Unterschied Solarzellen und Solarkollektoren

Klingt doch insgesamt genial, wo ist der Haken?

Ein Vorteil besteht logischerweise in der Kombination der Systeme, der sich vor allem bei wenig verfügbarer Fläche zeigt. Ein Nachteil, nämlich eine zwangsweise höhere Wärmeerzeugung im Sommer wurde oben schon angeführt. Des Weiteren liegt ein wichtiger Unterschied zwischen Solarzellen und Solarkollektoren, wenn es um die Temperaturen geht, die auf die Anlage treffen. Flach- und Vakuumröhrenkollektoren können sich sehr hoch erhitzen (>80 Grad), ein Vakuumröhrenkollektor noch weitaus stärker. Ein wichtiger Unterschied zwischen Photovoltaikmodulen und Solarkollektoren liegt darin, dass Solarzellen bei kalten Außentemperaturen besser funktionieren als bei sehr heißen. Die optimale Solarmodultemperatur liegt bei 25 Grad. Somit müssen bei Hybridkollektoren Systeme eingebaut werden, die die Solarzellen kühlen.

Wohin mit dem warmen Wasser?

Bei beiden Systemen (Flach- und Vakkumkollektor) leitet man das erhitzte Wasser über gedämmt Leitungen in gepolsterte Wassertanks. Dieser ist von einem dicken Schaumstoff umgeben, um die Effizienz bestmöglich zu bewerkstelligen. Die Wassertanks versorgen, je nach Bedarf das Bad, die Küche etc. mit Warmwasser.

Der erste Teil bezüglich des Unterschied zwischen Solarzellen und Solarkollektoren wäre hiermit geschafft! Nun wenden wir uns den Solarzellen zu, die in Summe, sprich wenn man sie verbindet, ein Photovoltaikmodul  bilden. Zusammengeschlossene Photovoltaikmodule bilden die Photovoltaikanlage.

Unterschied zwischen Solarzellen und Solarkollektoren: Photovoltaikmodule

Im Folgenden erläuert der Artikel die wesentlichen Arten von Photovoltaikmodulen. Prinzipiell gibt es mono- und polykristalline bzw. Dünnschichtzellen. Wie zu Beginn des Artikels angeführt, ist der Unterschied zwischen Photovoltaikmodulen und Solarkollektoren jener, dass Module aus einzelnen Zellen bestehen, die Strom erzeugen. Bei allen spielt die Energierücklaufzeit (siehe Amortisation) eine wesentliche Rolle. Diese ist umso besser, je mehr erneuerbare Energien man für die Herstellung verwendet. Das führt dazu, dass hergestellte Module aus Deutschland oder Österreich wesentlich bessere Bilanzen haben als beispielsweise aus Asien. Für all jene, die sich für die Kosten von Photovoltaikanlagen interessieren, sei auf diesen Artikel verwiesen.

Monokristalline Solarzellen

Monokristalline Solarzellen sind die älteste Technologie (ab den späten 1950er Jahren) innerhalb der Familie der Photovoltaik. Erste Verwendungen findet man innerhalb der Raumfahrt, die ohne diese Technik gar nicht möglich gewesen wäre. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass man bei der Herstellung reines Silizium (Halbleitermaterial) verwendet. In der Regel erkennt man monokristalline Solarzellen daran, dass sie achteckig geschnitten sind, weshalb sich zwischen den Zellen kleine Quadrate ergeben. Das führt dazu, dass man bei monokristallinen Solarzellen zwar den höchsten Wirkungsgrad hat (bis zu 22%), die Herstellung jedoch sehr viel Energie braucht und sie somit von allen drei Arten die Teuerste ist. Der Wirkungsgrad beschreibt die Erzeugung von Strom pro Solarzelle.

Monokristalline Solarzellen

Unterschied zwischen Solarzellen und Solarkollektoren: Details 1/2

Der Name monokristallin kommt daher, da sich die Struktur aus einkristallinen Stäben, die eine einheitliches Muster bilden, zusammensetzt. Wie schon angedeutet ist die Qualität hoch, die Ausbeute bei optimalen Temperaturen sehr gut, die Anschaffung jedoch relativ teuer. Beeinflusst wird die Leistungsfähigkeit natürlich von den vorherrschenden Lichtverhältnissen und Außentemperaturen. Prinzipiell fällt die Effizienz bei steigenden Außentemperaturen (man spricht in diesem Zusammenhang auch vom Temperaturkoeffizienten) bzw. nicht-optimaler Lichteinstrahlung. Jedoch sollte man sich von Abweichungen vom Optimum nicht abschrecken lassen!

