Dünnschichtmodule: Einsatz, Nutzen, Vor- und Nachteile

Spätestens seit Greta Thunbergs „Friday’s for Future“-Bewegung ist das Thema Klimawandel auch für Bauherrn so aktuell wie nie. Nachhaltigkeit hat oberste Priorität. Häuser sollen ökologisch sein und vor allem mit erneuerbaren Energien ausgestattet werden. Das erklärt auch den Boom auf Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen). Eine PV-Anlage wandelt das Licht der Sonne in Strom um. Das Material, aus dem die Module hergestellt werden, nimmt großen Einfluss auf ihre Leistung. Ebenso die Herstellungsweise. Neuerdings entscheiden sich immer mehr Bauherren bei der Ausrüstung Ihrer PV-Anlage für Dünnschichtmodule. Die sind allerdings nicht für jede Solaranlage geeignet.

Ob sich Dünnschichtmodule für Ihre PV-Anlage in Frage kommen, hängt vor allem von der Platzierung der Kollektoren ab. Unser PV-Modul-Vergleich zeigt, wie sich zwei gängige Photovoltaik-Module in Material, Fertigung, Leistung und Preis unterscheiden.

Welche Photovoltaikanlage lohnt sich wirklich?

In der Regel kann nahezu jeder Einfamilienhaus-Besitzer Photovoltaik zur Stromerzeugung nutzen. Die Frage ist nur, wie man die höchste Effizienz aus der Sonnenenergie ziehen kann. Deshalb sollte jeder Bauherr folgende Faktoren vorab klären:

• die Größe des Dachs,
• die Beschaffenheit (Befestigungsfrage),
• sowie dessen Verschattung
• und die Nutzung – nur Eigenbedarf oder auch in ein Netz einspeisen?

Welche PV-Anlage ist die richtige für Ihr Dach?

Bei der Wahl einer PV-Anlage stehen Bauherren vor einem großen Angebot an verschiedenen Solarzellen-Typen, auch Module genannt. Aber Vorsicht, nicht jede Solar-Anlage passt auf jedes Dach. Und nicht jede Grundstückslage bringt einen optimalen Wirkungsgrad und eine hohe Effizienz. Es gilt: je größer die Fläche, desto mehr Module können installiert werden. Andererseits waren die Module noch nie so effizient und ermöglichen mittlerweile auch bei kleineren Dachflächen eine große Energiegewinnung.
Um die belegbare Dachfläche zu bestimmen, muss die Größe und die Form des Daches mit allen möglichen Verschattungen und Störflächen berücksichtigt werden, etwa Schornstein und Antennen oder Satellitenschüsseln.

In Deutschland haben sich zwei Solaranlagensysteme durchgesetzt: Dick- und Dünnschichtmodule. Beide Modul-Arten weisen unterschiedliche Stärken und Schwächen auf.

Unterschied zwischen Dickschicht- und Dünnschichtmodulen

Beim Dünnschichtmodul besteht der das Sonnenlicht absorbierende Halbleiter vorwiegend aus polykristallinem Silizium, also aus dünnen Schichten Cadmium-Tellurid (CdTe), Kupferkies (CIS) oder aus Kupfer, Indium und Gallium. Das Material wird für die Herstellung hauchdünn auf das Trägermaterial wie Glas, Kunststoff oder Metall aufgedampft. Diese Form der Verarbeitung ermöglicht es, dass die PV-Anlage mikroskopisch dünn ist und nur ein geringes Gewicht aufweist.

Völlig anders werden hingegen Dickschichtmodule hergestellt. Hier wird das Modul aus kristallinem Silizium, einem deutlich massiveren Material gefertigt. Man verwendet hier entweder mono- oder polykristalline Zellen. Diese Modul-Art werden aus besonders hochwertigen Einkristallen verarbeitet, die dann zu homogenen Flächen werden. Schon die unterschiedliche Art der Herstellung hat zur Folge, dass die kompakteren Dickschichtmodule deutlich mehr Leistung entwickeln als Dünnschichtmodule.

So funktionieren Dickschichtmodule

Die kristallinen Solarzellen sind der Marktführer bei den Solarmodulen. 2020 betrug der Marktanteil in Deutschland über 90 Prozent. Sie haben eine robuste Konstruktion (Rahmen) und deshalb eine sehr gute Haltbarkeit. Der Wirkungsgrad bei Dickschichtmodulen mit geringem Flächenbedarf liegt zwischen 15 bis 22 Prozent, die Lebensdauer zwischen 20 und 40 Jahren.

