Das Wichtigste in Kürze
Ein monokristallines Solarmodul ist ein Photovoltaikmodul mit Zellen aus einem einzigen Siliziumkristall. Diese Bauart ist der Standard für Dachanlagen, die Wahl zwischen mono und poly stellt sich beim Neukauf nicht mehr. Unterschiede gibt es bei Bauform, Wirkungsgrad und Garantien, und die stehen im Datenblatt.
- Marktanteil: rund 98 % der weltweiten Modulproduktion, eigene Rechnung aus den Produktionszahlen des Fraunhofer ISE
- Wirkungsgrad: Serienmodule im gewichteten Durchschnitt 22,7 %, bestes Serienmodul 24,8 % (Fraunhofer ISE)
- Leistung pro Fläche: rund 230 Watt Nennleistung pro Quadratmeter Modul (Fraunhofer ISE)
- Flächenbedarf: 18 Quadratmeter für zehn Module mit je 400 Watt (Fraunhofer ISE), für 10 kWp also rund 45 Quadratmeter
- Alterung: im Mittel rund 0,15 % pro Jahr an 44 geprüften Dachanlagen in Deutschland (Fraunhofer ISE)
- Bifaziale Bauform: 4 bis 15 % Mehrertrag in nachgeführten Freiflächenanlagen (NREL), auf dem Schrägdach kaum Zusatznutzen
Was sind monokristalline Solarmodule?
Monokristalline Solarmodule sind Photovoltaikmodule, deren Zellen aus einem einzigen Siliziumkristall geschnitten sind. Weil das Kristallgitter durchgehend gleichmäßig ist, wandeln diese Zellen mehr Licht in Strom um als Zellen aus vielen kleinen Kristallen. Sie erkennen die Module an der einheitlich dunklen bis schwarzen Oberfläche.
Die Bauart hat sich vollständig durchgesetzt. Nach den Produktionszahlen des Fraunhofer ISE entfielen 690 von 706 Gigawatt weltweiter Jahresproduktion auf monokristallines Silizium, das sind als eigene Rechnung rund 98 %. Der Rest ist Dünnschichttechnik. Wer eine Photovoltaikanlage für das Dach kauft, bekommt deshalb monokristalline Module, ohne danach fragen zu müssen.
Dieser Beitrag behandelt das fertige Modul: Aufbau, Bauformen, Flächenbedarf und Auswahl. Wie der Kristall gezogen wird und worin sich die Zelltypen PERC, TOPCon und HJT unterscheiden, erklärt der Beitrag zu monokristallinen Solarzellen.
Wie ist ein monokristallines Modul aufgebaut?
Ein monokristallines Modul besteht aus fünf Schichten, einem Rahmen und einer Anschlussdose. Die Zellen selbst sind dünn und zerbrechlich. Erst der Verbund aus Glas und Folien macht daraus ein Bauteil, das Jahrzehnte auf dem Dach übersteht.
- Frontglas: gehärtetes Solarglas, das Hagel und Schneelast aufnimmt und möglichst viel Licht durchlässt.
- Einbettungsfolien: zwei Kunststofffolien, die beim Laminieren schmelzen und die Zellen luftdicht einschließen.
- Zellen: in Reihe verschaltet und über dünne Leiterbahnen verbunden. Sie bestimmen Leistung und Wirkungsgrad.
- Rückseite: eine Kunststofffolie oder eine zweite Glasscheibe als Schutz vor Feuchtigkeit.
- Rahmen: meist Aluminium. Er versteift das Modul und dient als Auflage für die Klemmen.
- Anschlussdose: sitzt auf der Rückseite und enthält die Bypass-Dioden und die Anschlusskabel.
Die Bypass-Diode ist für den Alltag wichtiger, als ihr Platz in der Dose vermuten lässt. Sie leitet den Strom an einem verschatteten Zellbereich vorbei. Ohne sie würde eine einzelne verschattete Zelle den Strom des ganzen Moduls begrenzen und sich dabei stark erhitzen.
Welche Bauformen gibt es?