Der Temperaturkoeffizient beschreibt, wie die Leistung mit jedem sich erhöhenden Grad fällt. Das führt dazu, dass in unseren Breiten die Ausbeute im Mai am höchsten ist, da die Sonne zwar einerseits schon sehr hochsteht, die Außentemperatur jedoch noch vergleichsweise kühl ist. Für die Schattenwirkungen, die die Verbindungen zwischen den Zellen bewirken, gibt es ebenfalls Lösungen. Diese Verbindungen gestaltet man am besten so, dass das Licht nicht reflektiert, sondern diese die Sonnenstrahlen nach recht und links ablenken. Damit erhöht sich natürlich auch der Wirkungsgrad.

Hier ist eine monokristalline Photovoltaikanlage auf dem Dach eines Kunden zu sehen

Polykristalline Solarzellen

Im Unterschied zu monokristallinen werden polykristalline Solarzellen durch ein Gussverfahren hergestellt, weshalb die Kristallstruktur ungleichmäßiger bzw. inhomogener ist. Diese Technik entwickelte sich Anfang der 1960er Jahre. Das eigentliche Halbmaterial bei der Herstellung ist ebenfalls Silizium. Die ungleiche Struktur führt dazu, dass der Wirkungsgrad von polykristallinen Solarzellen unter dem von monokristallinen liegt (15 – 18 %). Jedoch sind sie in der Herstellung günstiger, da der Energieaufwand für die Produktion nicht so hoch ist. Dies führt zu einem günstigeren Anschaffungspreis. Richtet man den Blick auf die gesamte Auswirkung bezüglich Umwelteinwirkungen, erhalten polykristalline Solarzellen bessere Noten, da sie eben weniger Energie, als auch weniger Ressourcen benötigen und somit unterm Strich weniger Müll produzieren. Man kann festhalten, dass der Großteil der verbauten Photovoltaikmodule aus polykristallinen Solarzellen besteht.

Verschiedene polykristalline Solarzellen im Vergleich

Unterschied zwischen Solarzellen und Solarkollektoren: Details 2/2

Die polykristallinen Solarzellen bestehen aus kleinen Rechtecken (im Gegensatz zu den Achtecken bei den monokristallinen). Ein wesentlicher Unterschied besteht außerdem darin, dass sie zwar einen schlechteren Wirkungsgrad, dafür jedoch einen besseren Temperaturkoeffizienten haben. Im Umkehrschluss bedeutet das, dass je näher man an den Äquator kommt, desto besser schneiden die polykristallinen im Vergleich zu den monokristallinen ab. Wir erinnern uns: je heißer die Außentemperatur, desto reduzierter der Wirkungsgrad von monokristallinen Zellen! Richtet man den Blick auf diffuses Licht, gibt es keine wesentlichen Differenzen. Ein weiterer, wichtiger Aspekt bezieht sich auf den Flächenverbrauch: während bei den monokristallinen die Leistung pro Quadratmeter immer weiter steigt, ist diese bei den polykristallinen ins Stocken gekommen. Das heißt, das Verhältnis zwischen Leistung und der dafür notwendigen Fläche wird bei den Solarzellenarten immer größer.

Polykristalline PV-Anlage verbaut auf dem Dach eines Kunden

Dünnschichtmodule

Dünnschichtmodule werden im Folgenden nur kurz umrissen, da sie heute (zumindest in unseren Breiten) in der Praxis kaum noch bis gar keine Anwendung mehr finden. Einfach gesagt handelt es sich dabei um eine Glasscheibe, die man mit einem leitfähigen, photovoltaikfähigen Material bedampft. Vorteile bestehen darin, dass sie sehr einfach zu fertigen sind und damit die geringsten Produktionskosten aufweisen. Der Temperaturkoeffizient ist noch kleiner als bei Polymodulen, was bedeutet, dass sie bei sehr intensiven und langen Sonnenstunden gut funktionieren. Jedoch bringen sie auch den Nachteil mit sich, dass sie beispielsweise fast dreimal so viel Fläche wie monokristalline benötigen, um dieselbe Menge an Energie zu erzeugen.

Typische Dünnschichtmodule einer PV-Anlage in den USA

Dünnschichtzellen verwechselt man manchmal mit Flachkollektoren, da sie oftmals gleichmäßig schwarz sind und diesen somit sehr ähnlich schauen. Der Trick: einfach schauen, ob die Bauteile mit Rohren verbunden sind, wenn ja, handelt es sich um Flachkollektoren. Des Weiteren wurde der Platz schon angeführt, denn man wird kaum auf nur 2 bis 6 Dünnschichtmodule auf einem Dach treffen. Sieht man hingegen groß ausgebaute Flächen, handelt es sich höchstwahrscheinlich um Dünnschichtmodule.

Dünnschichtmodule auf einem Wohnhaus