Photovoltaik-Module: Unterschiede im Vergleich
Wer sich für eine Photovoltaik-Anlage interessiert, kommt an den Begriffen polykristalline und monokristalline Module nicht vorbei. Wir erklären die Unterschiede und zeigen, welche Projekte wir mit welchen Modulen umgesetzt haben.
Bei Einfamilienhäusern wurden noch vor einigen Jahren hauptsächlich Polykristalline-Solarzellen eingesetzt, da diese am kostengünstigsten waren. Die teureren monokristallinen Solarzellen verdrängen aber zunehmend die Polykristallinen-Solarzellen vom Markt.
Welche Module zum Einsatz kommen, hängt aber auch von Faktoren wie z.B. Statik, Beschaffenheit des Gebäudes und verfügbare Fläche ab. Eine kurze Übersicht, der Vor- und Nachteile gängigsten Solarzellen:
| Merkmal | Polykristalline Solarzellen | Monokristalline Solarzellen |
|---|---|---|
| Herstellung | einfachere Fertigung (Silizium Gemisch), dafür günstiger | aufwändigere Herstellung (reines Silizium), dafür teurer |
| Kosten | günstig | teurer als polykristalline Solarzellen |
| Wirkungsgrad | ca. 15-18 % | 20-30 % |
| Leistungseinbußen | bei schlechtem Licht | bei diffusem Licht und hohen Temperaturen |
| Gewicht & benötigte Module | leichtere Module, es wird aufgrund des geringeren Wirkungsgrades eine größere Modulfläche benötigt | schwerere Module, aufgrund es guten Wirkungsgrades werden weniger Module benötigt |
Bei den Dünnschichtzellen gibt es verschiedene Arten. Sie sind ressourcenschonender in der Herstellung, haben ein sehr niedriges Gewicht und sind sehr temperaturbeständig. Bei diffusen/schwachem Licht haben sie geringere Leistungseinbußen als kristalline Module.
Polykristalline Solarzellen
Polykristallin bedeutet, dass eine Solarzelle aus vielen Kristallen besteht. Die Kristalle sind gut sichtbar, sie reflektieren das Sonnenlicht sehr stark. Polykristalline Solarzellen erkennt man an ihrer bläulichen Färbung.
Herstellung von Polykristallinen Modulen
Silizium ist das zweithäufigste chemische Element in der Erdkruste und wird aus Siliziumoxid (Sand) gewonnen. Als Halbleiter kommt Silizium vor allem für die Elektronikindustrie und Photovoltaik-Modul-Herstellung zum Einsatz. Bei der Herstellung wird Silizium geschmolzen und meistens mit Bor „dotiert“ – sprich angereichert. Alternativ wird auch Gallium, Indium oder Aluminium zum Dotieren verwendet. Durch das Anreichern wird die Leitfähigkeit des gesamten Moduls gesteigert.
Danach wird das Silizium-Bor Gemisch in Blöcke (Ingots) gegossen. Beim Auskühlen bilden sich relativ große Kristalle - die Kristallstruktur ist typisch für polykristalline Module. In weiterer Folge werden die Blöcke in sehr dünne Wafer (Scheiben mit weniger als 0,2 mm Dicke) geschnitten. Zwischen den ausgekühlten Kristallen, den sogenannten Korngrenzen, kommt es zu Verlusten in der Energiegewinnung. Diese Module erreichen daher nur einen Wirkungsgrad zwischen 15 und 18 Prozent.
Monokristalline Solarzellen
Monokristallin wird auch mit Einkristall übersetzt, d.h. es handelt sich um ein durchgehendes, einheitliches Kristallgitter. Monokristalline Solarzellen erkennt man an einer dunkelblauen bis schwarzen Färbung der einzelnen Module, sie wirken als eine „Einheit“.
Herstellung von Monokristallinen Modulen
Das Verfahren zur Herstellung ist komplizierter als bei polykristallinen Solarzellen. Das Silizium wird bei dieser Herstellung zweimal geschmolzen und danach einkristalline Stäbe aus der Siliziumschmelze gezogen. Im Anschluss werden die Stäbe in kleine Scheiben (Wafern) zersägt.
Aufgrund der aufwändigeren Herstellung sind sie auch teurer. Dadurch, dass monokristalline Module keine Korngrenzen aufweisen, wird ein höherer Wirkungsgrad (20-30 Prozent) erzielt.
Sonderform: Bifaziale Module
Bifaziale Solarmodule bestehen aus monokristallinen Solarzellen. Sie können sowohl über die Vorder- als auch über die Rückseite Sonnenenergie für die Energiegewinnung aufnehmen. Durch die beidseitige Nutzung bzw. die erhöhte Lichtabsorption werden höhere Wirkungsgrade erzielt. Sie nutzen vor allem die starke Lichtreflektierung (auch Albedo genannt):
- Albedo ist ein Maß, das die Helligkeit eines Körpers angibt
- Je heller ein Körper ist, desto mehr Licht wird reflektiert
Wo werden bifaziale Module verwendet?
Sie werden vor allem auf Freiflächen, als Carports, in der Agrar-Photovoltaik und als Lärmschutzwand verwendet. Aber auch in sehr schneereichen Gegenden, da das Sonnenlicht vom hellen Schnee stark reflektiert wird.
