Module
  • hoher Wirkungsgrad
  • geringer Flächenbedarf
  • robuste Konstruktion
  • sehr gute Haltbarkeit
  • geringe Ertragseinbußen über die Laufzeit
  • hoher Wirkungsgrad
  • hohes Gewicht
  • Temperaturempfindlich
  • hoher Preis
  • mäßiges Schwachlichtverhalten
  • günstiger Preis
  • geringer Materialaufwand, kürzere Energierücklaufzeit
  • geringeres Gewicht, besseres Aussehen
  • temperaturbeständig
  • weniger schmutzanfällig
  • niedriger Wirkungsgrad
  • hoher Flächenbedarf
  • kürzere Lebensdauer
  • komplizierte Montage
  • weniger stabil

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Dünnschicht- und Dickschichtmodule: ein Ziel – zwei Wege

Dickschicht- und Dünnschichtmodule gleichen sich zwar wie Schwestern – aber nicht wie Zwillinge aus dem selben Ei. Manche Unterschiede lassen sich schon mit dem freiem Auge erkennen oder mit den bloßen Fingern ertasten. Andere wiederum werden erst unter dem Röntgenblick der modernen Quantenphysik sichtbar.

Differenzen im Großen – Gestalt, Gewicht und Aussehen

Was Dünn- und Dickschichtmodule grundlegend unterscheidet, sind die verwendeten Solarzellen:

  • Dickschicht-PV-Module bestehen aus kristallinen Solarzellen.
  • Dünnschicht-Module bauen auf Zellen auf, die meist aus hauchdünnen Schichten Cadmium-Tellurid (CdTe) oder Kupferkies (CIS) gefertigt sind; auch organische Solarzellen aus Kohlenwasserstoffverbindungen zählen zu ihnen.

Dickschicht-Module: In deren Kern wandeln kristalline Solarzellen Licht in Strom um. Gefertigt werden die Zellen entweder aus besonders reinem monokristallinen oder weniger hochwertigem polykristallinen Silizium. Dafür sägt man rund 0,2 Millimeter dicke Scheiben (Wafer) aus massiven Siliziumblöcken (Ingots). Die 15 × 15 Zentimeter großen Wafer verarbeiten die Hersteller dann zu Solarzellen weiter: Sie reichern sie z.B. gezielt mit Fremdatomen an, um ihre Leitfähigkeit anzupassen (Dotierung); und sie beschichten sie mit einer Antireflexschicht, um die Lichtnutzung zu verbessern. Danach werden 40 bis 100 meist vorsortierte Zellen zu einer elektrischen Einheit zusammen geschaltet.
Diese wird anschließend noch in mehrere Schichten eingebettet – vom Abdeckglas auf der Vorderseite über die Laminierung bis hin zur Rückseitenfolie. Die „Verpackung“ stellt sicher, dass möglichst viel Licht zu den Zellen gelangt (optisches Abdeckglas) – und sie schützt vor mechanischen und atmosphärischen Einflüssen. Das gewährleistet eine Lebensdauer von mindestens 20 bis 40 Jahren.

Dünnschicht-PV-Module: Dünnschichtmodule ihrerseits bestehen aus rund 80 bis 150 Dünnschicht-Solarzellen. Diese werden nicht aus einem Block gesägt, sondern hauchdünn auf ein Trägermaterial aufgedampft – in der Regel bruchfestes Glas mit einer Stärke von 1 bis 2 Millimetern. Die lichtempfindliche Solarzellenschicht ist nur rund 1 bis 5 Mikrometer dick, d.h. rund hundert Mal dünner als die von kristallinen Zellen; deshalb die Bezeichnung Dünnschichtzellen.
Diese dünnen Solarzellen werden gleich beim Aufdampfen miteinander verschaltet (integrierte Verschaltung), d.h. die Verschaltung wird gleich mit aufgedampft. Anders als bei Dickschicht-Modulen ist hierfür kein eigener Arbeitsschritt notwendig – zusammen mit dem rund hundert Mal geringeren Materialbedarf ist das der Hauptgrund für den niedrigeren Preis:

  • Dickschicht-Module kosten gegenwärtig 1.000 bis 1.700 Euro;
  • Dünnschichtmodule 700 bis 1.300 Euro (Anfang 2017, schlüsselfertig installiert).

