Monokristalline Solarzellen: Vor- und Nachteile

Ursprünglich wurden sie für die Raumfahrt entwickelt, heute haben sie einen Marktanteil von über 30 % am PV-Markt. Die monokristalline Solarzelle ist effizient, platzsparend und sieht dazu auch noch schick aus. 

Wir haben für Sie alle wichtigen Zahlen, Daten und Fakten rund um die monokristalline Solarzelle zusammengetragen. Wie wird sie hergestellt? Was sind ihre Vor- und Nachteile? Und für wen lohnt sich die PV-Anlage mit monokristallinen Modulen? Das alles erfahren Sie in diesem Artikel.

Was ist eine monokristalline Solarzelle?

Monokristalline Solarzellen sind die am zweitmeist verwendeten Solarzellen weltweit. Neben der monokristallinen Zelle gibt es noch die polykristalline Zelle sowie einige Varianten der Dünnschicht Solarzelle (z. B. amorph und CIGS) und Photovoltaik Folie. Andere Arten von Solarzellen sind: Organische Solarzellen und Perowskit-Solarzellen.

Die monokristallinen Solarzellen sind in etwa der Mercedes unter den Solarzellen, da es sich hierbei um ein aufwendig hergestelltes High-End Produkt mit einem sehr hohen Wirkungsgrad der Solarzelle handelt. 

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Eigenschaften eines monokristallinen Solarmoduls

Aufgrund des aufwendigen Herstellungsverfahrens kosten monokristalline Solarzellen mehr als andere Zellen. Aber wieso genau ist das so?

Wie werden monokristalline Solarzellen hergestellt?

Bei der Herstellung von monokristallinen Solarzellen unterscheidet man grundsätzlich zwischen zwei Herstellungsverfahren: 

• Czochralski-Verfahren
• Zonenschmelzverfahren 

Bei dem Czochralski-Verfahren wird Silizium in einem Schmelztiegel erhitzt und verflüssigt. Anschließend wird ein monokristalliner Stab von oben herab eingeführt. Die Temperatur des Schmelztiegels wird daraufhin verringert, sodass sie knapp unterhalb des Schmelzpunktes von Silizium liegt. Dadurch verfestigt sich das geschmolzene Silizium um den Stab herum, während dieser langsam aus dem Tiegel herausgezogen wird.

Das Zonenschmelzverfahren hingegen ist deutlich aufwendiger, erzeugt aber noch reineres Silizium mit einem noch höheren Wirkungsgrad. Hierbei wird ein gereinigter Siliziumstab mit polykristalliner Struktur verwendet. Durch eine ringförmige Schmelzvorrichtung wird der Stab an einer bestimmten Stelle erhitzt. In dieser Schmelzzone nimmt der Stab eine monokristalline Struktur an. Die Schmelzzone wandert anschließend den Stab herab, wobei Verunreinigungen und Fremdatome entfernt werden. Dieser Vorgang wiederholt sich einige Male bis hochreines monokristallines Silizium entsteht.

Sowohl das Czochralski-Verfahren als auch das Zonenschmelzverfahren bringen einen monokristallinen Silizium-Barren hervor. Um das Material in einem Solarpanel verbauen zu können, wird in dieser Quaderform geschliffen.

Der dadurch entstehende Silizium-Block wird anschließend in dünne Scheiben, sogenannte „Wafer“, zersägt. Diese können schließlich als Solarzellen in das Modul eingesetzt werden.

Leider geht beim Wafer-Schnitt von harten Siliziumblöcken relativ viel Material verloren. Das patentierte String-Ribbon-Verfahren löst dieses Problem, indem die Drähte durch geschmolzenes Silizium gezogen werden. Dabei wird bis zu 50 % Silizium eingespart.

Was kosten monokristalline Solarzellen?

Der Preis von monokristallinen Solarzellen ist vergleichsweise hoch. Das liegt neben dem aufwendigen Herstellungsprozess auch am hohen Wirkungsgrad. Dieser sorgt wiederum für eine höhere Rendite bzw. erhebliche Platzersparnis auf dem Dach.

In der Photovoltaik-Branche wird der Preis für gewöhnlich in Euro je kWp angegeben. Dabei wird der Preis nicht der Fläche, sondern der erbrachten Leistung gegenübergestellt. Monokristalline Module liegen bei 1.150 bis 1.700 € / kWp, während polykristalline und Dünnschichtmodule mit 750 bis 1.300 € / kWp deutlich darunter liegen. 

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Amortisation bei monokristallinen Solarzellen

Eine wichtige Frage vor dem Kauf einer Solaranlage ist die Amortisation. Damit sich die Investition für Sie lohnt, sollten Sie eine Kostenübersicht erstellen. Mit ein paar einfachen Rechnungen können Sie den Amortisationszeitpunkt bestimmen. Dabei handelt es sich um den Zeitpunkt, bei dem Sie durch die Einnahmen der PV-Anlage alle bis dahin angefallene Kosten abgedeckt haben.

Um die Amortisationszeit zu berechnen benötigen Sie also die Anschaffungskosten und die voraussichtlichen jährlichen Einnahmen. Die genauen Anschaffungskosten können Sie in diesem Artikel berechnen: Solaranlage Kosten

Bei den monokristallinen Modulen ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Anschaffungskosten im Vergleich zu polykristallinen Modulen höher ausfallen würden, während die jährlichen Einnahmen gleichbleiben. Das Resultat ist ein späterer Amortisationszeitpunkt. 

