Die Erzeugung von Solarstrom boomt. In den Marketingflyern der Anbieter wird mit gerne mit monokristallinen Solarmodulen geworben. Doch was ist ein monokristallines PV-Modul überhaupt, welche Eigenarten hat diese Modultechnologie und ist es das richtige für mich als Privatanwender?
Diese und weitere wichtige Fragen werden im Ratgeber geklärt.
Was sind monokristalline Solarmodule?
Das Monokristalline Solarmodul basiert auf einem Einkristall des Halbleiters Silizium (c-Si) und gilt als die effizienteste Modultechnologie, die dem Massenmarkt zur Verfügung steht.
Mit einem Wirkungsgrad von bis zu 22,8 % und einem Marktanteil von ca. 85 % hat sich das monokristalline PV-Modul gegenüber der polykristallinen und Dünnschicht-Technik durchgesetzt.
Monokristalline Solarpanels fallen durch ihre dunkle, schwarz-bläuliche Farbe auf. Im Vergleich zu polykristallinen Solarzellen, wirkt das für viele Menschen ästhetischer.
Ansicht monokristallines PV-Modul
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Das monokristalline Modul gilt als langlebig, leistungsstark und ist vielseitig einsetzbar.
Mono ist nicht gleich Mono: verschiedene Zellentechnologien
Dass ein Solarmodul monokristallin ist, sagt nur aus, dass das Halbleitermaterial ein Ein- oder Mono-Kristall ist. Es zeigt aber noch nicht die Zellentechnologie an, welche eingesetzt wird.
Folgende monokristalline Solarzellentechnologien sind gebräuchlich:
Zellentechnologie | Bezeichnung | Halbleiter | Siliziumkristall |
|---|---|---|---|
PERC | Passivated Emitter and Rear Contact | p-type | monokristallin |
HIT oder HJT | Heterojunction technology | n-type | monokristallin |
TOPCon | Tunnel Oxide Passivated Contact | n-type | monokristallin |
IBC | Interdigitated Back Contac | n-type | monokristallin |
Die PERC-Solarzelle ist am weitesten verbreitet und ist am kostengünstigsten. Dafür kann sie im Vergleich zu den verschiedenen n-Type Zelltechnologien im Wirkungsgrad nicht ganz mithalten.
So funktioniert die Herstellung von monokristallinen PV-Modulen
Monokristalline Solarmodule werden aus einem hochreinen Siliziumeinkristall hergestellt, der durch einen aufwändigen Kristallisationsprozess aus geschmolzenem Silizium zu einem Ingot gezogen wird. Meistens wird das Czochralski-Verfahren eingesetzt.
Der Kristall wird dann in quadratische Scheiben, sogenannte Wafer, gesägt, die als Ausgangsmaterial für die Solarzellen dienen.
Nun werden die Wafer gründlich gereinigt. Danach mit einem Material dotiert, um eine pn-Übergangsstruktur zu bilden. Eine dünne antireflektierenden Schicht wird auf die Vorderseite vom Wafer aufgetragen, um Reflexionsverluste zu vermeiden.
Zum Schluss werden die elektrischen Kontakte auf der Vorder- und Rückseite des monokristallinen Wafers angebracht. Damit ist die monokristalline Solarzelle fertiggestellt.
Handelt es sich um ein Halbzellenmodul, muss die Solarzelle noch mithilfe eines industriellen Lasers halbiert werden.
Um zum fertigen Solarmodul zu werden, fehlen aber noch einige Schritte im Produktionsprozess: Mehrere Solarzellen werden elektronisch miteinander verbunden und in eine Schutzschicht (Glas-Folie) eingekapselt.
Danach wird der Modulrahmen aus Aluminium hinzugefügt. Am Ende fehlt nur noch die Anschlussdose auf der Rückseite vom PV-Module und fertig ist das monokristalline Solarmodul.
Was sind die Vorteile und Nachteile von monokristallinen Solarmodulen?
Die monokristalline Modultechnik hat sich in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt. Im Vergleich zu anderen Modularten gibt es kaum noch Nachteile, die Vorteile überwiegen klar.
Schauen wir uns die wichtigsten Vor- und Nachteile nun genauer an.