Monokristalline Module gibt es in vier Bauformen, die sich in Rückseite, Zellteilung und Optik unterscheiden: Glas-Folie, Glas-Glas, bifazial und Full Black. Die Zellen sind in allen Fällen monokristallin. Mehrere Merkmale lassen sich kombinieren, ein Modul kann also zugleich Glas-Glas, bifazial und mit Halbzellen gebaut sein.
| Bauform | Merkmal | Stärke | Typischer Einsatz |
|---|---|---|---|
| Glas-Folie | Kunststofffolie auf der Rückseite | geringes Gewicht | Schrägdach |
| Glas-Glas | zweite Glasscheibe auf der Rückseite | Zellen beidseitig geschützt | Flachdach, Carport, Terrasse |
| Bifazial | durchsichtige Rückseite, Zellen beidseitig aktiv | nutzt reflektiertes Licht | Freifläche, aufgeständerte Anlagen |
| Full Black | schwarze Zellen, Folie und Rahmen | einheitliche Optik | sichtbare Dachflächen |
Halbzellen
Bei Halbzellen-Modulen ist jede Zelle in der Mitte geteilt, und das Modul besteht aus zwei parallel geschalteten Hälften. In jeder Hälfte fließt nur der halbe Strom, dadurch sinken die Verluste in den Leiterbahnen. Liegt ein Schatten nur auf der unteren Modulhälfte, arbeitet die obere weiter. Halbzellen sind bei Dachmodulen die übliche Ausführung.
Bifaziale Module
Ein bifaziales Modul erzeugt auch auf der Rückseite Strom, wenn dort Licht ankommt. Wie viel das bringt, hängt fast vollständig vom Einbauort ab. Das US-Forschungsinstitut NREL hat für einachsig nachgeführte Freiflächenanlagen einen Mehrertrag von 4 bis 15 % ermittelt, im weltweiten Mittel 9 %. Die Internationale Energieagentur nennt für solche Anlagen über natürlichem Boden meist weniger als 10 %.
Auf einem Schrägdach liegt die Rückseite wenige Zentimeter über den Ziegeln. Für diesen Fall gibt es in den ausgewerteten Quellen keinen belegten Mehrertrag, und rechnen sollten Sie dort mit keinem. Mehr zur Bauform steht im Beitrag über bifaziale Solarmodule.
Wie viel Leistung und Fläche bringt ein Modul?
Monokristalline Module liefern laut Fraunhofer ISE rund 230 Watt Nennleistung pro Quadratmeter, Spitzenmodule etwa 10 % mehr. Der Wirkungsgrad von Serienmodulen aus kristallinem Silizium liegt im gewichteten Durchschnitt bei 22,7 %, das beste Serienmodul erreicht 24,8 %. Innerhalb von zehn Jahren ist der Wert von rund 17 % auf knapp 25 % gestiegen.
Für die Planung zählt, wie viele Module auf das Dach passen. Das Fraunhofer ISE rechnet mit 18 Quadratmetern für zehn Module mit je 400 Watt, das sind 1,8 Quadratmeter pro Modul. Daraus ergibt sich der Flächenbedarf für gängige Anlagengrößen.
| Anlagenleistung | Module zu 400 Watt | Modulfläche |
|---|---|---|
| 5 kWp | 13 | 23,4 m² |
| 8 kWp | 20 | 36 m² |
| 10 kWp | 25 | 45 m² |
| 15 kWp | 38 | 68,4 m² |
Die nutzbare Dachfläche ist immer kleiner als die gemessene. Dachfenster, Schornstein, Gauben und die Abstände zum Rand gehen ab. Ein Modul mit höherem Wirkungsgrad bringt auf derselben Fläche mehr Leistung, kostet aber meist mehr. Auf einem großen Dach lohnt der Aufpreis selten, auf einem kleinen kann er den Unterschied zwischen zwei Anlagengrößen ausmachen. Wie der Modulwirkungsgrad berechnet wird, erklärt ein eigener Beitrag.
Monokristallin oder polykristallin?
Monokristalline Module sind die bessere und beim Neukauf die einzige Wahl. Das Fraunhofer ISE hält fest, dass die multikristalline Siliziumtechnik in der Praxis vom Markt verschwunden ist. In seiner Produktionsstatistik steht sie mit null Gigawatt.
Der Grund liegt im Material. Polykristalline Zellen bestehen aus vielen kleinen Kristallen, und an den Grenzen zwischen ihnen gehen Ladungsträger verloren. Das kostet Wirkungsgrad. Solange monokristalline Zellen deutlich teurer waren, glich der Preis diesen Nachteil aus. Dieser Preisvorteil ist entfallen, und damit auch der Grund, polykristalline Module zu bauen.
