Dünnschicht-Solarmodule: Lohnen sie sich für Privathäuser?

Eine wichtige Frage, die bei der Planung einer Photovoltaikanlage geklärt werden sollte, ist die Wahl der Solarpanele. Dabei ist die grundsätzliche Entscheidung zwischen Dickschicht- und Dünnschicht-Solarmodulen zu treffen. Derzeit werden für Privathäuser aufgrund des besseren Wirkungsgrades hauptsächlich Dickschicht-Module gewählt. Erfahren Sie hier, welche Vorteile Dünnschicht-Solarmodule dennoch haben können und wann welche Art besser geeignet ist. 

Typische Dickschicht-Solarmodule, wie sie auf Hausdächern verbaut werden, enthalten Solarzellen aus kristallinem Silizium, entweder in der mono- oder in der polykristallinen Variante. Sie bestehen aus etwa 0,2 mm dicken Solarzellen , die zu einem Modul zusammengesetzt und mit Folien, Glasscheiben und einem kräftigen Rahmen geschützt werden. Das macht diese Konstruktionen ausgesprochen widerstandsfähig, führt aber auch zu einem Gewicht von 20 Kilogramm und mehr pro Solarmodul.

Dünnschicht-Solarzellen werden hingegen völlig anders hergestellt. Sie bestehen oft aus amorphem (glasartigem, also nichtkristallinem) Silizium oder auch anderen Halbleitermaterialien, zum Beispiel 

• Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS),
• Cadmiumtellurid (CdTe) oder
• Kohlenwasserstoffverbindungen.

Eine Besonderheit der CIGS-Dünnschicht-Solarzellen ist ihre Fähigkeit, Sonnenstrahlung von beiden Seiten aufzunehmen, wodurch sich ihr Wirkungsgrad erhöht – allerdings ohne den Wirkungsgrad der üblichen Dickschicht-Solarmodule zu erreichen. 

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Besonderheiten der Herstellung von Solar-Dünnschichtmodulen

Während das kristalline Silizium, das in Dickschicht-Modulen zum Einsatz kommt, aufwendig und unter Reinraumbedingungen geschnitten werden muss, wird das Material für die Dünnschicht-Solarzellen direkt und äußerst dünn auf ein Trägermaterial gesprüht oder gedampft. Als Trägermaterial kommen beispielsweise Glas, Kunststofffolie oder bestimmte Metalle infrage. So entstehen Dünnschicht-Solarzellen, die lediglich 1–5 Mikrometer dick sind. Ein Mikrometer entspricht dem millionsten Teil eines Meters. 

Aufgrund ihres Herstellungsverfahrens sind Dünnschicht-PV-Module etwa 100-mal dünner als Dickschicht-Module. Außerdem kommen sie ohne Metallrahmen aus und erreichen so ein Gewicht von nur etwa 10 Kilogramm pro Modul. Dünnschicht-Solarmodule sind in starrer und in biegsamer Ausfertigung erhältlich, was bedeutet, dass sich für Dünnschicht-Photovoltaik flexiblere Gestaltungsmöglichkeiten ergeben. Auch wegen ihrer gleichmäßig gefärbten Oberfläche, auf der die Übergänge zwischen den einzelnen Solarzellen kaum sichtbar sind, sind Solar-Dünnschichtmodule sehr ästhetisch und können positiv zum Erscheinungsbild des Gebäudes beitragen. 

Übrigens: In der Funktionsweise unterscheiden sich Dickschicht- und Dünnschicht-Solarmodule nicht wesentlich. 

Wer darüber nachdenkt, Dünnschicht-Solarmodule zu kaufen, sollte sich mit den Vor- und Nachteilen auseinandersetzen. Auch wenn derzeit Dickschicht-Solarmodule im privaten Bereich bei Weitem verbreiteter sind, heißt das nicht pauschal, dass Dünnschicht-Solarmodule ungeeignet sind. Allerdings können sie nur unter bestimmten Voraussetzungen wirtschaftlich eingesetzt werden. Hier erhalten Sie einen Überblick über die Faktoren, die dabei eine Rolle spielen. 

Was kosten Dünnschicht-Solarmodule?

In den letzten Jahrzehnten sind die Kosten für Solarmodule insgesamt gesunken, was die Nutzung von Photovoltaik erschwinglicher für Privatpersonen macht. Im Vergleich sind Dünnschicht-Solarmodule die günstigere Variante: Sie kosten etwa ein Drittel bis zur Hälfte des Preises für Dickschicht-Module. 

Dieser vermeintliche Vorteil relativiert sich allerdings, wenn man die Lebensdauer und Effizienz von Dünnschicht-Modulen in Betracht zieht. 

Der geringere Wirkungsgrad ist derzeit das größte Argument gegen Dünnschicht-Solarmodule: Sie erreichen nur einen Wirkungsgrad von etwa 10–13 %. Zum Vergleich: Dickschicht-Module haben einen Wirkungsgrad von etwa 15–22 %. Das bedeutet, dass mit Dünnschicht-Modulen bei gleicher Dachfläche ein deutlich geringerer Ertrag erwirtschaftet wird. Für Privatpersonen, die nur eine begrenzte Dachfläche zur Verfügung haben, ist das in der Regel der Hauptgrund, sich gegen Dünnschicht-Module zu entscheiden. 