Die Dachausrichtung und die baulichen Gegebenheiten Ihres Hauses spielen für diese PV-Anlagen eine wichtige Rolle. Allgemein gilt: Ein Satteldach beispielsweise, mit einer Ausrichtung nach Süden, Westen oder Osten sowie einer Neigung von 30-45 Grad ist perfekt für Dickschichtmodule geeignet. Ost/Westdächer sind, wenn auf Eigenverbrauch optimiert, sogar besser nutzbar als Süddächer. Denn Dickschichtmodule sind temperaturempfindlich. Bei hohen Temperaturen verlieren sie an Leistung: bei einer Temperaturerhöhung um 10 Grad zwischen 7-13 Watt pro Modul.

Auf den Dächern werden fast ausschließlich Dickschichtmodule montiert, da die verfügbare Fläche oft beschränkt ist. Dickschichtmodule sind dank ihres höheren Wirkungsgrades im Vorteil. Beim Wirkungsgrad wird der Anteil der eingespeisten Sonnenenergie, der auch wirklich in elektrische Energie umgewandelt wird, gemessen.
Um beispielsweise jährlich 4.000 kWh Solarstrom zu ernten, benötigen:

• Dickschichtmodule eine Fläche von 25 m²
• Dünnschichtmodule eine Fläche über 30 m²

Allerdings verfügen Dickschichtmodule über ein nur geringes Schwachlichtverhalten. Sie können ihre volle Leistungs- und Ertragskraft also nur bei optimalen Bedingungen entfalten. In Deutschland beträgt nun aber der Anteil von diffusem Licht an der Gesamteinstrahlung mehr als 50 Prozent. Das können Dünnschichtmodule weitaus besser ausnutzen.

So funktionieren Dünnschichtmodule

Dünnschichtmodule eignen sich vor allem für PV-Anlagen, die großflächig geplant werden und für Anlagen, die durch bauliche Vorgaben nicht exakt Richtung Sonne ausgerichtet werden müssen. Durch ihr geringes Gewicht können sie auch an untypischen Unterkonstruktionen angebracht werden, beispielsweise an Fassaden von Einfamilienhäusern.

Ein großer Vorteil der Dünnschicht-PV-Module ist ihr geringes Gewicht. Dickschichtmodule hingegen sind durch den Rahmen im Schnitt rund fünf Kilogramm schwerer. Der Wirkungsgrad von Dünnschichtmodulen verbessert sich dank Neuentwicklungen immer mehr, ist aber im Vergleich zu kristallinen Dickschichtmodulen noch geringer und liegt bei nur 9 bis 16,5 Prozent. Um den gleichen Ertrag, sprich hohen Wirkungsgrad der Dickschichtmodule zu erreichen, muss eine größere Fläche an Dünnschichtmodulen eingesetzt werden. Was die Kostenersparnis der preiswerteren, amorphen Module wieder ausgleichen würde.

Dennoch, die Technik der Dünnschichtmodule wird ausgefeilter. Ihr größter Vorteil ist, dass sie sich besonders für große und flache Flächen eignen. Sie sind auch nicht so temperaturempfindlich und erbringen daher einen konstanteren Solarertrag. Bei einer Temperaturerhöhung um 10 Grad verlieren Dünnschicht-Module nur 1,5 – 5 Watt pro Modul.

Ganz klar spielen Dünnschichtmodule ihre Stärken in Spezialanwendungen aus, wie auf Eigenheim-Hausfassaden oder bei Anlagen auf Freiflächen, Scheunen oder Garagendächern. Der größte Vorteil der Dünnschichtmodule gegenüber Dickschichtmodulen: Sie behalten ihre Leistung bei diffusen und schwachen Lichtverhältnissen, Nebel, oder einer teilweisen Verschattung bei. Sogar bei Temperaturveränderungen an sehr heißen Tagen im Sommer oder sehr kalten Tagen im Winter können sie einen konstanten Solarertrag leisten.

Rechnet sich eine PV-Anlage mit Dünnschichtmodulen?

Noch sind Dünnschichtmodule in Bezug auf den Leistungsverlust über die Nutzungsdauer (Degradation) den Dickschichtmodulen unterlegen, da sie weniger alterungsbeständig sind und somit eine kürzere Lebensdauer haben – im Schnitt zwischen 15 und 20 Jahren. Den Anfangsverlust berechnen die Hersteller bei der Angabe der Nennleistung mit ein. Dickschichtmodule haben geringere Ertragseinbußen über die Laufzeit.