Wer eine ältere Anlage mit bläulich schimmernden polykristallinen Modulen betreibt und ein einzelnes Modul ersetzen muss, findet kaum noch baugleichen Ersatz. Ein monokristallines Modul lässt sich einsetzen, wenn seine elektrischen Werte zum Strang passen. Das prüft ein Fachbetrieb anhand der Datenblätter. Hintergrund zur alten Bauart liefert der Beitrag zu polykristallinen Solarmodulen.
Datenblatt lesen: Worauf kommt es an?
Sieben Angaben im Datenblatt reichen, um zwei monokristalline Module zu vergleichen: Nennleistung, Wirkungsgrad, Temperaturkoeffizient, Leistungstoleranz, Maße und Gewicht, Zertifikate und Garantien. Alle elektrischen Werte gelten für Standard-Testbedingungen, also 25 Grad Modultemperatur und senkrechte Einstrahlung mit 1.000 Watt pro Quadratmeter.
- Nennleistung in Watt-Peak: die Leistung unter Standard-Testbedingungen. Was dahintersteckt, erklärt der Beitrag zur Nennleistung.
- Modulwirkungsgrad: Nennleistung geteilt durch Modulfläche. Er sagt, wie viel Leistung auf Ihr Dach passt, nicht wie gut das Modul ist.
- Temperaturkoeffizient der Leistung: um wie viel Prozent die Leistung je Grad Erwärmung sinkt. Je näher an null, desto besser.
- Leistungstoleranz: gute Module haben eine reine Plustoleranz, liefern also mindestens die Nennleistung.
- Maße und Gewicht: entscheidend für die Belegung des Dachs und für die Statik, besonders bei Glas-Glas.
- Zertifikate: IEC 61215 für die Bauartzulassung und IEC 61730 für die Sicherheit.
- Garantien: Dauer und Bedingungen der Produkt- und der Leistungsgarantie.
Die beiden Normen prüfen Unterschiedliches. IEC 61215 legt die Anforderungen an die Bauartzulassung von Modulen fest, die für den langjährigen Betrieb im Freien geeignet sein sollen. IEC 61730 regelt den sicheren elektrischen und mechanischen Betrieb, also den Schutz vor Stromschlag, Brand und Verletzung. Ein Modul ohne beide Zertifikate gehört nicht aufs Dach.
Angenommen, im Datenblatt steht ein Temperaturkoeffizient von minus 0,30 % pro Grad, und das Modul wird an einem Sommertag 60 Grad warm. Das sind 35 Grad mehr als unter Testbedingungen. 35 mal 0,30 ergibt 10,5 % weniger Leistung in diesem Moment. Der Wert 0,30 ist ein Beispiel, Ihren Wert finden Sie im Datenblatt. Mehr dazu im Beitrag zum Temperaturkoeffizienten.
Die Produktgarantie deckt Material- und Verarbeitungsfehler, die Leistungsgarantie den schleichenden Leistungsverlust. Beim Vergleich zweier Angebote ist die Produktgarantie die wichtigere, weil sichtbare Defekte leichter nachzuweisen sind als ein Leistungsverlust von wenigen Prozent.
Welches Modul passt zu welchem Dach?
Das passende monokristalline Modul ergibt sich aus dem Dach und nicht aus der Rangliste der höchsten Wirkungsgrade. Vier Fragen führen zur Entscheidung: Wie viel Platz ist da, was trägt das Dach, gibt es Schatten, und wie sichtbar ist die Fläche?
- Platz prüfen: Reicht die Fläche für die gewünschte Leistung mit Standardmodulen, nehmen Sie diese. Erst wenn das Dach zu klein ist, lohnt der Aufpreis für einen höheren Wirkungsgrad.
- Traglast klären: Glas-Glas-Module wiegen mehr als Glas-Folie-Module. Bei alten Dachstühlen und leichten Hallendächern entscheidet der Statiker.
- Schatten einordnen: Wandert der Schatten eines Schornsteins oder einer Gaube über das Dach, helfen Halbzellen und eine durchdachte Belegung. Details stehen im Beitrag zur Verschattung.
