Dünnschichtmodule sind eine Art von Solarmodulen, die aus extrem dünnen Schichten von Halbleitermaterialien bestehen. Sie sind bekannt für ihre Flexibilität, ihr geringes Gewicht und ihre Fähigkeit, auch bei diffuser oder indirekter Sonneneinstrahlung effizient zu arbeiten.
Im Vergleich zu herkömmlichen kristallinen Solarmodulen haben Dünnschichtmodule in der Regel einen geringeren Wirkungsgrad. Dies bedeutet, dass sie mehr Fläche benötigen, um die gleiche Menge an Strom zu erzeugen.
Trotz ihres geringeren Wirkungsgrads sind Dünnschichtmodule jedoch besonders nützlich in Situationen, in denen Flexibilität, Gewicht oder Ästhetik von Bedeutung sind.
Welche Arten von Dünnschichtmodulen gib es?
Amorphes Silizium (a-Si): Dies ist die älteste und am weitesten verbreitete Art von Dünnschicht-Solarzelle. Sie verwendet eine dünne Schicht von amorphem Silizium, das weniger effizient, aber auch weniger kostenintensiv als kristallines Silizium ist.
Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS): CIGS-Zellen haben den höchsten Wirkungsgrad aller Dünnschichttechnologien. Sie sind jedoch auch teurer und komplexer in der Herstellung.
Cadmiumtellurid (CdTe): CdTe-Zellen haben einen etwas geringeren Wirkungsgrad als CIGS-Zellen, sind aber einfacher und kostengünstiger herzustellen.
Galliumarsenid (GaAs): GaAs-Zellen sind extrem effizient, aber auch kostspielig. Sie werden hauptsächlich in spezialisierten Anwendungen wie der Raumfahrt oder in konzentrierenden Photovoltaiksystemen verwendet.
Organische Solarzellen (OPV): Diese Zellen verwenden organische Materialien (Kohlenstoff-basierte Moleküle oder Polymere) anstelle von anorganischen Halbleitern. Sie sind flexibel und können in verschiedenen Farben und Transparenzen hergestellt werden, was sie für ästhetische Anwendungen attraktiv macht. Allerdings haben sie derzeit noch einen geringeren Wirkungsgrad und eine kürzere Lebensdauer im Vergleich zu anorganischen Dünnschichtzellen.
Was kosten Dünnschichtmodule?
Die Kosten für Dünnschichtmodule können je nach Hersteller und Leistung variieren. Im Durchschnitt liegen die Kosten für diese Module zwischen 200 und 400 Euro pro Modul.
Welche Eigenschaften haben Dünnschichtmodule?
| Spezifikationen | Wirkungsgrad | Modulgröße | Degradation | Farbe |
|---|---|---|---|---|
| Amorphes Silizium (a-Si) | 5 – 7 % | ca. 1210 × 1008 × 40 mm | 25 % in den ersten 1000h | blau-schwarz |
| Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) | Ca. 17 % | variabel | 0,5 – 1 % / Jahr | grau-schwarz |
| Cadmiumtellurid (CdTe) | Ca. 10 % | ca. 1200 × 600 × 6,9 mm | 0,5 – 1 % / Jahr | dunkelblau-schwarz |
| Organische Solarzellen (OPV) | 3 – 5 % | variabel | noch unerforscht | variabel |
Wie funktioniert ein Dünnschichtmodul?
Dünnschichtmodule basieren auf dem photovoltaischen Effekt, durch den Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt wird. Im Kern ihrer Funktionsweise stehen extrem dünne Halbleiterschichten, die oft nur wenige Mikrometer dick sind, im Gegensatz zu den dickeren Schichten herkömmlicher Solarzellen.
Wenn das Sonnenlicht auf diese Halbleiterschichten trifft, werden Elektronen freigesetzt. Diese freien Elektronen bewegen sich durch das Material, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird. Ein charakteristisches Merkmal von Dünnschichtmodulen ist ihre Flexibilität.
Dank ihrer dünnen Beschaffenheit können sie auf verschiedene Trägermaterialien wie Glas, Kunststoff oder Metall aufgetragen werden. Ein weiterer Vorteil dieser Module ist ihre Fähigkeit, auch bei weniger idealen Lichtverhältnissen effizient zu arbeiten. Das bedeutet, dass sie selbst bei diffuser oder indirekter Sonneneinstrahlung effektiv Strom erzeugen können.