Kosten – System und Modulpreise

Die PV-Module selbst machen nur rund 35 bis 50% des Gesamtpreises einer Photovoltaikanlage aus. Der Rest der Kosten verteilt sich die Montage und andere Systemkomponenten (siehe Aufbau von Photovoltaikanlagen – Verkabelung, Wechselrichter, Unterbau). Die folgende Tabelle zeigt die aktuellen Preise für kristalline PV-Module (Stand Sommer 2017, Quelle PVXchange; um die Systempreise zu erhalten, müssen die Modulpreise mit dem Faktor 2 bis 3 multipliziert werden).

HerkunftPreis pro kWp in € [Apr. 2017]Preistrend 2017 [%]
Deutschland0,46-4,2
China0,46-6,1
Japan, Korea0,53-7,0
Taiwan, Südostasien0,39-2,5

Dünn- und Dickschicht-Module und ihre beiden Gesichter

Dünnschichtmodule im gleißenden Sonnenlicht

Dünnschichtmodule im Nadelstreif
– ein sehenswerter Auftritt © First Solar

Die Unterschiede im Aufbau und in der Solarzellentechnologie geben den beiden Modultypen ihren Namen, ihre eigene Gestalt – und ihr typisches Aussehen. Dickschichtmodule sind rund 1 × 1,5 Meter groß, etwa 3 bis 4 Zentimeter dick und von einem kräftigen Alu- oder Stahlrahmen eingefasst. Im Mittel wiegen sie zwischen 15 und 25 Kilo. Auf der verglasten Vorderseite ist zumeist eine quadratische Struktur zu erkennen – hier werden die einzelnen kristallinen Solarzellen sichtbar. Im Licht schimmern die Module bläulich bis dunkelgrau und schwarz.
Dünnschichtmodule hingegen sind in der Regel kleiner (0,6 × 1,2 – 1,6 Meter), weniger als 1 Zentimeter dick und meist rahmenlos. Sie wiegen im Mittel zwischen 10 und 20 Kilo, sind also spürbar leichter. Außerdem ist ihr Erscheinungsbild homogener: Die lichtzugewandte Seite zeigt sich weniger strukturiert; auch wenn manche Dünnschichtmodule ein dezentes Nadelstreif-Muster aufweisen. Farblich erscheinen sie dunkelbraun bis schwarz, manchmal auch grün.

Details zur Herstellung und zum Aufbau von Dünn- und Dickschicht-PV-Modulen
finden Sie hier.

Zum Photovoltaik Rechner


Das Halbleitermaterial: der große Unterschied im Kleinen

Die Art der verwendeten Solarzellen ist verantwortlich für die Abweichungen der beiden Modultypen im Aufbau und in der Gestalt. Der Ursprung dieses Unterschieds wurzelt aber tiefer – in der Funktionsweise der Solarzelle.
Solarzellen und PV-Module sind ausgelegt, Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umzuwandeln – der definiert ist als ein gerichteter Fluss freier, geladener Elektronen. Damit Strom fließt, braucht es also freie Elektronen. Da in der Photovoltaik das Sonnenlicht zur Erzeugung freier Elektronen genutzt werden soll, müssen diese Elektronen durch Sonnenstrahlen, genauer: durch die Energiepaketen des Lichts – die Photonen oder Lichtquanten – erzeugt werden.

Möglich wird das durch die Verwendung des richtigen Materials – von Halbleitern wie Silizium. Halbleiter sind Werkstoffe, die ihre elektrische Leitfähigkeit verändern, wenn Licht auf sie fällt. Die Quantenphysik erklärt den Vorgang so: Halbleiter bestehen aus einem mehr oder weniger gleichmäßigen Kristallgitter. Zusammengehalten wird es von Elektronenpaaren. Fällt Licht auf den Halbleiter, stoßen manche der Elektronen mit den Energiebündeln des Lichts zusammen. Die Energie des Quants oder Photons geht dabei auf das getroffene Elektron über.
Ist die Energie groß genug, werden die Elektronen aus ihrer festen Verbindung gerissen: Sie sind frei und können als Strom fließen. – Weniger frei hingegen ist die Energie des Lichtquants: Sie wurde eingefangen, in der Physik wird dies als „Absorption“ bezeichnet.
Der Vorgang als Ganzer ist als „innerer Photoeffekt“ bekannt.

Sie wollen mehr über Halbleiter wissen? Hier finden Sie die wichtigsten Antworten.

