Was sind dünn?

Dünnschicht-Solarmodule wandeln Sonnenlicht mithilfe einer dünnen Schicht Photovoltaikmaterial (PV) anstelle herkömmlicher Siliziumzellen in Strom um. Dünnschichtmodule sind sowohl in starrer als auch in flexibler Ausführung erhältlich, und es gibt Klebepaneele, die sich leicht an vertikalen und gekrümmten Oberflächen anbringen lassen – wie dem Dach eines Wohnmobils.

Das MarketWatch Guides-Team hat die besten Solarmodule für Privathaushalte überprüft, um Ihnen bei der Navigation im Solarkaufprozess zu helfen. Lesen Sie weiter, um mehr über Dünnschicht-Solarmodule zu erfahren, einschließlich der verschiedenen Typen, Kosten und idealen Einsatzmöglichkeiten.

Es gibt zwei Hauptmethoden zur Herstellung von Solarmodulen. Herkömmliche PV-Module bestehen aus einer Reihe kristalliner Siliziumzellen (c-Si), die in einem Stromkreis miteinander verbunden sind. Bei Dünnschichtpaneelen hingegen handelt es sich um eine einzelne Schicht Photovoltaikmaterial, die nicht in sichtbare Zellen unterteilt ist. Die Schichten sind 300 bis 350 Mal dünner als Silizium-Solarmodule, wodurch Dünnschichtmodule viel leichter sind als ihre herkömmlichen Gegenstücke.

Wie bei Siliziumplatten können Sie auch bei der Montage von Dünnschichtmaterialien einen starren Rahmen verwenden. Oder sie können mit einer selbstklebenden Rückseite auf einem flexiblen Untergrund (z. B. Kunststoff) befestigt und auf viele Arten von Oberflächen geklebt werden. Beispielsweise können Sie bei einem Freizeitfahrzeug (Wohnmobil) mit gebogenem Dach problemlos selbstklebende Paneele anbringen, wohingegen die Montage von starren Solarpaneelen schwieriger wäre.

Dank ihres geringeren Gewichts und ihrer geringeren Dicke können Sie Dünnschichtmodule in Anwendungen verwenden, die für Silizium-Solarzellen nicht geeignet sind – wie etwa tragbare Solarsysteme. Allerdings sind Dünnschichtpaneele weniger effizient und müssen eine größere Fläche abdecken, um die gleiche Energieausbeute wie herkömmliche Paneele zu erzielen. Allerdings können Dünnschichtpaneele niedrigere Temperaturkoeffizienten erreichen als Paneele aus kristallinem Silizium, sodass ihre Leistung weniger durch warmes Wetter beeinträchtigt wird.

Herkömmliche Solarmodule bestehen aus Silizium in kristalliner Form, dem sogenannten c-Si. Im Gegensatz zu Dünnschichtmodulen verfügen herkömmliche Module über Photovoltaikzellen, die aus Siliziumwafern aus Einkristallen (monokristallin) oder mehreren Kristallen (polykristallin) geschnitten sind. Dünnschichtmodule bestehen aus ganzen Schichten PV-Material, nicht aus kleinen Siliziumzellen.

Sie können Dünnschicht-Solarmodule nach dem Material klassifizieren. Zu den vier Haupttypen gehören:

Paneele aus amorphem Silizium (a-Si) verwenden das gleiche Material wie herkömmliche Photovoltaikzellen. Bei Dünnschichtplatten hat das Silizium jedoch eine nichtkristalline oder „amorphe“ Struktur. Diese Module verbrauchen weniger Silizium als herkömmliche Solarmodule und sind daher erschwinglicher. Amorphe Siliziummodule waren die erste Dünnschicht-PV-Technologie, die entwickelt wurde. Sie finden die Technologie, die in älteren Taschenrechnern und anderen kleinen Geräten zum Einsatz kommt.

Amorphe Siliziumpaneele haben einen typischen Energieumwandlungswirkungsgrad von 6 bis 8 %, während die besten kristallinen Siliziumpaneele einen Wirkungsgrad von annähernd 23 % erreichen.

