Das Wichtigste zusammengefasst
- Polykristalline und monokristalline Solarmodule gehören neben Dünnschichtmodulen zu den am weitesten verbreiteten Arten von Solarmodulen.
- Ob polykristallin oder monokristallin besser für Ihre Solaranlage geeignet ist, hängt in erster Linie von den spezifischen Anforderungen Ihres Projekts ab, einschließlich der verfügbaren Dachfläche, des Budgets und der gewünschten Effizienz.
- Wenn Ihnen nur eine kleine Dachfläche zur Verfügung steht, empfiehlt es sich, zu monokristallinen Modulen zu greifen. Sie sind besonders leistungsstark und benötigen im Vergleich zu anderen Modulen am wenigsten Fläche.
- Polykristalline Module sind zwar etwas weniger effizient, bieten jedoch den Vorteil geringerer Anschaffungskosten. Aufgrund der geringeren Effizienz benötigen sie für die gleiche Leistung mehr Fläche. Das bedeutet, dass ein polykristallines 500-Watt-Modul größer ist als ein vergleichbares monokristallines Modul.
Einführung in Monokristalline und Polykristalline Solarmodule
Sowohl monokristalline als auch polykristalline Solarmodule bestehen aus Solarzellen, die aus dem Halbleitermaterial Silizium hergestellt werden. Dieses wird aus Quarzsand oder Quarzkies gewonnen, indem es bei hohen Temperaturen geschmolzen und anschließend chemisch gereinigt wird. Durch kontrollierte Abkühlung entstehen Siliziumkristalle, die in hauchdünne Scheiben – sogenannte Wafer – gesägt werden. Wafer bilden die Grundlage für Solarzellen. Ihr wesentlicher Unterschied besteht in der Zellstruktur. Je nach Kristallstruktur wird zwischen drei verschiedenen Zelltypen unterschieden: monokristallin, polykristallin sowie amorph.
Aufbau und Herstellung von mono- und polykristallinen Solarmodulen
Wie die Bezeichnung bereits andeutet, bestehen monokristalline Solarmodule aus nur einem einzigen Siliziumkristall, der unter hohem Aufwand aus der Siliziumschmelze gezogen und in hauchdünne Wafer geschnitten wird. Da monokristalline Module nur aus einem homogen strukturierten Kristall bestehen, entstehen keine Leistungsverluste an Kristallgrenzen. Dies führt zu einem besonders hohen Wirkungsgrad. Ein weiteres Erkennungsmerkmal ist ihre gleichmäßig dunkel bis schwarz gefärbte Oberfläche.
Polykristalline Solarmodule hingegen werden aus reinem Silizium hergestellt, das durch kontrollierte Abkühlung in einem Block erstarrt. Dabei entstehen zahlreiche, unterschiedlich ausgerichtete Kristalle, die dem Material seine charakteristische bläuliche Farbe und reflektierende Oberfläche verleihen. In einem Modul liegen diese Kristalle dicht nebeneinander, wodurch an ihren Grenzflächen Leistungsverluste entstehen und so der Wirkungsgrad etwas geringer ausfällt.
Das Herstellungsverfahren von polykristallinen Modulen ist jedoch einfacher, schneller und kostengünstiger, da kein einzelner Kristall aufwendig gezüchtet werden muss. Polykristalline Module sind daher in der Anschaffung günstiger als monokristalline.
Wirkungsgrad und Leistung
Kristalline Solarzellen überzeugen durch hohe Effizienz und Leistung. Monokristalline Module, die sich durch ihre homogene Kristallstruktur auszeichnen, erzielen üblicherweise Wirkungsgrade von etwa 18 bis 24 % und liefern mehr Energie pro Quadratmeter – ideal für stark begrenzte Dachflächen.
Neben dem Wirkungsgrad ist die sogenannte Performance-Ratio (PR) ein wichtiger Faktor, den Sie bei der Auswahl eines Solarmodultyps berücksichtigen sollten. Sie gibt an, wie gut eine Solaranlage unter realen Betriebsbedingungen im Vergleich zu ihrem theoretischen Maximum arbeitet. Ein hoher PR-Wert bedeutet eine effizientere Energieumwandlung und geringere Verluste durch Faktoren wie Temperatur, Verschattung oder Wechselrichterineffizienzen.
Monokristalline Module weisen oft eine höhere PR auf, da sie unter realen Bedingungen stabilere Leistungen erbringen. Besonders bei hohen Temperaturen und schwachen Lichtverhältnissen bleiben ihre Leistungswerte konstanter als die polykristalliner Module.
Polykristalline Module hingegen werden aus mehreren, ungleichmäßigen Siliziumkristallen hergestellt und erreichen Wirkungsgrade von etwa 15 bis 18 %, was einen etwas höheren Flächenbedarf zur Folge hat. Obwohl diese Module kostengünstiger in der Herstellung sind, führen die zahlreichen Grenzflächen zwischen den Kristallen zu Leistungsverlusten und geringfügig niedrigeren Effizienzwerten. Dennoch können sie bei optimalen Bedingungen – wie in kühleren Klimazonen – ebenfalls von einer guten Performance-Ratio profitieren.