Direkte, indirekte Halbleiter & die Schichtstärke

Zur Absorption von Lichtquanten benötigen Halbleiter nur hauchdünne Schichtstärken. Bei der kristallinen Silizium-Solarzelle beispielsweise genügen rund 10 Mikrometer (0,01 Millimeter), um den größten Anteil nutzbarer Photonen einzufangen. Die restlichen 0,19 Millimeter der durchschnittlich 0,2 Millimeter dicken kristallinen Solarzelle dienen zwar der Stabilität – für die Erzeugung von Solarstrom aber sind sie letztendlich überflüssig.
Die Solartechnik ist deshalb bestrebt, Solarzellen noch dünner zu fertigen. Bei kristallinen Solarzellen scheitert das bisher allerdings an der Sägetechnik. Mit den verwendeten Drahtsägen können Wafer bisher nicht feiner als in Scheiben von (immerhin nur) 0,18 Millimetern Dicke gesägt werden. Alternative Technologien wie Laser-Schneidetechniken oder „intelligentes Schneiden“ in Streifen oder Stäbchen haben es bis dato nicht zur kommerziellen Reife gebracht.
Gegenwärtig lassen sich Dünnschicht-Solarzellen nur mit Hilfe von Abscheideverfahren auf Trägerschichten realisieren. Hierfür hat sich eine Gruppe von Materialzusammensetzungen als besonders qualifiziert erwiesen – die „direkten Halbleiter“ wie Cadmium-Tellurid, CIS, Galliumarsenid, amorphes Silizium (a-Si) oder Kohlenwasserstoffverbindungen (organische Halbleiter).

Direkte Halbleiter als effizienten Lichtfalle

Bändermodell direkte und indirekte Halbleiter

Direkte und indirekte Halbleiter: der Unterschied aus dem Blickwinkel der Quantenpyhsik
Zum Vergrößern bitte anklicken! – © lehrbuch-photovoltaik.de

Was unterscheidet direkte von indirekten Halbleitern wie Silizium? Es sind ihre optischen Eigenschaften – konkret: Ihre besondere Fähigkeit, Lichtquanten einzufangen. Indirekte Halbleiter tun sich dabei etwas schwerer. Bei ihnen genügt es nicht, dass die Photonen die Elektronen aus ihren festen Bindung reißen – frei werden diese erst, wenn ihnen die Schwingung des Kristallgitters zusätz­lich noch den richtigen Impuls mitgibt.
Bei direkten Halbleitern ist dies nicht erforderlich – die Elektron können einfacher (direkt) aus ihren Bindungen gelöst und befreit werden.

Letztlich heißt das: Die Lichtquanten müssen in direkte Halbleiter nicht so tief eindringen, um absorbiert zu werden (= sie haben einen höheren Absorptionskoeffizienten).
Wie groß die Unterschiede zwischen direkten und indirekten Halbleitern sind, zeigt nachstehende Tabelle (Werte gemessen bei einer Licht-Wellenlänge von 0,6 µm – Quelle: Mertens, Photovoltaik, 2011, S. 78).

HalbleiterHalbleiter – TypSolarzelle – TypEindringtiefe [µm]Absorptionskoeffizient [Anzahl/cm]
Silizium (c-Si)indirektDickschicht2,54.000
CdTedirektDünnschicht0,337.000
GaAsdirektDünnschicht0,247.000
amorphes Silizium (a-Si)direktDünnschicht0,2540.000

Individuelle PV-Berechnung für Ihr Dach

 

Dick- und Dünnschichtmodule im Vergleich: Stärken und Schwächen

Diese physikalische/optische Eigenschaft macht direkte Halbleiter also zum idealen Werkstoff für Dünnschicht-Module: Solarzellen und die Module können damit extrem dünn ausgeführt werden. Gemeinsam mit dem anders gearteten Aufbau trägt dieser Unterschied wesentlich dazu bei, dass die beiden Modultypen unterschiedliche Stärken aufweisen – insbesondere in den folgenden fünf Qualitätsmerkmalen:

    • Haltbarkeit, Montage & Ökobilanz
    • Schwachlichtverhalten und Verschattung
    • Temperaturbeständigkeit
    • Wirkungsgrad und Leistungsdichte
    • Preis-Leistungs-Verhältnis & Flächenbedarf

Im Einzelnen:

