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Grundlagen

Lohnen sich Dünnschicht­solar­zellen fürs Ein­familien­haus?

Dünnschichtmodule kommen auf Privathäusern nur selten zum Einsatz. Grund dafür ist der niedrige Wirkungsgrad von Dünnschichtzellen. Doch das heißt nicht, dass Dünnschichtmodule grundsätzlich gemieden werden sollten. Wir erklären, was Sie über Dünnschichtsolarzellen wissen sollten und wann sich der Einsatz auf Ihrem Dach lohnt. 
Flexible solar battery on white background. 3D illustration.

Was ist ein Dünnschichtmodul?

Ein Dünnschichtmodul ist ein hauchdünnes Photovoltaikmodul, das deutlich einfacher zu produzieren ist als ein übliches kristallines Photovoltaikmodul, da die Materialien lediglich auf ein Trägermaterial aufgedampft werden. Hierdurch sind Dünnschichtmodule deutlich günstiger. Aber auch das Temperatur- und Schwachlichtverhalten ist gegenüber Standard-Modulen verbessert. Der größte Nachteil von Dünnschichtmodulen ist allerdings ihr niedriger Wirkungsgrad von nur 10-13%. Bei privaten Häusern kommen Dünnschichtmodule daher nur selten zum Einsatz, denn für die gleiche Photovoltaikleistung wird erheblich mehr Dachfläche benötigt.

Material

Die meisten Photovoltaikmodule verwenden mono- oder polykristallines Silizium. Dünnschichtmodule hingegen werden zumeist aus amorphem, nichtkristallinem Silizium gefertigt. Amorphes Silizium verfügt über ein hohes Absorptionsvermögen von elektromagnetischen Wellen im optischen und nahinfrarotem Spektralbereich. Daher ist es ideal für den Einsatz in Solarmodulen mit besonders geringen Schichtdicken.

Außer amorphem Silizium kommen aber auch andere Halbleitermaterialien für Dünnschichtmodule in Frage. Ebenfalls häufig genutzt werden insbesondere
Cadmium-Tellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS). Die Besonderheit bei CIGS-Modulen ist, dass diese von allen Seiten direkte und indirekte Sonnenstrahlung aufnehmen und in Strom wandeln können und so deutlich höhere Wirkungsgrade erreichen als normale Dünnschichtmodule (15% und mehr).

Ein Dünnschichtmodul ist nur 1 bis 5 Mikrometer dick und damit hundertmal dünner als übliche mono- oder polykristalline Zellen.

Herstellung

Die Herstellung von Dünnschichtmodulen ist unkomplizierter als die von kristallinen Photovoltaikmodulen. Während bei mono- und polykristallinen Solarzellen ein fester Siliziumblock in dünne Scheiben, die Solarzellen, zerteilt werden muss, wird das amorphe Silizium (oder ein anderes Material) von Dünnschichtsolarzellen einfach auf ein Trägermaterial aufgedampft oder aufgesprüht. Durch das Aufdampfen sind Dünnschichtsolarzellen dünner und auch leichter als Standard-Solarzellen. Das meistgenutzte Trägermaterial für Dünnschichtsolarzellen ist Glas, aber auch Metall und Kunststoffe werden verwendet. 

Der Wegfall der aufwändigen Waferproduktion, macht sich auch im Preis eines Dünnschichtmoduls bemerkbar. Normale kristalline Solarzellen können aktuell nicht deutlich dünner gefertigt werden, da die verwendeten Drahtsägen die Wafer nicht feiner zerteilen können. Bekanntester Hersteller von Dünnschichtsolarmodulen ist First Solar.

Kosten

Während mono- und polykristalline Solarmodule 2019 etwa 1.100€ bis 1.400€ pro kWp (inkl. Montage) kosten, liegen die Preise für Dünnschichtmodule bei nur etwa 750€ bis 1.200€ pro kWp. Allerdings sollten Sie beachten, dass sie etwa 1,5 bis 2 mal so viele Dünnschichtmodule benötigen, um die gleiche Leistung wie monokristalline Photovoltaikmodule zu erzielen.