Vor-und Nachteile

+ Leicht und erschwinglich + Verwendet ungiftige Materialien + Kann ein starres oder flexibles Design haben – Geringe Energieeffizienz – Schneller Effizienzverlust nach der Installation – Kürzere Lebensdauer als kristalline Siliziumplatten

Cadmiumtellurid (CdTe)-Panels sind effizienter als amorphe Siliziumpanels und liegen zwischen 9 % und 15 %. Sie sind die beliebtesten Module in der Dünnschicht-Solarindustrie und machen rund die Hälfte des Weltmarktanteils aus. First Solar ist einer der führenden Hersteller von CdTe-Modulen und hat über 1,5 Milliarden US-Dollar in die Entwicklung dieser Solartechnologie investiert.

Der größte Nachteil von CdTe-Panels ist die Verwendung von Cadmium, einem hochgiftigen Metall. Cadmium stellt bei der Stromerzeugung durch die Module kein Risiko dar. Allerdings kann es für Fabrikarbeiter, denen es bei der Herstellung ausgesetzt ist, ein Risiko darstellen, und die Entsorgung stellt ein Problem dar.

Vor-und Nachteile

+ Höhere Effizienz als Paneele aus amorphem Silizium + Geringe Herstellungs- und Installationskosten + Kürzere Amortisationszeit als andere Dünnschichtpaneele – Verwendet Cadmium, ein giftiges Metall – Weniger effizient als Paneele aus kristallinem Silizium – Flexible CdTe-Paneele können schwer zu finden sein

Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Panels (CIGS) verwenden verschiedene Halbleitermaterialien, die in Schichten angeordnet sind. CIGS-Module haben einen typischen Wirkungsgrad von 12 % bis 14 %, vergleichbar mit der Leistung von CdTe-Modulen. Die CIGS-Technologie ist auch mit mehreren Materialien wie Stahl, Aluminium, Glas und Kunststoffen kompatibel.

Der Hauptnachteil von CIGS-Dünnschichtpaneelen sind ihre hohen Produktionskosten, die zu einer längeren Amortisationszeit führen. Einige CIGS-Module verwenden auch Cadmium, was die gleichen Umweltprobleme mit sich bringt wie CdTe-Module. Allerdings ersetzen Hersteller Cadmium durch Zinkoxide, die viel sicherere Materialien sind.

Vor-und Nachteile

+ Höhere Effizienz als amorphe Silizium-Panels+ Kompatibel mit mehreren Materialien und Oberflächen+ Es sind starre und flexible Panels verfügbar – Teurer als andere Dünnschicht-Panels – Viele CIGS-Module enthalten Cadmium – Längere Amortisationszeit als andere Dünnschicht-Panels

Organische Photovoltaik-Module (OPV) nutzen Polymere und andere organische Materialien mit photovoltaischen Eigenschaften zur Energieerzeugung. OPV-Panels haben einen Wirkungsgrad von rund 11 %, was höher ist als der Wirkungsgrad von a-Si-Panels. OPV-Module weisen jedoch niedrigere Effizienzwerte auf als CdTe- und CIGS-Module.

Da organische Materialien reichlich vorhanden und kostengünstig sind, sind OPV-Panels sehr erschwinglich. Allerdings sind organische Photovoltaikmaterialien weniger langlebig als die anorganischen Verbindungen, die in anderen Dünnschichttechnologien verwendet werden.

Vor-und Nachteile

+ Kostengünstiger Herstellungsprozess+ Aufgrund der Variabilität der Absorber in vielen Farben erhältlich+ Organische PV-Materialien sind reichlich vorhanden und sicher – Geringerer Wirkungsgrad als die meisten PV-Technologien – Kürzere Lebensdauer als anorganische Solarzellen

Beim Vergleich von herkömmlichen Solarmodulen und Dünnschicht-Solarmodulen hängt die beste Option von der beabsichtigten Anwendung ab. Kristalline Siliziumpaneele können Sonnenlicht zwei- bis dreimal effizienter in Elektrizität umwandeln als ihre Dünnschicht-Paneele, wodurch sich Siliziumpaneele ideal für Privathaushalte und Unternehmen eignen. Herkömmliche Paneele haben jedoch starre und sperrige Rahmen und können bis zu 40 bis 50 Pfund wiegen.