Beispiel:

Eine PV-Anlage mit 4 kWp Leistung kostet unter Verwendung von monokristallinen Modulen 4 x 1.200 € = 4.800€ zzgl. 8.000 € Nebenkosten.

Mit polykristallinen Modulen kostet eine Anlage mit derselben Leistung nur 4 x 800 € = 3.200 € zzgl. 8.000 €. Bei durchschnittlichen monatlichen Einnahmen von 100 € also 1.200 € jährlich ergibt sich die folgende Amortisationsrechnung: 

monokristalline Module: 

12.800 / 1.200 = 10.6 Jahre

Polykristalline Module: 

11.200 / 1.200 = 9.3 Jahre

Wie viel Fläche benötigen monokristalline Module?

Unter der Annahme eines durchschnittlichen Einfamilienhauses mit Dachfläche von 100 qm und Nord-Süd-Ausrichtung können die PV-Module nur auf einer Dachseite angebracht werden. Somit stehen also 50 qm Fläche zur Verfügung. Durch Fenster, Verschattung, Schornsteine oder andere Faktoren kann sich die für Photovoltaik nutzbare Dachfläche noch weiter verringern. 

Aus diesem Grund ist die Leistung je Quadratmeter bei der Bestückung Ihres Daches mit Solarmodulen von entscheidender Bedeutung. In der folgenden Tabelle finden Sie den Flächenbedarf je kWp:

Wie in der Tabelle unschwer zu erkennen ist, sind Dünnschichtmodule die flächenintensivste Art der PV-Module. Um einen kWp Leistung zu erhalten müssen 10 bis 12 qm des Dachs belegt werden. Somit lässt sich auch leicht erklären, warum sie auf privaten Hausdächer so selten zum Einsatz kommen. Doch auch der Unterschied zwischen monokristallinen und polykristallinen Modulen ist signifikant.

Bei einer durchschnittlichen Anlagenleistung für ein Einfamilienhaus von 5 kWp läge der Flächenbedarf für polykristalline Module bei 40 qm (5 x 8 qm), während monokristalline nur 30 qm (5 x 6 qm) benötigen würden. 

Bei einer 50 qm großen Dachfläche mit Fenster, Schornstein, etc. könnte der Platz für die polykristallinen Module sehr knapp werden. Einer 30 qm großen monokristallinen Anlage stünde auf dem besagten Dach hingegen mehr als ausreichend Platz zur Verfügung. 

Lohnen sich monokristalline Solarzellen?

Das Kosten-Nutzen-Verhältnis von monokristallinen Modulen fällt mit einem Preis je kWh von 1.150 bis 1.700 € schlechter aus als bei der polykristallinen. Darüber hinaus dauert es länger bis sich Ihre Anlage amortisiert. 

Auf der anderen Seite bieten die monokristallinen Zellen das Potenzial Ihre verfügbare Dachfläche bestmöglich zu nutzen. Vor allem bei Haushalten mit einem hohen Stromverbrauch, die das Ziel haben einen möglichst hohen Teil mit Solarstrom abzudecken, lohnt sich die monokristalline Zelle. 

Angenommen Sie entscheiden sich für die polykristallinen Module, können deswegen aber nur die Hälfte Ihres Strombedarfs mit Solarstrom decken. In diesem Fall sind Sie nach wie vor zu 50 % von den bereits hohen und steigenden Strompreisen abhängig. Insofern sollten Sie abwägen ob sich der Preisaufschlag für die monokristallinen Zellen nicht doch lohnen würde.

Enpal verbaut bei seinen Kunden ausschließlich monokristalline PV-Module Full Black, um den Wirkungsgrad und die Anlagenleistung zu maximieren. Durch das Mietmodell profitieren Kunden also von einer höheren Stromausbeute und ersparen sich gleichzeitig die höheren Anschaffungskosten. Außerdem nutzt Enpal die leistungsintensiveren TOPCon Module.

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Weitere Informationen zu den Unterschieden zwischen monokristallinen und polykristallinen Zellen finden Sie hier: Monokristallin vs. Polykristallin - Der Vergleich.

Fazit

Sowohl mono- als auch polykristalline Zellen haben ihre Daseinsberechtigung. Derzeit sind die polykristallinen Zellen jedoch meist günstiger. Sie sollten allerdings im Blick haben, dass in den kommenden Jahren eine Reduzierung der Herstellungskosten von monokristallinen Solarzellen erwartet wird. Die bisher effizienteste Monokristallin-Zelle, die bis heute hergestellt wurde kam unter Standard-Testbedingung auf einen Wirkungsgrad von 24,8 %. Sollte dieser Wirkungsgrad in der Massenproduktion umsetzbar werden, würde das eine signifikante Steigerung des Kosten-Nutzen-Verhältnisses bedeuten.

Weil das Thema nicht immer ganz einfach ist, helfen Ihnen unsere Solar-Experten gerne weiter. Mit dem Enpal Solarcheck können Sie herausfinden, ob sich eine Solaranlage für Ihr Dach lohnt. Der erste Schritt ist ganz einfach: Machen Sie jetzt den Test.