Die Preise für Photovoltaikanlagen – insbesondere für einzelne Solarmodule – sind im Vergleich zum vergangenen Jahr gesunken. Eine noch kostengünstigere Alternative zum klassischen Silizium-Modul bieten Dünnschicht-PV-Module. Sie gelten als innovative Technologien in der Solarbranche. Durch ihren flexiblen Aufbau, geringes Gewicht und die Möglichkeit, auf unterschiedlichsten Oberflächen installiert zu werden, eröffnen die Dünnschicht-PV-Module zahlreiche neue Anwendungsfelder. Ihre Weiterentwicklung trägt entscheidend zur Zukunft der Solarenergie bei.
Das macht die Dünnschicht-Solarzelle einzigartig
Dünnschicht-PV-Module zeichnen sich dadurch aus, dass sie bis zu hundertmal dünner sind als herkömmliche Dickschicht-Solarmodule. Da die Zusammensetzung des Trägermaterials der Modelle variiert, sind einige der Dünnschicht-Solarmodule auch stark oder bis zu einem bestimmten Grad flexibel. Darüber hinaus sind sie selbst bei schwachem Licht noch effizient. Daher sind sie vielfältig einsetzbar und die ideale Lösung für urbane oder schwierige Standortbedingungen.
Zudem wirkt sich die kostengünstigere Herstellung der Dünnschicht-PV-Module gegenüber der Silizium-Module auf die Anschaffung aus – die dünnen Solarzellen sind erschwinglicher. Eine entscheidende Besonderheit bieten die CIGS-Dünnschicht-Solarzellen. Sie funktionieren beidseitig und können somit mehr Sonnenstrahlung aufnehmen. Mit der wachsenden Nachfrage nach nachhaltigen Energielösungen und den Fortschritten in der Forschung gewinnen Dünnschicht-PV-Module an Bedeutung und stellen folglich eine zukunftsweisende Lösung für die Solarenergie dar.
Technologie und Funktionsweise hinter den Dünnschicht-PV-Modulen
Die Funktionsweise der Dünnschicht-PV-Module ist im Wesentlichen sehr ähnlich zu den klassischen Silizium-Modellen. Beide Modelle werden zur Erzeugung von Solarenergie verwendet. Die Lichtstrahlen lösen in der Zelle Elektronen aus dem Gitter. Da die Sonnenstrahlen bei diesem Prozess nicht tief in die Zellen eindringen, können die Solarzellen dünn gehalten werden. Dementsprechend besteht der ausschlaggebende Unterschied zu den Dickschicht-Modulen in der Herstellung. Dünnschicht-Solarmodule setzen sich lediglich aus einer dünnen Schicht des lichtabsorbierenden Materials zusammen, wie:
- Cadmiumtellurid (CdTe)
- CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid)
- Amorphes Silizium
Im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Modulen sind die Dünnschicht-PV-Module gewichtssparender und beweglicher, da das Material dünn auf Glas, bestimmte Metalle oder Kunststoffsubstrate aufgetragen wird. Dafür wird es direkt auf das Trägermaterial aufgesprüht oder gedampft. Diese Eigenschaften machen Dünnschicht-Photovoltaik zu einer vielversprechenden Solar-Technik für die Energiewende.
Vorteile und Herausforderungen der Dünnschicht-Solarzellen
Nach aktuellem Stand bringen die Dünnschicht-PV-Module viele Vorzüge mit sich. Die beschriebene Flexibilität und das geringe Gewicht zeichnen sie aus, doch neben diesen Eigenschaften, haben sie zahlreiche weitere Vorteile, welche allerdings mit Herausforderungen bei ihrer Installation und Nutzung einhergehen, die ebenfalls berücksichtigt werden müssen.
Vorteile der dünnen Solarzellen
- Kostengünstig: Sowohl die Herstellung als auch die Anschaffung sind mit niedrigeren Kosten verbunden.
- Ressourcenschonend: Ebenfalls positiv auf die Preisentwicklung und die Umwelt wirkt sich der geringe Verbrauch der Rohmaterialien für die Dünnschicht-PV-Module aus.
- Flexible Montagemöglichkeiten: Ihr leichtes Gewicht und teilweise biegsame Eigenschaft macht sie vielfältig einsetzbar.
- Hohe Temperaturtoleranz: Wo herkömmliche Module oft an Leistung verlieren, arbeiten die Dünnschicht-Solarzellen noch effizient.
