Photovoltaik mit Dünnschichtmodulen: Günstige Alternative oder Kompromiss?

Was sind Dünnschichtmodule?

Photovoltaik-Dünnschichtmodule sind leichte, flexible Solarzellen mit dünnen Halbleiterschichten, die auf Glas, Kunststoff oder Metall aufgebracht werden. Im Vergleich zu herkömmlichen kristallinen Solarmodulen sind sie leichter, flexibler und oft kostengünstiger in der Herstellung, haben allerdings auch einen geringeren Wirkungsgrad.

Eigenschaften von PV-Dünnschichtmodulen

Die Eigenschaften von PV-Dünnschichtmodulen sind:

• Ihre Flexibilität:
  Ihre dünne Bauweise ermöglicht die Installation auf gekrümmten Oberflächen.
• Ihr geringes Gewicht:
  Sie eignen sich besonders für Dächer mit eingeschränkter Tragfähigkeit.
• Ihre Leistung bei diffusem Licht:
  In Regionen mit häufiger Bewölkung arbeiten sie effizienter als andere Module.
  

Material der Herstellung von Dünnschichtmodulen

Dünnschichtmodule für Photovoltaik werden meist aus amorphem Silizium gefertigt. Im Gegensatz zu seinem kristallinen Pendant weist amorphes Silizium eine ungeordnete, glasartige Struktur auf. Das verleiht ihm die besondere Flexibilität, die sich die Dünnschichtmodule zunutze machen.

Neben amorphem Silizium kommen manchmal auch andere Halbleitermaterialien zum Einsatz. Darunter zählen:

• Cadmiumtellurid (CdTe):
  CdTe-Module sind bekannt für ihre kostengünstige Produktion und gute Leistung, insbesondere bei höheren Temperaturen.
• Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS):
  Diese Verbindung kann Licht besonders gut absorbieren und ist daher noch etwas effizienter.
• Kohlenwasserstoffverbindungen:
  Organische Solarzellen auf Basis von Kohlenwasserstoffverbindungen können in der Zukunft zu einer vielversprechenden, umweltfreundlichen Alternative werden. Sie befinden sich noch in einem frühen Entwicklungs- und Forschungsstadium, zeigen aber großes Potenzial für flexible und leichte Solarmodule.

Was ist der Unterschied zwischen Dickschicht- und Dünnschichtmodulen?

Dickschichtmodule, auch bekannt als kristalline Solarmodule, bestehen aus Solarzellen aus kristallinem Silizium. Die Zellen werden aus Siliziumscheiben geschnitten, die meist 200 bis 300 Mikrometer dick sind. Sie sind robuster und widerstandsfähiger gegenüber äußeren Einflüssen. Dadurch sind sie besonders langlebig. Allerdings sind sie auch deutlich schwerer. Das kann bei der Installation auf Dächern mit begrenzter Tragfähigkeit zur Herausforderung werden.

Im Gegensatz dazu verwenden Dünnschichtmodule verschiedene Halbleitermaterialien, die in extrem dünnen Schichten von nur wenigen Mikrometern auf ein Trägermaterial aufgebracht werden. Sie zeichnen sich vor allem durch ihr geringes Gewicht aus.

Der wohl bedeutendste Unterschied zwischen den beiden Modularten liegt in ihrer Effizienz. Dickschichtmodule haben einen merklich höheren Wirkungsgrad. Das hat zur Folge, dass sie auf gleicher Fläche mehr Energie produzieren können. Bei begrenztem Platz, zum Beispiel auf Dächern von Einfamilienhäusern, kommen Dünnschichtmodule daher eher selten zum Einsatz.

Effizienz und Wirkungsgrad von Dünnschicht-Solarmodulen

Dünnschicht-Solarmodule erreichen derzeit Wirkungsgrade von 10 % bis 13 %. Sie können also etwa ein Zehntel bis ein Achtel der auf sie treffenden Sonnenenergie in Strom umwandeln.

Im Vergleich dazu haben herkömmliche Dickschichtmodule, die auf kristallinem Silizium basieren, höhere Wirkungsgrade. Diese können je nach Qualität und Material bis zu 22 % erreichen.

Trotz des aktuellen Effizienzunterschieds haben Dünnschichtmodule einiges an Entwicklungspotenzial. Laborversuche zeigen, dass die Technologie noch lange nicht ausgereizt ist. Unter kontrollierten Bedingungen wurden bereits deutlich höhere Wirkungsgrade erzielt.

Schon gewusst? Forschende des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben unter Laborbedingungen einen Rekord in der Dünnschicht-Photovoltaik erzielt. Mit einer speziellen Galliumarsenid-basierten Technologie erreichten sie einen Wirkungsgrad von 68,9 % unter monochromatischem Laserlicht.

 

Vor- und Nachteile der Photovoltaik-Dünnschichtmodule

Wie jede Technologie haben auch Dünnschichtmodule gewisse Eigenschaften, die je nach Anwendungsfall ein Vor- oder Nachteil sein können. Die folgende Tabelle bietet Ihnen eine kompakte Übersicht über die wichtigsten Aspekte, die Sie bei Ihrer Entscheidungsfindung berücksichtigen sollten.