- Optik festlegen: Full-Black-Module wirken ruhiger. Schwarze Flächen werden wärmer, und Wärme kostet Leistung. Vergleichen Sie den Wirkungsgrad mit dem der Standardausführung derselben Baureihe.
Bifaziale Glas-Glas-Module spielen ihre Stärke dort aus, wo Licht von unten kommt: auf dem Flachdach mit heller Abdichtung, auf dem Carport, als Terrassendach oder am Zaun. Auf dem gewöhnlichen Schrägdach zahlen Sie für eine Eigenschaft, die dort kaum genutzt wird.
Zwei Angebote werden nach dem Wirkungsgrad der Module verglichen, und das teurere mit dem höheren Wert gewinnt. Auf einem Dach mit genug Platz bringt das keinen Kilowattstunden-Vorteil, denn dieselbe Leistung ließe sich mit einem Modul mehr erreichen. Vergleichen Sie den Preis pro Kilowatt-Peak der fertigen Anlage und danach die Garantien.
Für Balkon und Terrasse gelten dieselben Regeln im Kleinen. Auch Balkonkraftwerke arbeiten mit monokristallinen Modulen, dort zählen vor allem Gewicht und Befestigung.
Wie lange halten monokristalline Module?
Monokristalline Module sind auf Jahrzehnte ausgelegt und verlieren dabei nur langsam an Leistung. Hersteller garantieren laut Fraunhofer ISE üblicherweise einen Verlust von höchstens 10 bis 15 % über 25 bis 30 Jahre. Gemessen hat das Institut an 44 größeren, qualitätsgeprüften Dachanlagen in Deutschland im Mittel nur rund 0,15 % pro Jahr.
Hinzu kommt ein einmaliger Anfangsverlust. Je nach Zellmaterial verlieren Module in den ersten Betriebstagen 1 bis 2 % durch Licht. Rechnet man mit 0,15 % pro Jahr weiter, bleiben nach 25 Jahren als eigene Rechnung rund 96 % der Nennleistung. Die in Wirtschaftlichkeitsrechnungen oft angesetzten 0,5 % pro Jahr nennt das Fraunhofer ISE eher konservativ, auch die US-Auswertung von NREL kommt über fast 2.000 Messreihen auf diesen Wert als Median.
Was die Alterung antreibt, beschreibt der Beitrag zur Degradation. Häufiger als der schleichende Verlust sind sichtbare Schäden an einzelnen Modulen, etwa an Glas, Rückseite oder Anschlussdose. Dafür ist die Produktgarantie da.
Häufige Fragen
Was sind monokristalline Solarmodule?
Monokristalline Solarmodule sind Photovoltaikmodule, deren Zellen aus einem einzigen Siliziumkristall geschnitten sind. Man erkennt sie an der gleichmäßig dunklen bis schwarzen Oberfläche. Laut Fraunhofer ISE entfallen rund 98 % der weltweiten Modulproduktion auf diese Bauart.
Was ist besser, monokristalline oder polykristalline Module?
Monokristalline Module, und die Frage stellt sich beim Neukauf praktisch nicht mehr. Das Fraunhofer ISE hält fest, dass die multikristalline Siliziumtechnik in der Praxis vom Markt verschwunden ist. Polykristalline Module spielen nur noch bei Bestandsanlagen eine Rolle, etwa wenn ein einzelnes Modul ersetzt werden muss.
Welchen Wirkungsgrad haben monokristalline Solarmodule?
Serienmodule aus kristallinem Silizium erreichen laut Fraunhofer ISE im gewichteten Durchschnitt 22,7 %, das beste Serienmodul kommt auf 24,8 %. Im Labor liegt der Rekord für ein Modul bei 26,0 %. Den Wert Ihres Moduls nennt das Datenblatt als Modulwirkungsgrad.
Wie viel Dachfläche brauchen 10 kWp mit monokristallinen Modulen?
Rund 45 Quadratmeter Modulfläche. Das Fraunhofer ISE rechnet mit 18 Quadratmetern für zehn Module mit je 400 Watt, also 1,8 Quadratmeter pro Modul. Für 10 kWp sind 25 solcher Module nötig, das ergibt als eigene Rechnung 45 Quadratmeter. Randabstände und Dachfenster kommen hinzu.
