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Monokristalline Solarzellen wurden ursprünglich für den Einsatz in der Raumfahrttechnik und in Satelliten entwickelt, werden aber inzwischen auch häufig auf dem Boden eingesetzt. Monokristalline Solarmodule werden wegen ihres hohen Wirkungsgrades seit langem in Freiflächen-Photovoltaikanlagen eingesetzt. Mit diesen Photovoltaikzellen kann man die Kraft der Sonne zur Stromerzeugung nutzen. Monokristalline Module sind trotz ihres höheren Preises effizienter als polykristalline Module.
Solarzellen auf Siliziumbasis mit extrem hohem Reinheitsgrad
Um monokristalline Solarzellen für Photovoltaikanlagen herzustellen, ist eine große Anzahl von Menschen erforderlich. Für eine breite Palette von Anwendungen werden Siliziumzellen auf diese Weise hergestellt. Die monokristallinen Stäbe werden aus einer Siliziumschmelze hergestellt. Diese Stäbe werden in hauchdünne Scheiben geschnitten, die Wafer.
Monokristalline Solarzellen werden nach dem Czochralski-Verfahren hergestellt. Dieses Verfahren kann auch zur Herstellung anderer monokristalliner Materialien verwendet werden. In einem Schmelztiegel wird Silizium bei hohen Temperaturen zum Schmelzen gebracht. Um den durch die “Kristallkeime” entstandenen Hohlraum zu füllen, wird ein rotierender Metallstab eingesetzt. Auf diesem Kristallkeim wird sich schließlich eine Schicht aus Kristallen bilden. Der Durchmesser des fertigen Produkts kann durch Variation der Maschinengeschwindigkeit bei gleichbleibender Temperatur eingestellt werden.
Die Solarzellen, die nach der Czochralski-Methode hergestellt werden, sind monokristalline Zellen.
String Ribbon ist der Markenname für ein patentiertes Verfahren zur Herstellung von Wafern, die ein wesentlicher Bestandteil von Solarzellen sind. Dabei fädeln Verfahrenstechniker Drähte durch das heiße Silizium. Durch die Oberflächenspannung zwischen den Drähten entsteht ein Siliziumband, das anschließend in Wafer geschnitten wird.
Das Drahtbandverfahren spart bis zu 50 % mehr Silizium pro Wafer ein als die übliche Methode, Wafer aus massiven Siliziumblöcken zu schneiden. Diese Methode ist umweltschonend und verkürzt die Zeit, bis der Kauf von Solarzellen kostendeckend ist.
Anschließend werden die Module aus monokristallinen Solarzellen hergestellt. Um eine größere Spannung zu erzeugen, müssen mehr Solarzellen in Reihe geschaltet werden. Von dieser Spannungserhöhung profitieren vor allem die kleineren Solarzellengruppen. Die Parallelschaltung von Solarzellen ist bei teilverschatteten Solarmodulen von Vorteil, da sie den durchschnittlichen Wirkungsgrad erhöht und unter diesen Umständen besonders effektiv ist.
Um zwischen monokristallinen und polykristallinen Solarzellen zu unterscheiden, werden sie als “rund-quadratische” Zellen bezeichnet. Monokristalline Solarmodule sind in einer breiten Palette von Farben erhältlich, von dunkelblau bis schwarz. Eine Lebensdauer von 30 Jahren und mehr ist nicht auszuschließen. Dünnschicht-Solarmodule wiegen nur 7 Kilogramm, während monokristalline Solarmodule mit 17 Kilogramm mehr als doppelt so schwer sind wie das Dünnschicht-Pendant.
Monokristalline Module: Hohe Wirkungsgrade erreichen.
Viele Faktoren tragen zum hohen Wirkungsgrad der monokristallinen Solarzelle bei. Jede Zelle besteht aus einem einzigen Kristall, was man gleich zu Beginn erkennen sollte. Da die Kristalle in diesen monokristallinen Zellen keinen Rand haben, geht an den Stellen, an denen sie sich berühren, keine Energie verloren.
Monokristalline Solarzellen haben einen höheren Siliziumanteil als polykristalline Solarzellen. Bei direkter Sonneneinstrahlung steigt ihr Wirkungsgrad auf fast 20 %, was sie zu den effizientesten Solarzellen überhaupt macht.