Dünnschichtmodule sind aufgrund ihres leichten Designs eine bessere Option für Fahrzeuge und vertikale Flächen. Sie können auch flexible Dünnschichtplatten mit selbstklebender Rückseite finden, die Sie auf gekrümmten Oberflächen verwenden können, wo herkömmliche Platten keine praktikable Option sind.

Dünnschicht-Solarmodule kosten normalerweise etwa 1 bis 1,50 US-Dollar pro Watt. Im Vergleich dazu kostet eine Solarstromanlage mit herkömmlichen Modulen etwa 2,85 US-Dollar pro Watt.

Aufgrund ihres geringeren Wirkungsgrads werden Dünnschicht-Solarmodule häufig nicht für Dachinstallationen verwendet. Hier ist eine Aufschlüsselung der Gründe:

Dünnschichtplatten eignen sich besser für tragbare und kleine Anwendungen oder vertikale und gekrümmte Oberflächen (wie ein Wohnmobil). Flexible Dünnschichtpanels können Sie einzeln für weniger als 100 US-Dollar erwerben. Einige Solar-PV-Kits enthalten auch eine Batterie mit Wechselstrom- (AC) und Gleichstrom- (DC) Ausgängen, um Sonnenenergie in nutzbaren Strom umzuwandeln. Tragbare Kraftwerke kosten je nach Wattzahl und Batteriekapazität weniger als 1.000 bis 5.000 US-Dollar.

Um große Strommengen für Ihr Zuhause oder Ihr Unternehmen zu erzeugen, empfehlen wir den Einsatz herkömmlicher PV-Module. Unabhängig von der Art des Moduls, das Sie installieren, können Sie die bundesstaatliche Solarsteuergutschrift in Anspruch nehmen, um Ihre Gesamtsystemkosten zu senken.

Die Komplexität der Installation von Dünnschichtpanels hängt von Ihrer Systemkonfiguration ab. Einige Dünnschichtpaneele verfügen über einen starren Rahmen und können in Dach- oder Freilandanlagen eingesetzt werden. Die besten Solarunternehmen empfehlen in diesem Fall jedoch möglicherweise herkömmliche Solarmodule, da diese zwei- bis dreimal mehr Strom pro Quadratfuß erzeugen.

Selbstklebende Dünnschichtpaneele und tragbare Solarbausätze lassen sich viel einfacher selbst aufbauen. Diese Panels verfügen über niedrigere Spannungen und Wattzahlen und die meisten Systeme sind für Heimwerkerinstallationen konzipiert. Sie sollten jedoch eine professionelle Installation in Betracht ziehen, wenn Sie selbstklebende Solarmodule auf erhöhten Flächen verwenden möchten.

Alle Arten von Solarmodulen erfordern Wartung. Durch die regelmäßige Reinigung von Dünnschicht-Solarmodulen kann verhindert werden, dass sich Staub ansammelt, der die Menge an Sonnenlicht blockieren kann, die auf ihre Oberfläche gelangt. Verwenden Sie eine weiche Bürste oder ein weiches Tuch und vermeiden Sie Reinigungswerkzeuge, die Kratzer verursachen könnten. Vermeiden Sie außerdem chemische Reinigungsmittel, die das PV-Material oder andere Komponenten beschädigen können.

Installationsempfehlungen für herkömmliche Solarmodule gelten auch für Dünnschicht-PV-Zellen. Sie erzeugen mehr Strom, wenn Sie Dünnschichtpaneele in nicht beschatteten Bereichen installieren und auf Bäume oder andere Elemente achten, die Ihre Paneele blockieren könnten.

Dünnschichtmodule sind ideal für tragbare und leichte Solarenergiesysteme. Beispielsweise sind Dünnschichtpaneele eine hervorragende Option, um in einem Fahrzeug (z. B. einem Wohnmobil) Strom zu erzeugen, ohne zu viel Gewicht hinzuzufügen.