Vorteile monokristalliner Solarmodule:
Monokristalline Solarmodule haben eine höhere Effizienz als polykristalline oder amorphe Solarmodule, was bedeutet, dass sie bei gleichen Bedingungen mehr Solarstrom produzieren
sie sind platzsparend und benötigen weniger Platz, um dieselbe Leistung zu erzielen (siehe Wirkungsgrad)
sie haben eine längere Lebensdauer und können daher länger Strom produzieren
Monokristalline Solarmodule haben eine bessere Leistung bei schwachem Licht, was bedeutet, dass sie auch bei bedecktem Himmel oder in den Morgen- und Abendstunden etwas mehr Strom erzeugen können
Nachteile monokristalliner Solarmodule:
- Monokristalline Solarmodule sind etwas teurer als polykristalline- oder Dünnschicht-Module, da die Herstellung schwieriger ist
- die Herstellung von monokristallinen Solarmodulen kann energieintensiver und umweltschädlicher sein als die Herstellung von anderen Modultypen
- das Gewicht ist höher als bei den meisten Dünnschichtmodulen, was die Montage erschwert
Wirkungsgrad monokristalline PV-Module
Der Wirkungsgrad eines monokristallinen PV-Modules liegt zwischen 20 und 22,8 %. Damit gelten monokristalline Module als besonders effizient. Polykristalline Solarmodule liefern maximal knapp 19 % und werden deshalb kaum mehr verwendet.
Die im Solarmodul verwendete monokristalline Solarzellen kommt sogar auf einen Wirkungsgrad zwischen 22 und 26 %. Durch die Verschaltung mehrerer Solarzellen zu einem Solarmodul kommt es zu einem kleinen Leistungsverlust, weshalb der Modulwirkungsgrad im Vergleich etwas niedriger ausfällt.
Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls ist das Maß für die Effizienz und gibt prozentual an, wie viel von der einfallenden Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird.
Der Wirkungsgrad bezieht sich also immer auf den Zusammenhang von Fläche, eintreffende Leistung und herauskommender Leistung.
Je höher der Wirkungsgrad, desto weniger Fläche wird für die gleiche Nennleistung benötigt.
Vergleich: Monokristallin und Polykristallin
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Die im Datenblatt vom Modul angegebene Effizienz wurde unter Standardtestbedingungen (Einstrahlung = 1000 W/m² und Zelltemperatur = 25 °C) getestet.
Tatsächlich ist der Wirkungsgrad vom monokristallinen Solarmodul von Lichteinfall und vor allem der Temperatur abhängig. Aufgrund des negativen Temperaturkoeffizienten sinkt der Wirkungsgrad bei steigender Zelltemperatur.
Testsieger monokristalline Solarmodule
In der folgenden Tabelle gibt es die Testsieger von monokristallinen Solarmodulen gemäß Wirkungsgrad:
In der Tabelle sind jeweils die ersten 3 Plätze der verschiedenen Leistungsklassen der Module zu sehen. Weitere Ergebnisse gibt es im PV-Module-Vergleich.
Wie hoch ist die Leistung von Mono-Solarpanels?
Monokristalline Solarpanels gibt es in vielen verschiedenen Leistungen. Entscheidend für die Nennleistung vom Modul ist die eingesetzte Solarzelle und deren Anzahl.
Am häufigsten werden heutzutage Solarmodule mit 108 Halbzellen im Formfaktor M10 (182 mm) verkauft. Die resultierende Leistung des PV-Moduls liegt bei 400 bis 420 Wp.
Pro einem Watt-Peak Nennleistung erzeugt ein Modul etwa eine kWh pro Jahr. Das Solarmodul mit 400 Wp bringt also durchschnittlich 400 kWh im Jahr. Der exakte Ertrag hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Mehr dazu im Ratgeber zum Ertrag von PV-Modulen.
Was kostet ein monokristallines Solarmodul?
Ein monokristallines Solarmodul kostet zwischen 19 und 45 Cent pro Watt-Peak Nennleistung. Für ein Mainstream-Modul wird ein Preis von etwa 30 Cent pro Wp fällig, was einen Stückpreis von etwa 100 bis 130 € ergibt.
Monokristalline Solarmodule mit hohem Wirkungsgrad kosten im Durchschnitt 35 Cent/Wp, können aber je nach Modulmarke bis zu 45 Cent/Wp kosten.
Die Preisangaben beziehen sich auf den Spotmarkt bzw. Großhandel.
Für Privatkäufer liegt der Angebotspreis 30 bis 80 Prozent darüber. Beim Kauf einer kompletten Photovoltaikanlage bezieht der Solarteur passende Solarmodule, sodass der Preis an den Kunden weitergegeben werden kann.