Haltbarkeit, Montage & Energierücklaufzeit

Dünnschicht-Module sind dünner, leichter und kleiner als kristalline Module. Das hat seine Vorteile: Bei der Handhabung bspw. und wenn der Dachstuhl nur eine geringe Zusatzlast tragen kann. Außerdem lagert sich auf den meist rahmenlosen Paneelen weniger Schmutz ab – der Wartungsaufwand ist geringer.
Der fehlende Rahmen verringert jedoch die Stabilität, sodass Dünnschicht-Module schwieriger und aufwendiger zu montieren sind. Nicht selten sind zwei quer zueinander verlegte Montageschienen notwendig, was den Gewichtsvorteil aufhebt. Auch die Abstimmung mit dem Wechselrichter – ein entscheidender Faktor für einen hohen Ertrag – gestaltet sich komplizierter: Nicht alle Wechselrichter sind mit Dünnschichtmodulen kompatibel; vielfach können nur Wechselrichter mit Trafo eingesetzt werden – und diese sind wieder weniger effizient.
Degradation Unterlegen sind Dünnschicht-Module ihren dicken Gegenstücken außerdem in Bezug auf den Leistungsverlust über die Nutzungsdauer, die Degradation. Das betrifft zum einen die bei ihnen stark ausgeprägte Anfangsdegradation; allerdings ist sie in die Leistungsangaben des Datenblatts bereits einkalkuliert. Dünnschichtmodule weisen aber auch eine höhere altersbedingte Degradation auf (0,1-0,3% pro Jahr bei kristallinen Modulen, 0,3 bis 0,5% bei Dünnschicht-Paneelen)

Ökologische Aspekte & Energierücklaufzeit

Balkendiagramm Energierücklaufzeit

Energierücklaufzeit: Dünnschichtmodule im Vorteil
Zum Vergrößern bitte anklicken! – © Daten ISE-Fraunhofer, eigene Darstellung

Dünnschichtmodule sind in Bezug auf die Verfügbarkeit und die Ge­fährlichkeit der verwendeten Materialien problematischer als Dickschicht-Module. Das Tellur der CdTe-Zellen gehört ebenso zu den begrenzten Ressourcen wie das Indium der CIS-Module.
Cadmium ist zudem ein giftiges Schwermetall. In CdTe-Modulen geht es aber eine sehr stabile Verbindung mit Tellur ein und kommt nur in winzigen Mengen vor (wenige Gramm pro Quadratmeter). Eine sehr hohe Recyclingquote von über 95% verbessert die Ökobilanz dieses Modultyps zusätzlich.
Hinzu kommt, dass sich Dünnschicht-Module im Allgemeinen und CdTe-Module im Besonderen durch eine geringe Energierücklaufzeit auszeichnen. Im Mittel dauert es nur 1-2 Jahre, bis die Energie, die bei der Herstellung investiert, als Solarstrom wieder geerntet wurde. Bei kristallinen Modulen dauert es hingegen 2-3,5 Jahre.

Schwachlichtausbeute & Verschattung: Vorteil Dünnschichtmodule?

SchwachlichtverhaltenVerschattung

Schwachlichtverhalten

Die hohe Effizienz bei schwachem Lichteinfall – bei einer teilweisen Verschattung z.B., einer nicht optimalen Ausrichtung nach Westen/Osten oder in den Wintermonaten – gilt gemeinhin als eine der Hauptstärken von Dünnschichtmodulen. Da in Deutschland der Anteil des diffusen Lichts an der Gesamteinstrahlung mehr als 50 Prozent beträgt, ein nicht zu vernachlässigender Vorteil.
Dieser Vorzug wird allerdings gerne überschätzt. Es ist zwar richtig, dass Dünnschicht-Module bei schwachem Lichteinfall – relativ betrachtet – mehr Strom produzieren: Direkte Halbleiter können die Energie des Lichts eben einfacher in Strom umwandeln. Aber: Die internen elektrischen Widerstände der Modulverschaltung beeinflussen das Schwachlichtverhalten viel stärker. Aus dem Modultyp lässt sich die Leistung bei Schwachlicht deshalb nur bedingt ablesen, wie Testmessungen bestätigen.
Einen Hinweis auf die Schwachlichtqualität des jeweiligen Moduls gibt aber die im Moduldatenblatt verzeichnete Wirkungsgradminderung bei einer Einstrahlung von 200 W/m². Gute Module verlieren relativ gesehen maximal 4% an Effizienz, sehr gute Module weniger als 2% (manche schaffen sogar einen besseren Wirkungsgrad).