Da monokristalline Module einen komplexeren Herstellungsprozess erfordern, sind sie teurer als polykristalline Module. Der Wirkungsgrad von monokristallinen Solarzellen sinkt, wenn sie diffusem Licht ausgesetzt sind. Jede Abweichung von einer nach Süden ausgerichteten Dachfläche kann zu einem geringeren Wirkungsgrad der Module führen. Mit Nachführsystemen lassen sich die Module in bestimmten Regionen nachführen.
Monokristalline Module: Eigenschaften und Leistungsdaten.
Wenn Sie monokristalline Solarmodule kaufen, sollten Sie eine Liste mit den wichtigsten Informationen zusammenstellen. Im Folgenden finden Sie typische Werte für monokristalline Solarmodule:
- Jedes Modul wiegt je nach Modell zwischen 17,5 und 22,8 Kilogramm.
- Die Fläche des Moduls beträgt rund 1.700 Quadratmillimeter, die Nennleistung liegt zwischen 300 und 400 Watt.
- zwischen 18 und 20 Prozent der Zeit.
- Die jährliche Verlustrate liegt bei 0,5 Prozent.
- Das Produkt hat eine Garantiezeit von 11–30 Jahren.
Preisspanne bei monokristallinen Modulen
Die hohe Qualität der monokristallinen Solarmodule ist auf ihre arbeitsintensive Herstellungsmethode zurückzuführen. Außerdem sind diese Module sehr effizient. Dies schlägt sich auch im Kaufpreis nieder. Ein monokristallines Solarmodul kann für 180 bis 350 Euro erworben werden. Polykristalline Zellen liegen dagegen deutlich darunter.
Die Kosten für monokristalline Zellen können wie folgt geschätzt werden:. Für jedes Kilowattpeak Leistung werden etwa vier monokristalline Module benötigt, bei einem Verhältnis von 6 Quadratmetern pro Kilowattpeak. Ein kWp Solarstrom kostet zwischen 720 und 1.400 Euro. Die Photovoltaik (PV)-Anlage eines Einfamilienhauses kann mit nur 24 Modulen 6 kWp Strom erzeugen. 4.300 bis 8.400 Euro ist die Preisspanne, in der dies möglich ist.
Wo lässt sich die monokristalline Solarmodule am besten anbringen?
Das rote Dach eines Einfamilienhauses wurde mit monokristallinen Silizium-Solarmodulen bestückt.
Für Dächer mit begrenzter Fläche sind leistungsstarke monokristalline Solarmodule eine ausgezeichnete Wahl.
Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und ihrer geringen Größe eignen sich monokristalline Solarmodule für den Einsatz auf kleinen Dächern. Wenn der Platz knapp ist, muss die verfügbare Dachfläche optimal genutzt werden. Ein monokristallines Modul ist für diesen Zweck eine gute Wahl. Solarthermische Kollektoren könnten in einem Szenario, in dem auch Photovoltaik eingesetzt wird, Dachfläche beanspruchen.
Wie viel Bodenfläche wird für monokristalline Photovoltaikmodule benötigt?
Im Vergleich zu anderen Arten von Solarmodulen, benötigen monokristalline Zellen weniger Bodenfläche, um eine Spitzenleistung von einem Kilowatt zu erreichen. Anhand dieser Berechnung können Sie ermitteln, wie viele Quadratmeter Sie benötigen. Berechnungen wie diese sind einfach durchzuführen.
Für eine Kilowatt Spitzenleistung wird eine Dachfläche von sechs bis neun Quadratmetern benötigt. Mit monokristallinen Solarmodulen kann ein 50-Quadratmeter-Dach zwischen 8,3-5,6 kWp liefern.
Systeme von Solarzellen, die auf dem Boden und in Satelliten installiert sind
Im Jahr 2021 wurden die ersten monokristallinen Silizium-Solarzellen speziell für den Einsatz in Satelliten und anderen weltraumgestützten Technologien hergestellt. In den späten 1990er Jahren begannen bodengestützte Photovoltaiksysteme mit monokristallinen Solarmodulen, die einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Mit diesen Modulen wird Sonnenenergie gesammelt, die dann zur Stromversorgung eines Netzes verwendet wird. Der Wirkungsgrad von monokristallinen Modulen ist deutlich höher als der von polykristallinen Modulen, auch wenn monokristalline Module teurer sind.
Die bestmögliche Umwandlungsrate kann in Solarzellen durch die Verwendung von monokristallinen Halbleitern erreicht werden.