Die Wahl zwischen monokristallinen und polykristallinen Solarmodulen sollte daher nicht ausschließlich auf dem nominellen Wirkungsgrad basieren, sondern auch die zu erwartende Performance-Ratio sowie die spezifischen Standortbedingungen berücksichtigen. Monokristalline Module eignen sich vor allem für Bereiche mit begrenzter Dachfläche und anspruchsvollen Betriebsbedingungen, während polykristalline Lösungen oft bei großflächigen Installationen wirtschaftlich überzeugen.
Leistungsverluste und Schwachlichtverhalten
Bei PV-Anlagen wird die Garantie in zwei Bereiche unterteilt: Die Produktgarantie stellt sicher, dass die Komponenten frei von Material- und Verarbeitungsfehlern sind, während die Leistungsgarantie den maximal zulässigen Leistungsverlust bis zum Ende des Garantiezeitraums regelt. Dieses Versprechen wird vom Hersteller gegeben und kann sowohl in der Länge der Garantiezeit als auch im maximal tolerierten Leistungsabfall variieren.
Üblicherweise wird ein maximaler Leistungsverlust von zehn Prozent innerhalb der ersten zehn Jahre sowie zwanzig Prozent ab dem elften Jahr garantiert. Allerdings variieren diese Werte nicht nur je nach Hersteller, sondern hängen auch von der gewählten Modultechnologie – monokristallin oder polykristallin – ab. Dadurch können Sie sicherstellen, dass Ihr gewähltes Modell über die Jahre hinweg eine verlässliche Leistung erbringt.
Das Schwachlichtverhalten beschreibt, wie effizient Solarmodule bei niedrigeren Lichtintensitäten, beispielsweise bei bewölktem Himmel, arbeiten. Das geringere Lichtniveau führt zwangsläufig zu einem Leistungsverlust – wie stark dieser ausfällt, hängt vom jeweiligen PV-Modul ab.
Monokristalline Module überzeugen hierbei durch ihre einheitliche Kristallstruktur, die auch bei diffuser Lichtverteilung eine effiziente Stromerzeugung ermöglicht und somit den Leistungsverlust minimiert. Polykristalline Module hingegen, die aus mehreren, unterschiedlich ausgerichteten Kristallen bestehen, zeigen bei schwachem Licht tendenziell eine niedrigere Energieausbeute und einen höheren Leistungsabfall. Daher weisen die teureren monokristallinen Module in der Regel ein besseres Schwachlichtverhalten auf als die günstigeren polykristallinen Module.
Lebensdauer und Degradation
Photovoltaiksysteme überzeugen durch ihre lange Lebensdauer – im Schnitt über 30 Jahre, wobei manche Anlagen sogar 40 Jahre oder länger in Betrieb bleiben. Die von Herstellern üblichen Leistungsgarantien von 20 bis 30 Jahren stellen sicher, dass die Module trotz natürlicher Degradation weiterhin mehr als 80 % ihrer Nennleistung erbringen. Die jährliche Leistungsabnahme ist abhängig von der Technologie der Module und weist gewöhnlich folgende Werte auf:
Monokristalline Module: ca. 0,3 bis 0,55 % jährlicher Leistungsverlust
Polykristalline Module: ca. 0,2 bis 0,3 % jährlicher Leistungsverlust
Unterschiedliche Mechanismen tragen zu diesem Leistungsverlust bei: Die lichtinduzierte Degradation (LID) tritt unmittelbar nach der Inbetriebnahme auf, während die potenzialinduzierte Degradation (PID) durch Systemspannungen verursacht werden kann. Hinzu kommt die altersbedingte Degradation, die den natürlichen Leistungsverlust über die Zeit beschreibt. Neben diesen intrinsischen Faktoren beeinflussen auch Materialqualität, fachgerechte Montage sowie Umwelteinflüsse die tatsächliche Alterung der Module.
Interessanterweise zeigen veröffentlichte Studien, dass die tatsächliche Degradation oftmals geringer ausfällt als die herstellerseitig angegebenen Werte, wodurch die langfristige Leistungsfähigkeit vieler Module positiv beeinflusst wird.
| Jahr | Leistungsverlust (%) bei mono- und polykristallinen Modulen |
|---|---|
| 1 | 0,3% – 0,6% |
| 5 | 1,5% – 3,0% |
| 10 | 3,0% – 6,0% |
| 15 | 4,5% – 9,0% |
| 20 | 6,0% – 12,0% |
| 25 | 7,5% – 15,0% |
| 30 | 9,0% – 18,0% |
Optik und Ästhetik
Ob polykristallin oder monokristallin die bessere Wahl ist, kann auch eine Frage der Ästhetik sein. Die verschiedenen Solarmodule unterscheiden sich hinsichtlich ihres Paneldesigns und ihrer unterschiedlich gefärbten Oberfläche voneinander. Monokristalline Solarzellen haben aufgrund ihrer einheitlichen Kristallstruktur meist eine dunkelblaue bis schwarze Farbe, während polykristalline Zellen in einem helleren Blau erscheinen. Die homogene Struktur der monokristallinen Zellen ermöglicht eine besonders effiziente Lichtabsorption, wodurch weniger Licht reflektiert wird und das Modul dunkler erscheint.