Was ist besser, mono oder bifazial?
Das ist kein Gegensatz. Bifazial beschreibt die Bauform, monokristallin das Zellmaterial, und bifaziale Module haben fast immer monokristalline Zellen. Ein bifaziales Modul nutzt zusätzlich Licht, das auf die Rückseite fällt. Auf einem Schrägdach liegt die Rückseite dicht über den Ziegeln und bekommt kaum Licht, dort bringt die Bauform wenig.
Glas-Glas oder Glas-Folie: Was ist die bessere Wahl?
Glas-Folie-Module sind leichter und der Standard auf dem Schrägdach. Glas-Glas-Module haben auch auf der Rückseite eine Glasscheibe, die die Zellen vor Feuchtigkeit und mechanischer Belastung schützt, sie sind dafür schwerer. Entscheidend sind die Traglast des Dachs und die Garantien im Datenblatt des jeweiligen Moduls.
Wie lange halten monokristalline Solarmodule?
Hersteller garantieren laut Fraunhofer ISE üblicherweise einen Leistungsverlust von höchstens 10 bis 15 % über 25 bis 30 Jahre. Gemessen hat das Institut an 44 geprüften Dachanlagen in Deutschland im Mittel nur rund 0,15 % Verlust pro Jahr. Nach 25 Jahren wären das als eigene Rechnung noch etwa 96 % der Nennleistung.
Welche Module haben das beste Schwachlichtverhalten?
Das lässt sich nicht pauschal nach Bauart sagen, es hängt vom einzelnen Modell ab. Vergleichbar wird es über das Datenblatt: Gute Hersteller nennen dort den Wirkungsgrad bei schwacher Einstrahlung von 200 Watt pro Quadratmeter im Verhältnis zum Wert unter Standard-Testbedingungen. Fehlt die Angabe, fragen Sie beim Anbieter nach.
Fazit
Monokristalline Solarmodule sind der Standard, die eigentliche Auswahl beginnt erst danach. Entscheidend sind die Bauform, die zum Dach passt, die Leistung pro Fläche und die Garantien. Rechnen Sie mit rund 1,8 Quadratmetern pro Modul zu 400 Watt und prüfen Sie im Datenblatt Temperaturkoeffizient, Toleranz und Zertifikate.
Ein höherer Wirkungsgrad lohnt sich, wenn das Dach klein ist, eine bifaziale Bauform, wenn Licht an die Rückseite kommt. Mit dem Photovoltaik-Konfigurator ermitteln Sie die passende Anlagengröße für Ihr Dach.
Quellen und Methodik
Marktanteil, Wirkungsgrade und Laborrekord stammen aus dem Photovoltaics Report des Fraunhofer ISE, Leistung pro Fläche, Flächenbeispiel, Alterung und Garantiespannen aus dessen Fakten zur Photovoltaik in Deutschland. Die Werte zu bifazialen Modulen kommen von NREL und der Internationalen Energieagentur, die Aufgaben der Normen von der IEC. Die Flächentabelle, der Marktanteil in Prozent, die Restleistung nach 25 Jahren und das Temperaturbeispiel sind eigene Rechnungen. Preise und einzelne Modellempfehlungen nennt dieser Beitrag nicht, weil sie sich nicht dauerhaft belegen lassen.
- Fraunhofer ISE: Photovoltaics Report - Marktanteile, Modulwirkungsgrade, Laborrekorde
- Fraunhofer ISE: Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland - Leistung pro Fläche, Degradation, Garantien, Testbedingungen
- NREL: Model and Validation of Single-Axis Tracking with Bifacial PV - Mehrertrag bifazialer Module
- IEA PVPS Task 13: Bifacial Photovoltaic Modules and Systems - Erfahrungswerte aus Freiflächenanlagen
- IEC 61215-1: Terrestrial photovoltaic modules, design qualification and type approval - Bauartzulassung
Hinweis: Solar.red steht in keiner geschäftlichen Verbindung mit den genannten Institutionen oder mit Modulherstellern. Technische Werte einzelner Module unterscheiden sich je nach Hersteller und Baureihe, maßgeblich ist das Datenblatt. Der Beitrag ersetzt keine Planung durch einen Fachbetrieb und keine statische Prüfung des Dachs.
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