Weniger relevant ist der geringere Wirkungsgrad, wenn es um Solarparks oder große, gewerblich genutzte Freiflächen-Photovoltaikanlagen geht. Bei solchen Projekten ist weniger die vorhandene Fläche die Herausforderung als die Kosten, welche bei Einsatz von Dünnschicht-PV-Modulen deutlich geringer ausfallen. 

Die meisten Privatnutzer möchten jedoch mit der PV-Anlage auf dem eigenen Hausdach einen möglichst hohen Ertrag erzielen und greifen daher auf Dickschicht-Module zurück. Doch die Forschung geht auch im Bereich Dünnschicht-PV-Module stetig voran: Während die ersten Module einen Wirkungsgrad von nur etwa 4–10 % hatten, werden mittlerweile 10–13 % erreicht und erste Module mit Wirkungsgraden von über 17 % getestet. Bevor Dünnschicht-Solarmodule im privaten Bereich großflächig wirtschaftlich werden, sind jedoch noch weitere Fortschritte notwendig.

Ein weiterer Faktor, der für die Effizienz relevant ist, ist die Leistungsfähigkeit bei erhöhten Temperaturen. Die Leistung von Solarmodulen wird bei einem Standardwert von 25 Grad gemessen. Steigen die Temperaturen darüber, was bei intensiver Sonneneinstrahlung häufig der Fall ist, lässt die Leistung ein wenig nach. Bei Dünnschicht-Solarmodulen liegt der Verlust bei etwa 0,1–0,3 % pro Kelvin, bei Dickschicht-Solarmodulen beträgt er 0,3–0,5 % pro Kelvin. Dünnschicht-Solarmodule sind also in dieser Hinsicht ein wenig effizienter. 

Leistung von Dünnschicht-PV-Modulen bei ungünstigen Lichtverhältnissen

Dickschicht-Solarmodule erzielen die besten Erträge bei direkter und intensiver Sonneneinstrahlung. Im Gegensatz dazu sollen Solar-Dünnschichtmodule auch bei unsteten und ungünstigen Lichtverhältnissen gute Erträge erzielen. Somit könnten sie insbesondere für Anlagen geeignet sein, die stark von der idealen Ausrichtung von PV-Anlagen abweichen. 

Dass Solarmodule im Laufe der Zeit an Leistung verlieren, ist normal und in der Berechnung des möglichen Ertrags bereits einkalkuliert. Jedoch wird davon ausgegangen, dass Dünnschicht-Solarmodule insgesamt eine geringere Lebensdauer haben als Dickschicht-Solarmodule, was wiederum den Ertrag über die gesamte Lebenszeit der PV-Anlage mindern würde. Langfristige Studien zu den Details stehen derzeit aber noch aus. Für Dickschicht-Solarmodule sind mittlerweile Herstellergarantien von  20 und auch bis zu 30 Jahren üblich. 

Sowohl Dickschicht- als auch Dünnschicht-Solarzellen sind grundsätzlich nachhaltig, da sie den Strom, der für ihre Herstellung gebraucht wird, innerhalb kurzer Zeit wieder selbst produzieren. Außerdem können sie zu großen Teilen recycelt werden. Jedoch enthalten Dünnschicht-Module aus Cadmiumtellurid das toxische Schwermetall Cadmium. Cadmium ist giftig für Menschen und kann das Immunsystem schädigen. Es bestehen Bedenken, dass das Cadmium sich beispielsweise bei einem Brand aus den festen Verbindungen lösen und in der Luft verteilen könnte. Allerdings sollten solche Schäden nur in sehr seltenen Ausnahmefällen auftreten, weshalb die Verarbeitung von Cadmium weiterhin zulässig ist. 

Während Dickschicht-Solarmodule sehr robust sind, sind PV-Dünnschichtmodule aufgrund der viel geringeren Stärke deutlich empfindlicher und müssen mit größerer Vorsicht montiert werden. Da sie außerdem im privaten Bereich nur selten zum Einsatz kommen, fehlt es bisweilen auch bei Solarteuren noch an Erfahrung, was die fachgerechte Montage angeht. 

Die Wartung von PV-Dünnschichtmodulen gestaltet sich hingegen einfacher, denn aufgrund des fehlenden Rahmens können sich Schmutzpartikel nicht so leicht absetzen. Daher kommen hartnäckige Schmutzablagerungen, die eine Reinigung der PV-Anlage notwendig machen würden, seltener vor. 

Nach aktuellem Stand werden zum allergrößten Teil Dickschicht-Solarmodule für PV-Anlagen auf Privathäusern genutzt. Das ist vor allem dem deutlich höheren Wirkungsgrad geschuldet. Zwar haben Dünnschicht-Solarmodule mehrere attraktive Vorteile wie beispielsweise die geringeren Kosten, doch der verminderte Ertrag auf begrenzter Dachfläche führt dazu, dass die Verwendung derzeit meist noch nicht wirtschaftlich ist. 

Dünnschicht-Solarmodule können in Betracht kommen, wenn

• die Lichtverhältnisse unstet oder ungünstig sind,
• die Ausrichtung der PV-Anlage stark von der idealen Ausrichtung abweicht, 
• eine deutlich zu große Dachfläche zur Verfügung steht oder 
• das Dach nur für geringe Lasten geeignet ist. 

In jedem Fall sollte die Auswahl der passenden Module gemeinsam mit geschulten Experten im Rahmen einer Photovoltaik-Beratung erfolgen.