Größe und Fläche von monokristallinen Modulen
Monokristalline PV-Module gibt es in verschiedenen Größen, je nach Einsatzgebiet. Weit verbreitet ist das Modulmaß von 1722 mm x 1138 mm x 30 mm (Länge x Breite x Höhe). Das entspricht einer Fläche von 1,95 m² und ist damit die optimale Größe für die Installation auf einem Einfamilienhaus.
Es gibt auch größere monokristalline Solarmodule, z.B. mit 2278 mm x 1134 mm und mit einem Flächeninhalt von 2,58 m². Diese werden aber nur im industriellen Maßstab verwendet (z.B. für Solarparks).
Detailliertere Informationen zu den Größen der Solarmodule gibt es hier.
Lebensdauer monokristalliner PV-Module
Monokristalline Solarzellen und Module altern, d.h. sie produzieren nicht für immer Strom. Tatsächlich nimmt die Leistung eines PV-Moduls im Laufe der Zeit immer weiter ab. Man spricht bei diesem Phänomen auch von der Degradation der Modulleistung.
Typischerweise liegt die Degradation bei 0,3 bis 0,6 % per Annum. Das ergibt nach der angesetzten Lebensdauer von 30 Jahren dann eine Restleistung von etwa 80 %.
Generell gelten monokristalline Solarzellen als strapazierfähig und langlebig. Das garantieren auch die Hersteller der monokristallinen Module: Neben der Produktgarantie (10 bis 30 Jahre) gibt es auch immer eine Leistungsgarantie mit Angabe der maximalen Degradation.
Das monokristalline Solarmodul gilt als eines der störungsfreien Bauteile der gesamten Photovoltaikanlage.
Übrigens: Normale Solarmodule haben auf der Rückseite eine Schutzschicht aus Folie. Für noch mehr Sicherheit und eine höhere Lebensdauer gibt es mittlerweile sogenannte Glas-Glas-Module, wodurch auch die Rückseite verglast wird.
Energetische Amortisation und Umweltbilanz monokristalliner Solarmodule
Monokristalline PV-Module verursachen während des Herstellungsprozesses einen negativen Umwelteinfluss, weil Rohstoffe wie z.B. Silizium, Silber, Kadmium, Selen, Aluminium verwendet werden und die Produktion viel Energie benötigt.
Doch PV-Module gelten als grüne Technologie, weil die Summe der erzeugten Energie größer ist als die Energiekosten der Herstellung. Wie lange es dauert, die aufgewandte Primärenergie „zurückzugewinnen“ wird mit der energetischen Amortisation ausgedrückt.
Laut der detaillierten Untersuchung vom Umweltbundesamts (Stand 2021) benötigt ein monokristallines PV-Modul (mono c-Si) durchschnittlich 2,1 Jahre für die „Energy Payback Time“.
Da der Wirkungsgrad von monokristallinen Solarpanels immer weiter steigt und die Produktionsprozesse der Fabrikanten effizienter werden, fällt die Umweltbilanz von Jahr zu Jahr besser aus.
Übrigens hat auch das Recycling von Solarmodulen einen positiven Umwelteinfluss. Bisher wird allerdings nur ein Teil vom mono-Solarmodul wiederverwertet. Das könnte sich in Zukunft allerdings deutlich verbessern.
Laut einem Versuch vom Fraunhofer-Institut können auch die einkristallinen Siliziumzellen wiederverwertet werden und für neue Solarzellen verwendet werden.
Fazit: Lohnen sich monokristalline Module für mich?
Die Monokristalline Modultechnik ist das Nonplusultra aller marktreifen Solarmodule. Und das wird sich auch in den nächsten Jahren, laut verschiedener Prognosen, nicht ändern.
Wenn man eine eigene PV-Anlage im deutschsprachigen Raum haben möchten, kommt man an dieser Art des Solarmoduls nicht vorbei. Alle Fakten sprechen positiv für den Einsatz des monokristallinen Solarmoduls.
Sind Sie schon bereit für den nächsten Schritt? Dann können Sie das nachfolgende Formular verwenden und bis zu 5 Angebote von verschiedenen Fachbetrieben für eine individuelle PV-Anlage auf ihrem Haus anfordern.
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Servus! Manchmal wünsche ich mir mehr solcher Artikel. Vielen Dank. Grüße aus Bayern