Absolut gesehen sind die Erträge von kristallinen PV-Modulen bei Schwachlicht trotzdem höher. Durch den höheren Wirkungsgrad generieren sie pro Flächen schlicht mehr Strom: kristalline Module 160 bis 220, Dünnschichtmodule 90 bis 140 kWh/m² (Einstrahlung 1.000 kWh/Jahr und Quadratmeter).

Verschattung

Nur eingeschränkt haltbar ist auch die Behauptung, dass Dünnschichtmodule weniger empfindlich auf Verschattungen reagieren. Hier kommt es darauf an, wie der Schatten auf das Modul fällt: Während kristalline Solarzellen eine quadratisch Form haben, sind Dünnschicht-Zellen schmal und lang. Legt sich der Schatten quer zu den länglichen Dünnschichtzellen, sind die Verluste geringer als bei kristallinen Modulen. Fällt der Schatten indessen parallel zur Solarzellenausrichtung, sind die temporären Ertragseinbußen höher.
Außerdem wird in Dünnschicht-Modulen üblicherweise nur eine Bypassdiode verbaut. Bypassdioden sind Umschaltvorrichtungen, mit welchen Verschattungsverluste umgangen werden. In guten Dickschicht-Modulen sind es zwei bis vier. Die Verschaltung von Dickschicht-Modulen kann deshalb besser mit Verschattungen umgehen als die von Dünnschicht-Paneelen.

Was bei Verschattung zu tun ist, lesen Sie hier.

Temperaturresistenz

Unbestritten ist indes die geringe Temperaturempfindlichkeit von Dünnschicht-Modulen. Die Ursachen dafür sind vielfältig, zwei Gründe aber sind besonders einflussreich: Aus physikalischer Sicht bedeutet eine höhere Temperatur, dass sich die Elektronen in einem Material heftiger bewegen. Diese zusätzliche Bewegung wirkt sich bei direkten Halbleitern weniger stark auf die Stromproduktion aus: Cadmium-Tellurid und Kupferkies (CIS) reagieren wie gesehen weniger empfindlich auf Schwingungen als Silizium.
Eine zweiter Grund ist: Halbleiter verändern ihre elektrische Leitfähigkeit mit der Temperatur. Je wärmer, desto besser die grundsätzliche Leitfähigkeit. Die ungerichtete Eigenleitung bei höheren Temperaturen stört jedoch den gerichteten Fluss des Stroms, der vom Licht erzeugt wird – dadurch verliert die Solarzelle an theoretischer Höchstleistung (insbesondere Höchstspannung).
Den Dünnschicht-Zellen kommt hier zugute, dass ihre tatsächliche Höchstleistung – die Leistung im Maximalen Arbeitspunkt – weit unter der theoretischen Höchstleistung liegt. Zwar ist das eigentlich ein Zeichen für eine geringere Qualität (ausgedrückt durch den niedrigeren Füllfaktor, der theoretische und tatsächliche Leistung in Relation setzt); in Hinblick auf die Temperaturempfindlichkeit jedoch erweist sich dieser Umstand überraschenderweise als Vorteil. Die durch die Erwärmung verringerte theoretische Höchstleistung wirkt sich bei Dünnschichtzellen weniger stark auf die tatsächliche Leistung aus.

Details zum Maximalen Arbeitspunkt und dessen Bedeutung für den Solarstromertrag finden Sie in unserem Artikel MPP-Tracking.

Temperaturkoeffizient: Ablesen kann der PV-Bauherr die Temperaturempfindlichkeit der Module am Temperaturkoeffizienten. Er gibt an, wie viel Leistung pro Grad Erwärmung im Vergleich mit den 25 Grad der Standard-Testbedingungen verloren geht. Bei Dickschicht-Modulen sind es zwischen 0,3 und 0,5% pro Kelvin, wobei Werte über 0,4% eine mäßige Qualität andeuten. Bei Dünnschicht-Modulen liegt der Temperaturkoeffizient zwischen 0,1-0,3%.
Bei einer Temperaturerhöhung um 10 Grad verlieren kristalline Module gegenüber der Nennleistung also 3 bis 5%, Dünnschichtmodule 1-3%.
Bei einem Dickschichtmodul mit einer Leistung von 250 Watt sind das 7 bis 13 Watt, bei einem Dünnschichtmodul mit 140 Watt 1,5 bis 5 Watt. Da Zellen im Hochsommer im Betrieb 70 bis 80 Grad heiß werden können, ist der Vorteil von Dünnschicht-Modulen hier relativ gesehen beträchtlich. Über das Jahr und absolut betrachtet gesehen relativiert er sich aber.