Was sind die Vorteile und Nachteile?
- Flexibilität: Aufgrund ihrer dünnen Bauweise können sie flexibel und auf verschiedenen Oberflächen angebracht werden.
- Geringes Gewicht: Sie sind leichter als kristalline Module, was die Installation erleichtert und die Strukturlast reduziert.
- Bessere Leistung bei diffuser Beleuchtung: Sie haben oft eine bessere Leistung bei bewölktem Wetter oder geringer Sonneneinstrahlung.
- Ästhetik: Sie bieten eine gleichmäßige und ästhetisch ansprechende Oberfläche, die oft in gebäudeintegrierten Photovoltaiksystemen (BIPV) verwendet wird.
- Geringere Herstellungskosten: Der Herstellungsprozess ist oft kostengünstiger als bei kristallinen Modulen, insbesondere bei großflächiger Produktion.
Nachteile
- Niedrigerer Wirkungsgrad: Im Vergleich zu monokristallinen und polykristallinen Modulen haben Dünnschichtmodule in der Regel einen geringeren Wirkungsgrad.
- Größere Fläche erforderlich: Aufgrund ihres geringeren Wirkungsgrads benötigen sie eine größere Fläche, um dieselbe Energiemenge zu erzeugen.
- Kürzere Lebensdauer: Einige Dünnschichttechnologien können eine kürzere Lebensdauer und Degradationsrate aufweisen als kristalline Module.
- Potenzielle Materialbeschränkungen: Einige Dünnschichttechnologien verwenden Materialien, die in der Natur seltener vorkommen oder umweltbedenklich sein können.
Wie werden Dünnschichtmodule hergestellt?
Hersteller bereiten zunächst ein Trägermaterial, meistens Glas, vor. Anschließend tragen sie dünne Halbleiterschichten, bestehend aus Silizium, Cadmiumtellurid oder anderen Materialien, auf. Dabei nutzen sie Techniken wie das chemische Gasphasenabscheiden (CVD) oder das Sputtern.
Nach diesem Schritt strukturieren sie die Schichten, um elektrische Kontakte herzustellen. Schließlich versiegeln sie die Module, sodass sie gegen Umwelteinflüsse geschützt sind. Durch diesen Prozess entstehen flexible und leichte Solarmodule, die vielseitig einsetzbar sind.
Welche Hersteller gibt es?
First Solar: ein führender globaler Anbieter von umfassender Photovoltaik (PV) Solarenergielösungen.
Solar Frontier: Ein japanisches Unternehmen, das sich auf die Herstellung von CIS-Dünnschicht-Solarzellen spezialisiert hat.
Hanergy: Ein chinesisches Unternehmen, das sich auf Dünnschicht-Solarzellen spezialisiert hat.
MiaSolé: Ein amerikanisches Unternehmen, das sich auf die Herstellung von flexiblen und leistungsfähigen Dünnschicht-Solarzellen spezialisiert hat.
Stion: Ein amerikanisches Unternehmen, das sich auf die Herstellung von Hochleistungs-Dünnschicht-Solarzellen spezialisiert hat.
Was ist der Unterschied von Dünnschicht-Modulen zu anderen Modularten?
| Modulart | Wirkungsgrad | Kosten | Flexibilität | Gewicht | Ästhetik | Schwachlicht-verhalten |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Dünnschichtmodule* | ca. 10–12 % | Niedrig | Hoch | Leicht | Hoch | Hoch |
| Monokristalline Module* | ca. 15–24 % | Hoch | Niedrig | Schwer | Mittel | Mittel |
| Polykristalline Module* | ca. 13–18 % | Mittel | Niedrig | Schwer | Niedrig | Niedrig |
* Die angegebenen Durchschnittswerte können je nach Modell und Hersteller variieren.
Dünnschichtmodule sind in der Regel weniger effizient als monokristalline und polykristalline Module, aber sie sind flexibler und leichter. Sie sind auch ästhetisch ansprechender und funktionieren zuverlässiger bei schwachem Licht. Sie sind auch kostengünstiger.
Monokristalline Module haben den höchsten Wirkungsgrad unter den drei Arten, sind aber auch die teuersten. Sie sind weniger flexibel und schwerer als Dünnschichtmodule. Ihre ästhetische Erscheinung ist mittelmäßig und ihre Leistung bei schwachem Licht ist ebenfalls mittelmäßig.