Einige Dünnschichtplatten sind selbstklebend und können problemlos auf vertikalen und gekrümmten Oberflächen angebracht werden. Dank ihrer Kompatibilität mit verschiedenen Materialien können Dünnschichtplatten auch in Bauelemente wie Fenster und Dachschindeln integriert werden. Dieses Konzept wird als gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) bezeichnet.

Für eine Dach- oder Freiflächen-Solaranlage mit mehreren Kilowatt Leistung werden Dünnschichtmodule grundsätzlich nicht empfohlen. Dünnschichtpaneele müssen eine größere Fläche abdecken, um die gleiche Stromleistung wie herkömmliche Paneele zu erzeugen, und sind weniger langlebig. Aus diesen Gründen eignen sich herkömmliche Silikonpaneele am besten für die Hausinstallation.

Dünnschichtplatten sind aufgrund ihres geringen Gewichts und der reduzierten Dicke ideal für Fahrzeuge und andere tragbare Anwendungen. Einige Dünnschichtplatten sind flexibel und verfügen über eine selbstklebende Rückseite, die Sie auf vertikalen und gekrümmten Oberflächen wie dem Dach eines Wohnmobils befestigen können. Dünnschichtsolarzellen sind leichter, dünner und kostengünstiger als herkömmliche Siliziummodule.

Allerdings haben Dünnschichtplatten einen deutlich geringeren Wirkungsgrad. Aus diesem Grund sind Dünnschichtmodule im Allgemeinen nicht die beste Wahl für die Stromversorgung Ihres Hauses.

Dünnschicht-Solarmodule kosten in der Regel etwa 1 bis 1,50 US-Dollar pro Watt und sind damit günstiger als Silizium-Alternativen. Die meisten Dünnschicht-Solartechnologien sind kostengünstig, einige Materialien – wie CIGS-Module – sind jedoch teurer. Auch die Installationskosten variieren je nach Anwendung. Beispielsweise sind selbstklebende Dünnschichtplatten viel einfacher zu installieren als starre Platten mit einem Regalsystem.

Es gibt viele Dünnschicht-Photovoltaikmaterialien, aber zu den gebräuchlichsten gehören:

Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) untersucht außerdem Galliumarsenid (GaAs), ein vielversprechendes Material mit hoher Effizienz. Die hohen Kosten dieser Solarzellentechnologie stellten jedoch ein Hindernis für die kommerzielle Nutzung dar.

Sowohl Dünnschicht- als auch herkömmliche Solarzellen nutzen den photovoltaischen Effekt. Wenn sie Sonnenlicht oder anderen Lichtquellen ausgesetzt werden, gewinnen die Elektronen in ihrem photovoltaischen Material Energie und beginnen sich zu bewegen. Dadurch entsteht ein Spannungs- und Stromausgang, den Sie zur Stromerzeugung nutzen können. Herkömmliche Solarsysteme kombinieren die Leistung mehrerer Module, indem sie sie miteinander verkabeln, wodurch genug Strom für den Betrieb Ihres Hauses erzeugt wird.

Leonardo David ist Elektromechanik-Ingenieur, MBA, Energieberater und technischer Redakteur. Seine Beratungserfahrung im Bereich Energieeffizienz und Solarenergie umfasst Branchen wie Banken, Textilherstellung, Kunststoffverarbeitung, Pharmazie, Bildung, Lebensmittelverarbeitung, Immobilien und Einzelhandel. Seit 2015 schreibt er außerdem Artikel zu Energie- und Ingenieurthemen.

Tori Addison ist ein Redakteur, der seit über fünf Jahren in der digitalen Marketingbranche tätig ist. Ihre Erfahrung umfasst Kommunikations- und Marketingarbeit im gemeinnützigen, staatlichen und akademischen Bereich. Von Beruf Journalistin, begann sie ihre Karriere als Berichterstattung über Politik und Nachrichten im New Yorker Hudson Valley. Ihre Arbeit umfasste die Berichterstattung über lokale und staatliche Haushalte, Bundesfinanzvorschriften und Gesundheitsgesetze.