Effizienz / Wirkungsgrad

Die durchschnittliche Effizienz von Dünnschichtmodulen liegt deutlich unter der Effizienz kristalliner Module. Während in der Anfangszeit nur Wirkungsgrade von 4 bis 10 % erzielt werden konnten, sind heute Wirkungsgrade von 10-13% üblich.

Einige Hersteller konnten auch bereits deutlich höhere Wirkungsgrade nachweisen. Die Calyxo GmbH etwa meldete diesen Sommer eine Steigerung des Wirkungsgrades ihrer Cadmiumtellurid-Dünnschichtmodule von 13 auf durchschnittlich 16,5 Prozent. First Solar hat eine Modulreihe 6 mit einem Wirkungsgrad von mehr als 17%, die ebenfalls auf der bekannten Cadmium-Tellurid (CaTe)-Dünnschichttechnologie basiert. Natürlich muss für solche Hochleistungsmodule auch ein höherer Preis gezahlt werden.

Vor- und Nachteile von Dünnschichtmodulen

Vorteile

  • günstiger
  • geringes Gewicht
  • hohe Effizienz bei schwachem Lichteinfall
  • geringe Temperaturempfindlichkeit
  • da, die Module rahmenlos sind wenig Schmutzablagerungen
  • verkürzte Energierücklaufzeit (1-2 Jahre statt 2-3,5 Jahre)

Nachteile

  • niedriger Wirkungsgrad & dadurch hoher Flächenbedarf
  • durch fehlenden Rahmen wenig stabil & erschwerte Montage
  • erschwerte Kompatibilität (spezielle Montagesysteme, nicht alle Wechselrichter)
  • erhöhte Moduldegradation 
  • nur wenige Anbieter und Hersteller

Vergleich Dünnschicht vs. Dickschichtmodule (mono- und polykristalline Module)

 
DünnschichtDickschicht
Materialamorphes Silizium, Cadmiumtellurid, Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS)monokristallines Silizium, polykristallines Silizium
Modulwirkungsgrad10-13%15-22%
Moduldegradation0,3-0,5%0,1-0,3%
Gewicht3-10 kg8-23 kg
Energierücklaufzeit*1-2 Jahre2-3,5 Jahre
Preis€€
Montageerschwert, da kein Modulrahmen vorhandenunkompliziert
Kompatibilitätspezielle Montagesysteme nötig, nicht mit allen Wechselrichtern kompatibel (oft nur Wechselrichter mit Trafo)gut, da kristalline Module Standard sind 
Anwendungsuboptimale Standort- bedingungen (z.B. Schwachlicht) , geringe Tragfähigkeit des Daches, Fassaden, große Flächenuniversell einsetzbar, besonders für kleine Dachflächen geeignet (z.B. Einfamilienhaus) 
* (Zeit nach dem Energie für Herstellung wieder durch die Module produziert wurde)

Fazit

Der Einsatz von Dünnschichtmodulen lohnt sich für die meisten Einfamilienhäuser nicht, da kristalline Photovoltaikmodule die vorhandene Dachfläche aufgrund ihres erhöhten Wirkungsgrades besser ausnutzen können. Mit einem monokristallinen Hochleistungsmodul mit 22% Wirkungsgrad und 400W können Sie so deutlich mehr Erträge auf der Ihnen zur Verfügung stehenden Dachfläche erzielen als mit einem Dünnschichtmodul mit nur 12% Wirkungsgrad.

Auch der niedrigere Preis der Dünnschichtmodule kann nicht den Ausschlag geben, da die finanziellen Vorteile durch die langfristig höheren Erträge beim Einsatz von kristallinen Solarmodulen überwiegen. Außerdem sind kristalline Module durch ihre Dicke und den Modulrahmen deutlich robuster und somit einfacher zu montieren als die meist rahmenlosen Dünnschichtmodule.

In Einzelfällen kann der Einsatz von Photovoltaik Dünnschichtmodulen aber auch auf Einfamilienhäusern Sinn machen. Etwa wenn Sie deutlich zu viel Dachfläche zur Verfügung haben oder wenn die Einstrahlungsbedingungen nicht optimal sind, denn Dünnschichtmodule erreichen auch bei schwachem Lichteinfall hohe Effizienzen. Schließlich kann ein Dünnschichtmodul auch eine Alternative sein, wenn Ihr Dachstuhl nur geringe Lasten tragen kann.

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