Das bedeutet, dass sie im Vergleich zu anderen Solarzellentypen gleicher Größe eine deutlich höhere Strommenge pro Quadratzoll erzeugen. Aus diesem Grund sind monokristalline Solarzellen nicht nur für diejenigen interessant, die nur wenig Platz auf ihren Dächern zur Verfügung haben, sondern auch für diejenigen, die durch den Einsatz dieser Zellen die größtmögliche Energiemenge erzeugen wollen. Das liegt daran, dass monokristalline Solarzellen einen höheren Wirkungsgrad haben als andere Typen. Die Maximierung des Wirkungsgrads der eigenen Energieerzeugung ist von entscheidender Bedeutung, wenn man den Grad der Selbstversorgung und die Nutzung der selbst erzeugten Energie maximieren will. Mit monokristallinen Solarmodulen und einer entsprechend großen Dachfläche lässt sich ein maximaler elektrischer Wirkungsgrad und im besten Fall eine drastische Reduzierung des Fremdstromverbrauchs über mehrere Monate hinweg erreichen. In Anbetracht der derzeitigen wirtschaftlichen Lage in Deutschland hat die Tatsache, dass die Kohle weiterhin eine so große Rolle im Gesamtenergiemix des Landes spielt, erhebliche positive Auswirkungen auf die Umwelt. Dies ist besonders wichtig.
Wo die Kosten für die produzierten monokristallinen Solarzellen nicht unerschwinglich sind.
Die wirtschaftliche Amortisationszeit bezieht sich auf die Zeitspanne, die vergehen muss, bis ein Solarmodul einen Gewinn erwirtschaftet, der höher ist als die Kosten für seine Anschaffung. Im Vergleich zu polykristallinen oder Dünnschichtmodulen ist die Amortisationszeit für monokristalline Module aufgrund ihrer höheren Anschaffungskosten deutlich länger.
Wenn es um Solarmodule geht, bezieht sich der Begriff “energetische Amortisationszeit” auf die Zeitspanne, die das Modul benötigt, um die gleiche Menge an Strom zu erzeugen, die es verbraucht. Seit dem Jahr 2000 hat sich die für die Herstellung von Solarmodulen benötigte Energiemenge um die Hälfte verringert. Die Amortisationszeit für einen der beiden Modultypen liegt heute bei weniger als zwei Jahren. Etwas mehr Zeit wird für die Herstellung von monokristallinen Modulen benötigt.
Mit dieser Technologie können monokristalline Module hergestellt werden.
Silizium ist eine Art Halbleitermaterial, das bei der Herstellung von monokristallinen Modulen verwendet wird. Die Stäbe, aus denen ihre gesamte Struktur besteht, sind aus einem einzigen Kristall gefertigt, was zu ihrer kohärenten und einheitlichen kristallinen Struktur beiträgt. Monokristalline Module bieten einen höheren Wirkungsgrad, haben aber aufgrund der schwierigen und kostspieligen Herstellung auch einen höheren Preis. Nachdem das Silizium die entsprechende Zeit zum Schmelzen benötigt hat, werden die kristallinen Stäbe aus der Flüssigkeit herausgelöst. Nach dem Zersägen der Barren in Wafer wird das Metall auf eine sehr geringe Dicke zerkleinert. Hier, ganz am Ende des Prozesses, werden die einzelnen Solarzellen zu Solarmodulen zusammengesetzt, die dann beschichtet und gerahmt werden. Die Farbpalette der monokristallinen Solarmodule ist vielfältig und reicht von einem tiefen Blau bis hin zu einem fast schwarzen Aussehen. Sie wirken glatt und flach.
Reparatur und Installation von Solarzellen aus monokristallinem Material.
Monokristalline Module ermöglichen eine schnelle und unkomplizierte Installation auf Dächern. Sie sind nicht nur sperriger als Dünnschichtmodule, sondern wiegen im Durchschnitt auch zwischen acht und sechzehn Kilogramm. Die Einfachheit des Aufbaus der Module und die Vielfalt der Befestigungsmöglichkeiten ermöglichen eine schnelle und unkomplizierte Montage auf dem Dach. Die einzelnen Solarzellen erhalten jeweils entweder eine Beschichtung aus Ethylenvinylacetat oder eine Solarglasscheibe, die überwiegend klar ist. Auf Kundenwunsch können die Produkte sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite mit einer Vollglasbeschichtung versehen werden. Die Module werden nicht nur an der Oberseite des Gebäudes befestigt, sondern auch von einem Rahmen aus Aluminium oder Edelstahl umschlossen.