Bei polykristallinen Zellen führen die ungleichmäßigen Kristallgrenzen zu einer stärkeren Lichtstreuung, was ihre typische bläuliche Färbung verursacht.
Beide Zelltypen werden mit einer dünnen Antireflexionsschicht versehen, die Reflexionen über ein breites Lichtspektrum hinweg minimiert und so die Effizienz der Module verbessert.
Auch die Zellform unterscheidet sich: Monokristalline Zellen werden aus zylindrischen Siliziumstäben geschnitten und haben daher oft leicht abgerundete Ecken oder eine sogenannte pseudoquadratische Form.
Polykristalline Zellen hingegen entstehen aus quaderförmigen Siliziumblöcken und sind dadurch meist perfekt quadratisch.
Preis-Leistungs-Verhältnis
Der Anschaffungspreis für monokristalline Solarmodule liegt bei etwa 200 bis 400 Euro pro Kilowatt-Peak (kWp) Leistung. Polykristalline Module sind mit einem durchschnittlichen Preis von 150 bis 250 Euro pro kWp dagegen kostengünstiger. Der Preisunterschied geht jedoch auch mit einem unterschiedliches Leistungsverhältnis einher. Monokristalline Solarmodule benötigen für 1 kWp installierte Leistung etwa 6 bis 9 Quadratmeter Fläche, während polykristalline Systeme dafür gewöhnlich 7 bis 10 Quadratmeter erfordern, da sie einen höheren Flächenbedarf haben. Durch ihren höheren Wirkungsgrad können monokristalline Module vor allem langfristig höhere Erträge generieren. Die durchschnittliche Amortisationszeit einer PV-Anlage beträgt zwischen 9 und 14 Jahren. Wie schnell sich Ihre Solaranlage amortisiert, hängt jedoch von zahlreichen weiteren Faktoren wie den lokalen Sonnenstunden, staatlichen Förderungen, den Installationskosten und den Strompreisen ab.
Umweltbilanz und Nachhaltigkeit
Die energetische Amortisationszeit gibt an, wie schnell Solarmodule den Energieaufwand, der bei der Herstellung entsteht, kompensieren. Kristalline Solarmodule weisen eine gute Umweltbilanz auf und erreichen eine schnelle energetische Amortisation. Monokristalline Module amortisieren sich im Durchschnitt nach etwa 2,1 Jahren, während polykristalline Module bereits nach rund 1,7 Jahren ihre Energiekosten zurückgewinnen.
Dies ist hauptsächlich auf die energie- und zeitaufwändigere Produktion monokristalliner Module zurückzuführen.
Die tatsächliche Amortisationszeit hängt jedoch auch vom Standort sowie den erzielten Stromverkaufspreisen ab.
Auch hinsichtlich ihrer Recyclingfähigkeit gelten kristalline Photovoltaikmodule als umweltfreundlich. Hersteller sind gesetzlich dazu verpflichtet, alte Solarmodule kostenlos zurückzunehmen und zu verwerten. In der Regel können 95 Prozent eines Moduls recycelt werden. Dabei werden nicht nur Hauptbestandteile wie Glas, Aluminium und Kunststoffe verwertet, sondern auch kleine Rohstoffe wie Silizium, Kupfer und Silber.
Einsatzgebiete und Anwendung
Monokristalline Module eignen sich aufgrund ihrer sehr guten Effizienz insbesondere für kleinere Hausdächer. Sie maximieren die Energieausbeute aus kleiner Fläche und stellen daher in den meisten Fällen die effizienteste Wahl für Solaranlagen auf Einfamilienhäusern dar. Polykristalline Solarmodule kommen aufgrund ihres geringeren Wirkungsgrades und niedrigerer Anschaffungs- und Wartungskosten überwiegend auf großen Dachflächen sowie als Freiflächenanlagen in Solarparks zum Einsatz. Falls Ihnen eine große Installationsfläche zur Verfügung steht, können Sie auf diese Weise bei gleichen Kosten mehr Module installieren. Durch die Anlagengröße kann der geringere Wirkungsgrad kompensiert werden.
FAQ
Monokristalline Solarmodule sind mit einem Wirkungsgrad zwischen etwa 18 und 24 Prozent besonders effizient. Der Wirkungsgrad von polykristallinen Modulen beträgt dagegen ungefähr 15 bis 18 Prozent.
Theoretisch ist es möglich, monokristalline und polykristalline Solarmodule in einer Anlage zu mischen. Durch ihre verschiedenen elektrischen Eigenschaften kann es jedoch eventuell zu Leistungseinbußen kommen. Für eine maximale Effizienz ist es empfehlenswert, sich für Solarmodule eines Typs zu entscheiden.
Sowohl mono- als auch polykristalline Solarzellen zeichnen sich durch Ihre hohe Langlebigkeit aus und können oft über 30 Jahre verwendet werden. Im Vergleich zu monokristallinen Modulen fällt die Degradation polykristalliner Module im Durchschnitt etwas geringer aus.