Wirkungsgrad und Leistungsdichte

Unumstritten ist außerdem, dass Dünnschicht-Module die Energie der Sonne effizienter in freie Elektronen umwandeln. Allerdings betrifft dies nur den ersten Schritt der Stromerzeugung in Solarzellen, den inneren Photoeffekt. Direkte Halbleiter, aus denen Dünnschichtmodule i.d.R. bestehen, können die freien Elektronen jedoch weniger gut nutzen: Den freien Elektronen fällt es hier leichter, sich mit ihren Antiteilchen, den Defektelektronen, zu vereinen (= Rekombination). In diesem Fall fließen sie aber nicht mehr als Strom.
Bei Dickschicht-Solarzellen ist die Rekombinations-Wahrscheinlichkeit geringer.

Neben der Halbleiterpyhsik wirkt sich auch der Herstellungsprozess negativ auf den Wirkungsgrad von Dünnschichtmodulen aus. Bei kristallinen PV-Modulen werden die Solarzellen in einem gesonderten Arbeitsschritten produziert. Das ist zwar aufwendiger – aber fehler- oder mangelhafte Zellen können aussortiert werden

Kristalline PV-Module weisen deshalb weiter einen um Einiges besseren Wirkungsgrad auf als Dünnschicht-Paneele. Module aus monokristallinem Silizium haben Modulwirkungsgrade von 18-22%; jene aus multikristallinem Silizium 15 bis 18%. Bei den Dünnschichtzellen führen die Module aus Cadmium-Tellurid die Effizienztabelle mit bis zu 14% an. Ähnlich hohe Werte – um die 13% – erreichen CIS-Module. Solarmodule aus amorphen Zellen bewegen sich hingegen unter 10% (Stand 2016).
Leistungsdichte Pro Quadratmeter Fläche erbringen monokristalline PV-Modulen unter Standardtestbedingungen eine Leistung von 180 bis 220 Watt; polykristalline Module 160 bis 180, CdTe-Module 140, CIS-Module 130 und a-Si-Module 100 Watt.


Dünn- und Dickschicht-Module: Die Kennzahlen

Dickschicht-PV-ModulDünnschicht-PV-Modul
Wirkungsgrad [%] 15-22% 9-14%
Leistungsdichte (Flächenbedarf) [kWh/m²]150-22090-140
Energierücklaufzeit [Jahre]2-41-2
Haltbarkeit[Jahre]min. 20-40min. 15-30
Temperaturbeständigkeit [Leistungsverlust %/°C]0,3-0,50,1-0,3
Schwachlichteffizienz [Wirkungsgradverlust in % bei 200 W/m²]-2 bis -5+2 bis -3
Preis [€/kWp]1.000-1.700700-1.300

 

Dünn- und Dickschichtmodule – die Schlüsselkriterien

Preis-Leistungsverhältnis

Entscheidender als die bisher genannten Kriterien ist für PV-Bauherrn meist das Preis-Leistungsverhältnis. Schließlich will man wissen, wie viel eine Kilowattstunde Solarstrom am Ende kostet. Das lässt sich am besten anhand einer Überschlagsrechnung beantworten.

Preis & Leistung

In unserem Beispiel treten zwei PV-Module von guter Qualität gegeneinander an:
A) Ein polykristallines PV-Modul mit 250 Watt, einem Wirkungsgrad von 17%, einem Preis von 1.300 Euro pro kWp und einer Fläche von 1,47m².
B) Ein CdTe-Modul mit einer Leistung 130 Watt, einem Wirkungsgrad von 13%, einem Preis von 1.100 Euro und einer Fläche von 1 m².
Das Dünnschichtmodul erzeugt pro kWp Modulleistung 1.000 kWh pro Jahr, das Dickschicht-Modul 950.