Polykristalline Module haben einen mittleren Wirkungsgrad und sind weniger teuer als monokristalline Module, aber teurer als Dünnschichtmodule. Sie sind nicht flexibel und schwerer als Dünnschichtmodule. Ihre ästhetische Erscheinung ist niedrig und ihre Leistung bei schwachem Licht ist ebenfalls niedrig.
Wie ist die Lebensdauer und Haltbarkeit?
Dünnschicht-Solarmodule haben eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa 25 bis 30 Jahren. Sie sind für ihre Langlebigkeit und Zuverlässigkeit bekannt. Die Haltbarkeit dieser Module wird durch Faktoren wie Wetterbedingungen, Installation und Wartung beeinflusst.
Können Dünnschichtmodule für die Fassade eines Gebäudes verwendet werden?
Ja, Dünnschichtmodule können effektiv für die Fassade eines Gebäudes verwendet werden. Sie bieten eine ästhetisch ansprechende Lösung, um Solarenergie zu erzeugen, ohne den architektonischen Stil des Gebäudes zu beeinträchtigen.
Dünnschichtmodule sind flexibel und leicht, was ihre Installation an verschiedenen Stellen ermöglicht. Sie sind besonders geeignet für Gebäudefassaden, da sie auch bei indirektem Licht zuverlässig funktionieren.
Sind Dünnschichtmodule für die Nordseite eines Gebäudes geeignet?
Ja, Dünnschichtmodule sind für die Nordseite eines Gebäudes geeignet. Sie sind effizient bei diffusen und schwachen Lichtverhältnissen, die auf Nordseiten häufiger vorkommen. Bei flacher Dachneigung können sie sogar mehr Ertrag liefern.
Bitte beachten Sie, dass der Ertrag von Modulen auf der Nordseite im Vergleich zur Südseite auf über 70 % reduziert sein kann. Hier finden Sie alles wichtigen Informationen zur optimalen Ausrichtung einer Solaranlage.
Es ist entscheidend, die Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage auf der Nordseite im Vorfeld gründlich zu prüfen, um sicherzustellen, dass die Investition rentabel ist.
Wo kommen Dünnschichtmodule am häufigsten zum Einsatz?
Großflächige Anlagen: Aufgrund ihres geringeren Wirkungsgrads im Vergleich zu kristallinen Modulen werden Dünnschichtmodule häufig in großflächigen Anlagen eingesetzt, wo der Platz kein Problem darstellt.
Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV): Dünnschichtmodule können aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer Flexibilität gut in Gebäudefassaden und andere architektonische Strukturen integriert werden.
Mobile Anwendungen: Dank ihres geringen Gewichts und Ihre Fähigkeit, gebogen zu werden, können Dünnschichtmodule in mobilen Anwendungen eingesetzt werden, wie z. B. in tragbaren Solarladegeräten oder in der Campingausrüstung.
Bereiche mit begrenztem Platz: In Situationen, in denen der Platz begrenzt ist und die Modulgröße eine Rolle spielt, können Dünnschichtmodule eine geeignete Lösung sein, da sie flexibler und leichter als kristalline Module sind.
Sind Dünnschichtmodule umweltschädlich?
Dünnschichtmodule sind nicht unbedingt umweltschädlicher als andere Modultypen. Sie haben eine geringere Energieintensität in der Herstellung und benötigen weniger Materialien.
Allerdings hängt die Umweltverträglichkeit von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Herstellungsprozesse und der Entsorgung am Ende ihrer Lebensdauer.
Es ist wichtig, dass Hersteller und Verbraucher verantwortungsbewusst handeln, um die Umweltauswirkungen zu minimieren.
Fazit
Dünnschichtmodule bieten eine Reihe von Vorteilen, darunter eine höhere Leistung bei diffuser und indirekter Sonneneinstrahlung und eine bessere Ästhetik, die sie für Gebäudefassaden und andere sichtbare Installationen attraktiv macht. Sie sind auch in der Herstellung weniger energieintensiv und benötigen weniger Materialien, was ihre Umweltauswirkungen potenziell verringert.
Allerdings haben sie im Allgemeinen einen niedrigeren Wirkungsgrad als kristalline Module und können daher mehr Fläche für die gleiche Leistung benötigen.
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