Wer sich mit Photovoltaikanlagen beschäftigt, wird früher oder später auch auf die unterschiedlichen Module stoßen. Vor allem monokristalline und polykristalline PV-Module werden häufig genannt. Schnell stellt man sich die Frage, wo die Unterschiede zwischen beiden Modulen liegen und welche Modulart die bessere ist.
Wir stellen Ihnen in diesem Artikel beide Modultypen vor und gehen auf die Unterschiede sowie die jeweiligen Vor- und Nachteile ein.
Exkurs: Solarzellen
Bevor wir uns die Unterschiede zwischen monokristallinen und polykristallinen Panels anschauen, ist es zunächst wichtig zu wissen, welche Aufgabe die Solarzellen innerhalb eines PV-Moduls spielen.
Ein Photovoltaikmodul besteht aus vielen einzelnen Photovoltaikzellen. Diese bestehen aus Silizium, Phosphor und Bor. Während das Silizium als Halbleiter fungiert, sind Phosphor und Bor jeweils für die negative bzw. positive Ladung verantwortlich.
Das Sonnenlicht besteht ebenfalls aus verschiedenen Energiepartikeln, den Photonen. Trifft das Sonnenlicht nun auf die PV-Module, werden die Photonen von den Solarzellen absorbiert. Dabei stoßen die Zellen Elektronen aus dem Silizium heraus, wodurch sie angeregt werden und zu vibrieren beginnen. Dadurch wird Strom erzeugt, der durch die Stromschienen und Silberleiter fließt, die auf die Siliziumzellen gedruckt sind.
Mit diesem sogenannten Photovoltaik-Effekt verwandelt jedes Solarmodul, unabhängig von Bauweise und verwendeten Zellen, Sonnenenergie in Strom.
Monokristalline & polykristalline PV-Module: Die Unterschiede
Die beiden Modultypen unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht. Wir werden die verschiedenen Eigenschaften gegenüberstellen und jeden einzelnen genauer beleuchten.
Herstellungsverfahren
Sowohl monokristalline als auch polykristalline Solarpanels gehören zu den sogenannten Wafer-Modulen. Und auch der Grundstoff, nämlich Silizium, ist derselbe. Die Herstellungsverfahren und damit auch die Zellstruktur unterscheiden sich jedoch sehr.
Monokristalline Solarzellen
Für monokristalline Solarzellen wird ein Einkristall aus Silizium benötigt. Dafür wird reines Silizium zunächst in einer speziellen Schmelzwanne geschmolzen. In das flüssige Silizium wird anschließend ein Kristallkern getaucht. Dieser rotiert stetig mit einer Geschwindigkeit von einigen Millimetern pro Stunde. Durch diese Prozedur wächst der Einkristall mit reiner Struktur und einheitlicher Farbe heran. Diesen runden Einkristall nennt man Ingot.
Aus dem Ingot werden nun die Wafer herausgeschnitten. Das sind hauchdünne Scheiben mit einem Durchmesser zwischen 0,18 und 0,2 mm. Nachdem die Kanten und Ränder abgeschliffen wurden, wird eine Antireflexionsbeschichtung aufgetragen und eine Dotierungsschicht erzeugt. Anschließend werden die Metallkontakte aufgetragen. Die fertige Solarzelle wird abschließend noch einer thermischen Behandlung unterzogen. Die Zellen werden dann zu PV-Modulen verarbeitet, indem sie in Reihe geschaltet und anschließend verkapselt werden.
Polykristalline Solarzellen
Bei der Herstellung von polykristallinen Solarzellen kommt das Blockgussverfahren zum Einsatz. Hierbei werden viele Siliziumkristalle miteinander verschmolzen, in eine quadratische Form gegossen und darin kontrolliert abgekühlt. Dadurch entsteht ein Siliziumblock mit kaleidoskopartigen Kristallmosaiken.
Aus diesem Block werden nun ebenfalls die einzelnen Wafer herausgesägt und anschließend nach dem gleichen Verfahren wie bei monokristallinen Solarzellen zu PV-Modulen verarbeitet.
Aussehen
Während monokristalline PV-Module eine schwarze, ebenmäßige Optik besitzen, sticht die polykristalline Module durch ihre dunkelblaue, gesprenkelte Oberfläche, die an
das Innere eines Kaleidoskops erinnert, hervor. Diese Optik entsteht durch viele einzelne Siliziumkristalle, die besonders unter Sonneneinwirkung stark reflektieren.
Monokristalline Solarzellen sind achteckig, da sie aus einem runden Ingot gesägt wurden und eine viereckige Form zu höherem Materialverlust führen würde. Die Zellen bestehen aus einem homogenen Kristallgitter.
Polykristalline Solarzellen sind rechteckig, da sie aus passenden Blöcken herausgesägt werden und nicht zusätzlich an allen vier Seiten beschnitten werden. Sie bestehen aus vielen einzelnen Zellen der gleichen Struktur, die in unterschiedliche Richtungen zeigen.