 

Aus diesen Basisdaten können wir das Verhältnis von Preis und Ertrag pro Quadratmeter berechnen:

A) Preis: 1 kWp = 1.000 Watt = 4 Module á 250 Wp (1.300/250 = 4). 1.300(Preis pro kWp/4(Anzahl Module)/1,47m²(Modulfläche) = 220 €/m²
Ertrag: 1 kWp = 4 Module á 250 Wp = 950 (Ertrag kWh pro kWp)/4 (Zahl der Module)/1,47(Modulfläche) = 161 kWh/m²

B) Preis: 1 kWp = 1000/130 = 7,7 Module á 130 kW. 1.000/7,7/1 = 143 €/m²
Ertrag: 1 kWp = 1000/130 = 7,7 Module = 1.000 (Ertrag kWh pro kWp)/7,7 (Zahl der Module)/1,00 (Modulfläche) = 129 kWh/m²

Das kristalline Module kann pro Quadratmeter also mehr Strom erzeugen, es ist aber um einiges teurer. Auf ein Jahr bezogen ergibt sich ein Preis für die Kilowattstunde Solarstrom von:

A) 220/161= 1,53 Euro
B) 143/129 = 1,24 Euro

Das Dünnschicht-Modul ist günstiger, in beiden Fällen ist der Strom überraschend teuer. Das liegt daran, dass die PV-Anlage bisher nur ein Jahr gearbeitet hat. Die übliche Produktionsdauer liegt aber bei mindestens 20 Jahren – und in der Regel deutlich darüber. Kristalline PV-Module sind dabei ausdauernder als Dünnschicht-Module. Deshalb gibt der Hersteller in unserem Beispiel auf letztere 5 Jahre weniger Leistungsgarantie. Berücksichtigen wird das in der Berechnung, zeigt sich: Auf lange Sicht produziert das Dickschicht-Modul den Solarstrom günstiger.

  • A) 1,53 Euro verteilt auf 25 Laufzeit = 1,53/25 = 6,1 Cent/kWh
  • B) 1,24 Euro verteilt auf 20 Jahre = 1,24/20 = 6,2 Cent/kWh

Der Flächenbedarf

Diese Berechnung ist natürlich vereinfacht – aber sie offenbart: Dick- und Dünnschicht-Module liegen in puncto Preis & Leistung oft eng beieinander. Wieso werden dann auf den Dächern fast ausschließlich kristalline Module montiert?
Weil die verfügbare Fläche beschränkt ist. Man will diese deshalb möglichst effizient nutzen – und da sind Dickschichtmodule dank des höheren Wirkungsgrads im Vorteil. Um beispielsweise jährlich 4.000 kWh Solarstrom zu ernten, benötigen wir:

  • mit unseren polykristallinen PV-Modulen eine Fläche von 25 m² (4.000/161),
  • mit unseren CdTe-Modulen über 30 m² (4.000/129).

Dickschicht-Module im Vorteil – aber vergleichen lohnt sich

FAZIT

Dünn- und Dickschichtmodule verfügen über unterschiedliche Stärken. Ausschlaggebend ist in der Regel aber, dass kristalline Module die verfügbare Fläche viel effizienter nutzen. Da sich das Preis-Leistungsverhältnis häufig kaum unterscheidet und Dickschicht-Module robuster und einfacher zu montieren sind, schlägt das Pendel in 9 von 10 PV-Bauvorhaben in Richtung kristalline Photovoltaik aus.
Allerdings ist der Pendelschlag nicht so stark, dass sich der Vergleich zwischen den Modultypen in der Planungsphase nicht lohnen würde. Dabei erweist sich die Erfahrung von Experten als unschätzbarer Vorteil. Solarteure kennen die Eigenheit der verschiedenen Modultypen und Modul-Hersteller genau.
Außerdem sollten Sie bei Ihrer Planung die jeweilige Situation am Anlagenstandort in Ihre Überlegungen mit einbeziehen. Bei einer starken Ost- oder West-Ausrichtung gibt der günstigere Preis vielleicht den Ausschlag zu Gunsten der Dünnschicht-Module, weil der Ertrag ohnehin geringer ist. Unter anderen Umständen kommen Sie vielleicht zu anderen Ergebnissen.
Sicher ist jedenfalls: Ob Dick- oder Dünnschicht-Module – mit einer sorgfältig geplanten PV-Anlage lassen sich (auch heute noch!) über Jahrzehnte gute Erträge und Renditen erwirtschaften.

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