Dünnschicht-Solarmodule: die leichte und flexible Photovoltaik-Zukunft?

Dünnschicht-Solarmodule könnten im Photovoltaik-Bereich der nächste Trend werden: Sie sind deutlich günstiger als die gängigeren Dickschicht-Solarmodule und haben einige weitere Vorzüge. Noch überwiegen jedoch für viele PV-Betreiber die Nachteile. Erfahren Sie hier, was Dünnschichtmodule sind, welche Vor- und Nachteile sie aufweisen und für wen sie sich eignen.

Was sind Dünnschicht-Solarmodule?

Bei Dünnschichtmodulen handelt es sich um Module mit Solarzellen, die bis zu 100-mal (!) dünner sind als die Zellen in gängigeren Dickschichtmodulen. Sie sind nur 1 bis 5 Mikrometer stark – also 0,001 bis 0,005 Millimeter. Die wichtigsten Eigenschaften, die Dünnschichtmodule von den stärkeren Vertretern unterscheiden:

• Material: Während die Solarzellen in Dickschicht-Solarmodulen aus mono- oder polykristallinem Silizium bestehen, setzt man für die Herstellung von Dünnschichtmodulen auf amorphes, nichtkristallines Silizium. Gemeinsam mit weiteren Halbleitermaterialien und Kohlenwasserstoffverbindungen entsteht die ultradünne Schicht.
• Rahmen: Dünnschicht-Solarmodule verfügen in der Regel nicht über einen Rahmen.
• Flexibilität: Dank ihres dünnen Aufbaus und ihrer Eigenschaften sind Dünnschicht-PV-Module auch als biegsame Variante erhältlich. Dadurch sind sie besonders flexibel einsetzbar, etwa als mobile Solarmodule oder als Designelement in der Architektur.
• Herstellung: Herkömmliche Dickschicht-Solarzellen unterliegen einem aufwendigen Herstellungsverfahren. Dafür muss kristallines Silizium unter Zuhilfenahme leistungsfähiger Maschinen im Reinstraum geschnitten werden. Um Dünnschicht-Solarzellen herzustellen, sprüht der Hersteller das Silizium auf eine Trägerschicht auf. Alternativ ist auch die Bedampfung möglich. So entsteht die ultradünne Schicht, an deren mikroskopisch kleine Stärke Dickschicht-Solarzellen nicht ansatzweise heranreichen.

In ihrer grundsätzlichen Funktionalität unterscheiden sich Dick- und Dünnschichtsolarzellen wiederum nicht. Die Erzeugung des Solarstroms funktioniert bei beiden Varianten auf dieselbe Art und Weise.

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Vorteile von Dünnschicht-Solarmodulen

Im Vergleich mit den stärkeren Dickschichtmodulen haben Dünnschicht-Solarmodule einige Vorteile, die sie für verschiedene Anwendungsgebiete interessant machen:

• Kosten: Die einfachere Herstellung und der geringere Materialbedarf sorgen für deutlich günstigere Anschaffungskosten. Somit empfehlen sich die Solarmodule für Budgetlösungen.
• Gewicht: Die Module weisen infolge des geringeren Schichtaufbaus zudem ein niedrigeres Gewicht auf. Es macht mitunter nur die Hälfte des Gewichts von Dickschichtmodulen aus. Daher eignen sich Solar-Dünnschichtmodule auch für Orte, die statisch gesehen nur eine geringe Belastung erlauben.
• Temperaturresistenz: Dünnschichtsolarzellen sind gegenüber Temperaturen oberhalb von 25°C weniger anfällig als die in Dickschichtmodulen. Der zugrunde liegende Temperaturkoeffizient liegt bei nur 0,1 bis 0,3 Prozent pro Kelvin, während er bei der stärkeren Variante 0,3 bis 0,5 Prozent pro Kelvin beträgt. Die Leistung nimmt also bei steigenden Temperaturen weniger stark ab als bei anderen PV-Modulen.
• Schwachlichtverhalten: Die Hersteller werben damit, dass Dünnschichtmodule in Bereichen mit eher ungünstigen Lichtverhältnissen effizienter arbeiten als Dickschichtmodule. Damit können Sie an Orten eingesetzt werden, die zum Teil verschattet sind oder deren Ausrichtung nicht optimal ist.
•  Wartung: Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Modulen sind geringer als bei Dickschichtmodulen. Dadurch lagert sich weniger Schmutz an.