Leistungsfähigkeit & Schwachlichtverhalten
Das aufwändige Verfahren, in dem monokristalline Solarmodule hergestellt werden, zahlt sich aus. Denn in Sachen Leistung liegen sie deutlich vor ihren polykristallinen Kollegen. Das liegt vor allem daran, dass sie sehr homogen sind und es im Vergleich weniger Defekte und Verunreinigungen gibt. Das führt auch zu einer höheren elektrischen Leitfähigkeit. Die glatte Oberfläche sorgt außerdem dafür, dass weniger Lichtreflexionen entstehen, wodurch es zu einer höheren Ausbeute je Flächeneinheit kommt.
Monokristalline Module haben im Schnitt einen Wirkungsgrad von 20 bis 22 Prozent und gelten als die ausgereifteste Modulart am Markt und bilden die Basis für moderne, leistungsoptimierende Verfahren wie PERC- und bifaziale Solarpanels.
Sie benötigen circa 6 bis 9 Quadratmeter, um 1 kWp Leistung zu erbringen.
Bei polykristallinen Solarmodulen haben die Elektronen aufgrund der Vielzahl an Kristallen und deren Anordnung weniger Bewegungsfreiraum als bei der monokristallinen Variante. Das geht mit einem Leistungsverlust von etwa 2 Prozent einher, wodurch der Wirkungsgrad für polykristalline PV-Module bei 15 bis 20 Prozent liegt. Für 1 kWp Leistung benötigen sie etwa 7 bis 10 Quadratmeter.
Allerdings ist dieser Leistungsunterschied zu vernachlässigen, da er vor allem bei großen PV-Anlagen kaum ins Gewicht fällt.
Außerdem verlieren polykristalline Module über die Lebenszeit weniger Leistung als monokristalline Module. Auch der generelle Leistungsverlust fällt bei polykristallinen Modulen geringer aus, da sich die Zellen nicht so stark erhitzen. Die schwarze Farbe der monokristallinen Module führt hingegen zu höheren Temperaturen, wodurch die Leistung der Module bei steigender Temperatur zunehmend abnimmt.
Dafür haben monokristalline Module beim Schwachlichtverhalten die Nase vorn und erzielen bei schlechtem Wetter einen deutlich höheren Ertrag.
Langlebigkeit
Die Lebensdauer von Photovoltaikmodulen liegt generell bei bis zu 30 Jahren. Dabei ist es egal, ob die verwendeten Module mono- oder polykristallin sind.
Die Leistungsdegradation unterscheidet sich jedoch zwischen den beiden Modularten:
- monokristalline Solarmodule: 0,3 bis 0,55 % Leistungsverlust pro Jahr
- polykristalline Solarmodule: 0,2 bis 0,3 % Leistungsverlust pro Jahr
Preis
Auch bei den Kosten macht sich das aufwändige Herstellungsverfahren der monokristallinen Solarmodule bemerkbar. Und auch das hochwertigere, reine Silizium, das bei der Herstellung verwendet wird, hat seinen Preis. Monokristalline Solarmodule liegen preislich zwischen 190 und 400 Euro pro Kilowatt-Peak Leistung.
Die Kosten für polykristalline Photovoltaikmodule liegen hingegen bei 150 bis 250 Euro pro Kilowatt-Peak Leistung.
Doch auch, wenn monokristalline Module deutlich teurer sind, darf man nicht außer Acht lassen, dass sie eine höhere Leistungsdichte besitzen. Dadurch kann man auf kleineren Flächen mehr Gesamtleistung erreichen.
Weiterhin ist der Preisunterschied zwischen beiden Modultypen in den vergangenen Jahren immer weiter gesunken, sodass abzusehen ist, dass die Preise sich auch zukünftig weiter annähern werden.
Vor- und Nachteile von monokristallinen PV-Modulen
| Vorteile Monokristallin | Nachteile Monokristallin |
| Hoher Wirkungsgrad von 20-22 % | Höhere Temperaturentwicklung, dadurch höherer Leistungsverlust |
| Platzsparend: es wird weniger Fläche für gleiche Leistung benötigt. | Höhere Kosten durch aufwändiges Herstellungsverfahren |
| einheitliche, glatte, schwarze Farbe |
Vor- und Nachteile von polykristallinen PV-Modulen
|
Vorteile Polykristallin |
Nachteile Polykristallin |
| Günstiger Preis durch einfach Herstellungsprozess | Geringerer Wirkungsgrad von 15-20 % |
| Benötigt mehr Fläche für die gleiche Leistung | Optisch weniger ansprechend, uneinheitliche Farbe |
| Sehr geringer Leistungsverlust im Jahresverlauf |
Monokristallin oder Polykristallin – Was ist besser?
Zwar sind polykristalline PV-Module aktuell mit über 70 Prozent auf dem Markt vertreten, dennoch setzen sich monokristalline Module immer mehr durch. Das liegt vor allem an ihrem höheren Wirkungsgrad und der besseren Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen.
Dennoch gibt es auch gute Gründe für den Einsatz von polykristallinen PV-Modulen, insbesondere wenn der Preis und die optische Gestaltung wichtige Kriterien sind.
Generell sollte bei der Entscheidung für monokristalline oder polykristalline PV-Module der Einsatzzweck und die individuellen Bedürfnisse berücksichtigt werden. Eine genaue Analyse der örtlichen Gegebenheiten, des zur Verfügung stehenden Platzes und des finanziellen Rahmens ist empfehlenswert, um die bestmögliche Lösung zu finden.