- Effizienz bei schwachem Licht: Dadurch eignen sie sich auch für Standorte mit diffusen Lichtverhältnissen.
- Geringer Wartungsaufwand: Die Module müssen seltener und weniger aufwendig gewartet werden als die Dickschicht-Module.
Herausforderungen der Dünnschicht-PV-Module
- Hoher Montageaufwand: Bei den Dünnschichtmodule fehlt der Rahmen. Dadurch wird die Montage erschwert.
- Geringe Lebensdauer: Durch den fehlenden Rahmen und die geringe Stabilität ist die Lebensdauer der Dünnschicht-Solarmodule vergleichsweise kurz.
- Geringere Leistungsstärke: Die Leistung der Solarzellen ist aktuell noch deutlich geringer als bei den Silizium-Modulen.
- Hoher Flächenbedarf: Die Dünnschicht-PV-Module benötigen eine größere Fläche, um einen entsprechenden Wirkungsgrad zu erzielen und ihre Verwendung wirtschaftlich wird.
- Ökologisches Risiko: Einige Materialien wie Cadmium sind nicht umweltfreundlich. Das macht eine zukünftige Suche nach Alternativen und Recyclinglösungen erforderlich.
Einsatzmöglichkeiten der Dünnschicht-Solarmodule
Die Eigenschaften der Dünnschicht-PV-Module machen sie für viele Anwendungen attraktiv. Dadurch werden vielseitige Einsatzfelder ermöglicht:
- Große Freiflächen-Photovoltaik: Dank der beidseitigen Aufnahme von Sonnenstrahlen durch die Dünnschicht-Solarmodule empfehlen einige Hersteller die CIGS-Solarzellen für Freiflächen-Photovoltaik. Ihre senkrechte Installation ermöglicht die weitere Nutzung der Fläche für landwirtschaftliche Unternehmen.
- Gebäudeintegrierten Photovoltaik-Lösungen: Dünnschichtmodule können problemlos auf sonst ungeeigneten Flächen, die sensibel oder uneben sind, installiert werden. Daher finden Dünnschicht-PV-Module häufig in Form von Solarfolien an der Fassade oder auf Dächern Verwendung.
- Mobilen Anlagen: Durch ihre dünne und leichte Eigenschaft werden sie auch für tragbare Geräte und Fahrzeuge genutzt. Sie eignen sich als mobile Solaranlagen für Camping oder E-Fahrzeuge.
- Sonderlösungen: Dank ihrer Flexibilität sind sie auch in speziellen Fällen einsetzbar, beispielsweise als schwimmende Solaranlagen oder tragbare Energiequellen.
Ihre Anpassungsstärke und Produktivität machen sie zu einer attraktiven Wahl für zukunftsorientierte Energieprojekte. Trotzdem sind die Dünnschicht-PV-Module nicht für jedes Anwendungsgebiet geeignet:
- Private Hausdächer: Aufgrund des höheren Flächenbedarfs den Dünnschicht-Solarmodule, um einen entsprechenden Wirkungsgrad zu erzielen, sind sie nicht für Privathäuser geeignet.
- Begrenzte Dachflächen: Ähnlich wie bei den Privathäusern eignen sich die Dünnschicht-PV-Module nicht für Orte mit begrenztem Platz, da sie dabei nur einen verminderten Ertrag erzielen und sich wirtschaftlich nicht rentieren.
Die Zukunft mit Dünnschicht-PV-Modulen
Für eine PV-Anlage im Gewerbebetrieb können sich die dünnen und leichten Module in Zukunft rentieren. Dank niedriger Materialkosten und stetiger technischer Weiterentwicklungen bietet die Technologie viele wirtschaftliche Vorteile und ein hohes Potenzial. Außerdem eignet sich ihr geringes Gewicht für die Dächer von Gewerbehallen, da diese häufig eine geringe Tragfähigkeit besitzen und daher für die schweren Silizium-Module zusätzlich Sanierungsarbeiten anfallen.
Die Fortschritte in der Forschung konzentrieren sich auf die Entwicklung effizienterer, nachhaltiger und umweltschonender Materialien. Technologische Innovationen, wie verbesserte Beschichtungsverfahren und hybride Ansätze, treiben die Weiterentwicklung der Dünnschicht-PV-Module weiter voran.