Kombinierter Marktanteil verschiedener Arten von Solarzellen
Waferbasierte Solarmodule aus mono- und polykristallinen Kristallen machen mehr als neunzig Prozent des Marktes aus. Auf Dünnschichtmodule hingegen entfallen derzeit weniger als fünf Prozent des Marktes. Wo stehen waferbasierte Solarmodule im Vergleich zu anderen Arten von Solarmodulen? Es wird davon ausgegangen, dass polykristalline Solarmodule derzeit etwa 70 % des Marktes ausmachen. Nur dreißig Prozent des gesamten Marktanteils entfallen derzeit auf monokristalline Module. Die Infrastruktur und die Technologie der Produktion haben sich erheblich weiterentwickelt, was zu einem deutlichen Anstieg der Produktion geführt hat. So benötigen monokristalline Solarzellen eine weitaus geringere Menge an reinem Silizium als ihre polykristallinen Pendants. Dies schlägt sich in gewissem Umfang auch in den Kosten nieder. Die Verwendung von monokristallinen Solarzellen, die das relativ teure Element Silizium benötigen, macht diese Preissenkungen besonders bemerkenswert. Branchenexperten gehen davon aus, dass bis zum Jahr 2020 mehr als die Hälfte des Marktes auf monokristalline Solarzellen entfallen wird. Die Verwendung von monokristallinen Modulen wird zum Industriestandard werden, sofern nicht eine völlig andere Technologie, wie z. B. organische Solarzellen, sie verdrängt.
Die Vorteile der Verwendung monokristalliner Solarzellen.
Monokristalline Solarzellen haben den höchsten Wirkungsgrad im Vergleich zu anderen heute auf dem Markt erhältlichen Optionen. Diese Zellen sind in der Lage, deutlich mehr Strom zu erzeugen als andere Arten von Solarzellen, während sie die gleiche Fläche wie vergleichbare Zellen nutzen. Das bedeutet, dass monokristalline Solarzellen eine realistische Alternative für alle sind, nicht nur für diejenigen, die kleine Dächer haben, sondern auch für diejenigen, die so viel Strom wie möglich erzeugen wollen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass monokristalline Solarzellen im Vergleich zu anderen Solarzellentypen einen höheren Wirkungsgrad haben. Es ist notwendig, den Wirkungsgrad der eigenen Stromerzeugung zu maximieren, wenn man seinen Selbstversorgungsgrad maximieren und das meiste aus der erzeugten Energie herausholen will. Am besten eignen sich Solarmodule aus monokristallinem Silizium und eine große verfügbare Dachfläche, um den größten Teil des benötigten Stroms zu erzeugen und so die Menge an Strom zu reduzieren, die von außen bezogen werden muss. Kohle wird in Deutschland seit vielen Jahren als Energieträger genutzt, was eine Reihe von Vorteilen mit sich bringt, auch in finanzieller und ökologischer Hinsicht.
Die Tatsache, dass monokristalline Solarzellen in der Herstellung teurer sind, ist einer ihrer größten Nachteile.
Die höheren Kosten für monokristalline Solarmodule sind auf ihre arbeitsintensive Herstellung zurückzuführen. Andererseits haben diese Solarmodule die Fähigkeit, wesentlich mehr Strom zu erzeugen. Dies lässt vermuten, dass diese Module im Laufe ihrer Lebensdauer einen wesentlich höheren Gewinn abwerfen werden. Sobald sich die Solarmodule dank des hohen Wirkungsgrades vollständig amortisiert haben, wird der Gewinn steigen. Das lohnt sich, vor allem, wenn Sie der Hauptstromverbraucher sind und dadurch die monatlichen Stromkosten drastisch senken können. Die Einspeisevergütung ist also nicht viel mehr als ein zusätzlicher Anreiz.
Gibt es einen Typ von monokristallinen Solarzellen, der für meine Anforderungen besser geeignet ist?
Die Antwort auf diese Frage ist nicht leicht zu finden. In den meisten Fällen werden monokristalline Solarmodule gegenüber ihren polykristallinen oder amorphen Pendants bevorzugt. Das liegt vor allem daran, dass monokristalline Module eine höhere Leistung haben und auch bei schlechten Lichtverhältnissen noch gut funktionieren. Der Grund dafür ist, dass der Wirkungsgrad dieser Module höher ist als der ihrer Vergleichsprodukte. Wir empfehlen Ihnen dringend, einen Beratungstermin mit einem Solarenergieexperten zu vereinbaren, um herauszufinden, welches System Ihren Anforderungen am besten entspricht.
Monokristalline Solarzellen: Langlebigkeit und Effizienz