Hier ist aber unbedingt auch an die Amortisation einer PV-Anlage zu denken. Wer in eine Solarstromanlage investiert, will auch wissen, wann er damit Gewinn macht. Denn auch wenn die Anlage mit ihrer Inbetriebnahme sofort ökologischen Sonnenstrom erzeugt und damit herkömmlich erzeugten Strom und daraus resultierende Stromkosten spart, dauert es Jahre, bis die Solarerträge die anfängliche Investition gedeckt haben. Die Zeitspanne bis zur Amortisation einer Photovoltaik-Anlage ist die Amortisationszeit. Eine übliche Photovoltaik-Anlage, die komplett aus Eigenmitteln finanziert worden ist, hat durchschnittlich eine Amortisationszeit zwischen 10 und 14 Jahren. Eine per Kredit finanzierte Anlage verlängert die Amortisationszeit je nach Kreditvertrag.

Vorteile und Nachteile von Dickschichtmodulen:

• hoher Wirkungsgrad
• geringer Flächenbedarf
• robuste Konstruktion
• sehr gute Haltbarkeit
• geringer Ertragseinbußen über die Laufzeit
• höherer Materialaufwand bei Herstellung
• höheres Gewicht
• temperaturempfindlich
• höherer Preis
• mäßiges Schwachlichtverhalten

Vorteile und Nachteile von Dünnschichtmodulen:

• günstiger Preis
• geringer Materialaufwand, kürzere Energierücklaufzeit
• geringeres Gewicht, besseres Aussehen
• temperaturbeständig
• weniger schmutzanfällig
• niedriger Wirkungsgrad
• höherer Flächenbedarf
• starke Anfangsdegradation
• kürzere Lebensdauer
• komplizierte Montage
• weniger stabil

Was kostet eine PV-Anlage?

Die Anschaffungskosten einer Photovoltaik-Anlage sind in den letzten Jahren deutlich gesunken. Kleine Photovoltaik Anlagen mit weniger Leistung sind etwas teurer als größere Anlagen mit mehr Leistung.

Beispiel:

Ein Vier-Personen-Haushalt verbraucht jährlich rund 4.000 Kilowattstunden Strom. Hierfür wäre eine 5-Kilowatt-PV-Anlage empfehlenswert. Das entspricht etwa 40 Quadratmeter Solarmodule auf dem Dach. Der Durchschnittspreis liegt bei ca. 1.500 Euro pro Kilowattpeak (kWp). Der Preis einer 5-kW-Anlage kostet Sie etwa 7.500 Euro (ohne Montage).

• Dickschichtmodule kosten gegenwärtig 750 bis 1.600 Euro pro kW/Jahr;
• Dünnschichtmodule 500 bis 1.200 Euro pro kW/Jahr (3. Quartal 2020, schlüsselfertig installiert).

Eigenverbrauch oder/und Einspeisung ins Netz – was rentiert sich?

Die Konzepte zum Eigenverbrauch des Sonnenstroms sind ausgefeilt – mit Speicher, Wärmepumpe oder Elektroauto. Perfekt fürs Portemonnaie und Klima. Besonders weil selbst erzeugter Solarstrom günstiger als Strom vom Energieversorger ist. Deshalb rät die Verbraucherzentrale, selbsterzeugten Strom selbst zu nutzen. Es ist zwar eine Besonderheit von PV-Anlagen, dass der erzeugte Strom auch durch Einspeisung von Strom ins Netz mit Einnahmen durch Einspeisevergütungen erzielt werden kann, sich das aber nicht mehr rentiert. Die Höhe der Vergütung reduziert sich von Jahr zu Jahr. Deshalb lohnt es sich eher, den Solarstrom selbst zu nutzen als ihn ins Netz einzuspeisen, weil der Eigenstrom billiger ist als der aus dem Netz.

FAZIT

Dünn- und Dickschichtmodule verfügen über unterschiedliche Stärken und Schwächen. Dünnschichtmodule werden mehr und mehr aufgrund ihrer ästhetischen Optik an Hausfassaden auch für Eigenheim-Besitzer interessant, besonders, wenn diese keine direkte Sonneneinstrahlung haben.

Zusammenfassend sollten Sie also unbedingt klären, welche Kriterien Ihre Solaranlage erfüllen soll: Wie groß kann die Anlage werden? Wie viel Strom muss sie erzeugen? Wie viel darf sie kosten? Dabei sollten Sie nicht nur Ihren aktuellen Stromverbrauch berücksichtigen, sondern auch gleich überlegen, ob Sie den selbst produzierten Strom in Zukunft vielleicht auch für Wärmeanwendungen (Warmwasser, Wärmepumpe) oder die Ladung eines Elektroautos nutzen möchten.

Wenn Sie wissen, was Sie brauchen, empfiehlt es sich, mehrere Kostenvoranschläge von Fachbetrieben einzuholen.