Nachteile von Dünnschicht-Modulen

Es gibt allerdings gute Gründe, dass sich Dünnschicht-Module bislang noch nicht flächendeckend durchgesetzt haben. Sie bringen nämlich auch einige Nachteile mit sich:

• Wirkungsgrad: Derzeit bleibt der Wirkungsgrad von PV-Dünnschichtmodulen mit 10 bis 13 Prozent noch weit hinter dem von Dickschichtmodulen (15 bis 22 Prozent) zurück. Das bedeutet konkret: Sie benötigen bis zu doppelt so viele Solarmodule, um dieselbe Stromausbeute zu erreichen. Haben Sie auf Ihrem Dach nur eine begrenzte Fläche zur Verfügung, könnte dies ein stark begrenzender Faktor für Ihre PV-Anlagen-Planung sein. Die Forschung arbeitet intensiv an einer Steigerung des Wirkungsgrads von Dünnschicht-Solarmodulen, und es sind bereits erste Modelle mit höherer Ausbeute am Markt verfügbar. Sie sind jedoch teurer in der Anschaffung und verlieren damit gegenüber Dickschichtmodulen ihren wichtigsten Vorteil.
• Lebensdauer: Als Degradation bezeichnet man die Leistungseinbußen, die Sie bei Solarmodulen mit zunehmender Betriebsdauer hinnehmen müssen. Bei Dünnschicht-PV-Modulen fallen sie höher aus als bei Dickschichtmodulen. Dies bedeutet eine kürzere Lebensdauer und auch deutlich geringere Herstellergarantien als bei dem etablierteren Produkt.
• Montage: Man könnte meinen, dass die Montage angesichts des geringeren Gewichts einfacher wäre. Die Biegsamkeit der Dünnschicht-Solarzellen erschwert jedoch die Bedingungen bei der Installation ebenso wie der fehlende Rahmen, durch den es den Modulen an Stabilität mangelt.

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Wie viel kosten Dünnschicht-Solarmodule?

Die Kosten werden als einer der wichtigsten Faktoren für Dünnschichtmodule ins Feld geführt. Angesichts der nicht zu verachtenden Nachteile sollten Sie aber genau nachrechnen, ob sich die Investition lohnt. Die reinen Anschaffungskosten sind wesentlich niedriger: Dünnschicht-Solarmodule schlagen mit 400 bis 1.200 Euro pro kWp zu Buche. Für entsprechende Dickschichtmodule sollten Sie hingegen mit 800 bis 1.800 Euro pro kWp rechnen. Auf den ersten Blick scheint das Pendel hier klar zugunsten der Dünnschichtzellen auszuschlagen. Beachten Sie allerdings bei der Planung Ihres PV-Systems unbedingt auch diese Punkte:

• Der Stromertrag ist geringer als bei Dickschichtmodulen. Sie benötigen also mehr Module und in Folge auch mehr Platz, um dieselbe Leistung zu erreichen. 
• Die Lebensdauer der Module ist geringer. Dies wirkt sich auf die Wirtschaftlichkeit der Anlage aus.
• Der Mehraufwand für die Montage kann die initialen Kosten erhöhen.

Für wen eignen sich Dünnschichtmodule?

PV-Dünnschichtmodule haben sich aufgrund der genannten Nachteile im Einsatz auf privaten Hausdächern bislang nicht durchgesetzt. Dennoch gibt es einige Situationen, in denen sie empfehlenswert sein könnten:

• Ihnen steht ausreichend Platz für die Montage zur Verfügung, sodass Sie problemlos zusätzliche Module unterbringen, um die gewünschte Leistung zu erreichen.
• Ihr Dach ist aufgrund einer eingeschränkten Tragfähigkeit nur für geringe Lasten ausgelegt.
• Eine ideale Ausrichtung der PV-Anlage ist wegen des Neigungswinkels oder der Ausrichtung des Dachs nicht möglich oder es gibt verschattete Bereiche (ungünstige Lichtverhältnisse). Hier ist allerdings wichtig zu erwähnen, dass diese Faktoren auch bei Dickschichtmodulen mitigiert werden können, z.B. mit Leistungsoptimierern.

Bei gewerblichen Photovoltaikanlagen, etwa in Solarparks, haben sich Dünnschichtmodule weitgehend durchgesetzt, weil der Platz hier kein limitierender Faktor ist, aber der Preis ausschlaggebend für die Wirtschaftlichkeit der Projekte ist.

Fazit: Dünnschicht-Solarmodule im privaten Bereich noch keine Alternative

Sie sehen: Es sind eher spezielle Konstellationen, in denen Dünnschichtmodule eine sinnvolle Option sind. Trifft keine davon auf Ihre Installationssituation zu, lohnt sich für Sie wahrscheinlich eher die Investition in Dickschichtmodule. Es ist jedoch sinnvoll, das Thema im Blick zu behalten. Die Forschung arbeitet weiter daran, Dünnschicht-Solarzellen effizienter zu gestalten und ihren Wirkungsgrad zu erhöhen. Gelingt dies künftig auf wirtschaftlicher Basis, könnten Dünnschicht-PV-Module eine echte Alternative zu Dickschichtmodulen werden.

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