Um die Module bifazial nutzen zu können, müssen sie mindestens in einem 30 Grad Winkel aufgestellt werden bzw. können sie auch vertikal in Ost-West-Richtung stehen. Die Module können so optimal die Vormittags- und Nachmittagssonne nutzen. Um davon zu profitieren, muss darauf geachtet werden, dass die Rückseite einen hohen Bifazialfaktor aufweist. Die meiste Sonneneinstrahlung findet so nämlich auf der Rückseite statt.
Dünnschichtzellen
Dünnschichtzellen erkennt man daran, dass sie dunkelgrau sind und fast wie ein dunkler Spiegel wirken. Um die gleiche Leistung zu erhalten, wie bei kristallinen Modulen, müssen ungefähr doppelt so viele Module verbaut werden. Da sie ein sehr geringes Gewicht haben, werden sie vor allem bei großflächigen Blech- oder Foliendächern sowie auf Fassaden verwendet. Ihr großer Vorteil ist, dass sie auch bei schlechtem/diffusem Licht kaum an Wirkungsgrad einbüßen.
Herstellung
Dünnschichtzellen sind in der Herstellung einfach und benötigen wenig Material und Energie. Sie sind daher in der Anschaffung kostengünstig. In der Herstellung wird auf ein Trägermaterial wie Glas oder Folie eine dünne Schicht aus Halbleitern gesprüht oder gedampft. Sie sind um den Faktor 100 dünner als mono- oder polykristalline Solarzellen. Ihr Nachteil ist der geringe Wirkungsgrad von nur 5 bis 12 Prozent. Der Wirkungsgrad hängt vor allem davon ab, welcher Halbleiter (wie z.B. Kupfer, Cadmium-Tellurid, amorphes Silizium) auf die Dünnschichtzellen gesprüht oder gedampft wird.
Unsere besonderen Projekte
Was daran besonders ist? Wir versuchen unsere Photovoltaikanlagen so umzusetzen, dass sie im Einklang mit der Natur und Umwelt stehen und somit einen Lebensraum für Tiere bieten. Auf Dächern bauen wir natürlich auch viele Anlagen, um die Energiewende aktiv voranzutreiben.
Haus des Meeres: bifaziale Module
Wien ist Sonnenstadt! Damit die Klimawende gelingt, ist es wichtig, dass so viele Dachflächen wie möglich für die Stromerzeugung genutzt werden. Deshalb entstand im Zuge des Umbaus des Haus des Meeres das erste Solardach Wiens. Hier kommen spezielle "bifaziale Glas-Glas-Photovoltaik-Module" zum Einsatz, die auf einer Höhe von 65 Metern sowohl von oben als auch von unten Strom erzeugen.
Schafflerhofstraße: Agrarphotovoltaik
Um die klimaneutrale Stromerzeugung weiter auszubauen, müssen nicht nur Dach-, sondern auch Freiflächen genutzt werden. Allerdings darf dabei die Landwirtschaft nicht beeinträchtigt werden. Am Schafflerhof wurden 400 bifaziale Module errichtet, die in vertikal Ost-West-Richtung stehen. Somit ist ein landwirtschaftlicher Betrieb zwischen den Photovoltaik-Reihen möglich und auch für tierisches Treiben ist noch genug Platz.
Photovoltaik-Anlage Schafflerhofstraße
U-Bahn Station Ottakring
Greener Linien! Wien Energie arbeitet gemeinsam mit den Wiener Linien an einer Solaroffensive für die Stadt. Ein erster wichtiger Schritt in eine nachhaltige Zukunft wurde an der U-Bahn-Station Ottakring gegangen. Hier wurden erstmals Photovoltaik-Folien aufgeklebt, die Sonnenstrom erzeugen. Die Folien sind fünfmal leichter als herkömmliche Module.
The Mall
Auch auf den Dächern des Einkaufszentrums "The Mall" in Wien Landstraße wird Sonnenstrom erzeugt. Insgesamt 1.400 PV-Module sind hier verbaut.
Grünes Hybridkraftwerk Trumau
In Trumau arbeiten Wind- und Sonnenkraft perfekt im Einklang. Die Kombination der beiden erneuerbaren Energien, auch Hybridkraftwerk genannt, gewährleistet eine optimale Einspeisung ins Stromnetz. Insgesamt 17.888 Solarmodule und 8 Windkraftanlagen sind hier optimal aufeinander abgestimmt.
Zentralfriedhof
Die Photovoltaikanlage am Zentralfriedhof ist für alle da. An dem Bürger*innen-Solarkraftwerk konnten sich, wie der Name schon verrät, interessierte Bürger*innen beteiligen. Die Anlage dient ebenso als Lebensraum für Natur und Umwelt, unter anderem gibt es hier Bienenstöcke.
Klinik Floridsdorf
Die verwendeten Photovoltaik-Module sind besonders reflexarm, um Notarzteinsätze, die per Hubschrauber kommen, nicht durch die Sonneneinstrahlung zu irritieren. Der erzeugte Strom wird zur Gänze in der Klinik verbraucht.
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