Vorteile

Nachteile

Kostengünstigere Herstellung Geringes Gewicht, ideal für leichte Dachkonstruktionen Höhere Effizienz bei diffusem Licht und bewölktem Himmel Bessere Leistung bei hohen Temperaturen Geringere Anfälligkeit für Verschmutzungen Kürzere energetische Amortisationszeit Flexibilität in der Anwendung, z. B. auf gekrümmten Oberflächen Potenzial für weitere Effizienzsteigerungen durch Forschung

Geringerer Wirkungsgrad im Vergleich zu Dickschichtmodulen Höherer Flächenbedarf für gleiche Leistung Geringere Stabilität aufgrund fehlender Rahmenkonstruktion Komplexere Montage und Installation Eingeschränkte Kompatibilität mit Standard-Montagesystemen und Wechselrichtern Tendenziell stärkere Leistungsabnahme über die Zeit (erhöhte Degradation) Begrenzte Auswahl an Herstellern und Anbietern Weniger Langzeiterfahrungen im Vergleich zu herkömmlichen Modulen

Was kosten Dünnschichtmodule für Photovoltaik?

Im Durchschnitt liegen die Anschaffungskosten für Dünnschichtmodule zwischen einem Drittel und der Hälfte des Preises vergleichbarer Dickschichtmodule. Bei der Anschaffung von Dünnschichtmodulen können Sie also mit erheblichen Einsparungen rechnen, sollten aber auch den geringen Wirkungsgrad im Hinterkopf behalten.

PV-Dünnschichtmodule haben darüber hinaus tendenziell eine geringere Lebensdauer als ihre dickschichtigen Pendants. Um die tatsächliche Kosteneffizienz zu ermitteln, ist eine Berechnung der Gesamtkosten über die Lebensdauer der Anlage hilfreich. Beachten Sie dabei die:

• Anschaffungskosten
• Installationskosten (die aufgrund der größeren Fläche höher ausfallen können)
• Erwartete Energieproduktion über die Lebensdauer
• Wartungs- und mögliche Austauschkosten
• Platzverfügbarkeit und eventuelle Opportunitätskosten bei Flächenbegrenzung
  
  

Trotz des vergleichsweise niedrigen Einstiegspreises sind Dünnschichtmodule in manchen Fällen langfristig die teurere Option. Lassen Sie sich daher in jedem Fall professionell beraten, bevor Sie eine endgültige Entscheidung treffen. Unsere Experten helfen Ihnen dabei kompetent weiter.

Wie werden Dünnschicht-Solarmodule installiert und gewartet?

Photovoltaik-Dünnschichtmodule sind empfindlicher als herkömmliche Dickschichtmodule und müssen daher bei der Montage mit Vorsicht behandelt werden. Allerdings bietet der fehlende Rahmen sogar Vorteile bei der Wartung. Die Reinigung von Dünnschichtzellen ist einfacher, da es weniger Ecken und Kanten gibt, in denen sich Schmutz ansammeln kann. Außerdem neigen diese Module aufgrund ihrer glatten Oberfläche weniger zur Verschmutzung.

 

Lohnen sich Photovoltaik-Dünnschichtmodule für Privatpersonen?

Diese Frage lässt sich nicht pauschal beantworten. Fakt ist, dass Dünnschichtzellen selten für Privathäuser nur selten zum Einsatz kommen. Letztendlich sind die individuellen Gegebenheiten ausschlaggebend. Durch ihr geringes Gewicht und ihre Flexibilität haben Dünnschichtmodule durchaus ihre Vorteile.

Ein wesentlicher Pluspunkt ist der niedrigere Anschaffungspreis. Das macht sie besonders für Projekte mit begrenztem Anfangsbudget attraktiv. Allerdings sollten Sie bei der Kostenbetrachtung über den reinen Anschaffungspreis hinausblicken.

Der geringere Wirkungsgrad von Dünnschichtmodulen bedeutet, dass für die gleiche Energieausbeute eine größere Fläche benötigt wird. Bei begrenztem Platzangebot, wie es bei vielen privaten Hausdächern der Fall ist, kann das ein entscheidender Nachteil sein.

Für klassische Hausdächer mit begrenzter Fläche bleiben Dickschichtmodule in den meisten Fällen die effizientere Wahl. Trotz der höheren Anfangsinvestition sind sie in dieser Konstellation langfristig wirtschaftlicher. Bei Photovoltaik für Unternehmen mit viel verfügbarer Fläche kann es wiederum ganz anders aussehen.

Photovoltaik-Dünnschichtmodule: Unser Fazit

Die Stärken der Dünnschichtmodule liegen in ihrem geringen Gewicht, ihrer Flexibilität und den niedrigeren Anschaffungskosten. Besonders bei großflächigen Installationen oder in Regionen mit häufig bewölktem Himmel können sie ihre Vorteile ausspielen. Den geringeren Wirkungsgrad und die tendenziell kürzere Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Dickschichtmodulen sollten Sie allerdings berücksichtigen.

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