Vor- und Nachteile: Stromerzeugung mit Dünnschicht- vs. kristallinem Silizium

Solarenergie ist ein Eckpfeiler globaler Strategien für erneuerbare Energien. Dünnschicht-Technologie basiert auf leichten, flexiblen Zellen, während kristallines Silizium auf Effizienz setzt, aber dickere Module erfordert. Nachfolgend ein detaillierter Vergleich:

I. Dünnschicht-Stromerzeugung
Vorteile:

1. Material- und Produktionseffizienz

• Verwendet 1–5 % des Halbleitermaterials im Vergleich zu Silizium.

• Einfache Herstellung, geringerer Energieverbrauch und großflächige kontinuierliche Produktion.

• Substrate: Kostengünstige Optionen (Glas, Edelstahl, Polymere).

2. Technische Innovation

• Mehrere Wege: CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid), CdTe, amorphes Silizium.

• Flexible Module ermöglichen neuartige Anwendungen (z. B. gekrümmte Oberflächen, tragbare Geräte).

3. Leistung unter realen Bedingungen

• Überlegene Reaktion bei schwachem Licht (z. B. bewölkte Tage, Morgen-/Abenddämmerung).

• Geringere Generationslücke zwischen sonnigen/bewölkten Tagen im Vergleich zu Silizium.

4. Bewerbungen

• Ideal für Wüstenkraftwerke, Gebäudeintegration (BIPV), Solarcarports und „Sonnenhäuser“.

Nachteile:

1. Geringere Effizienz

• Durchschnittliche Konvertierungsrate: ~8 % (im Vergleich zu 17–26 % bei Silizium).

2. Hohe Anschaffungskosten

• Ausrüstungs-/Technologieinvestitionen: 5–10-mal höher als Silizium.

3. Ertragsherausforderungen

• Nicht-/mikrokristalline Siliziummodule: ~60 % Ausbeute.

• CIGS (oberste Stufe): ~65 % Ausbeute (im Vergleich zu 95–98 % bei Silizium).

II. Stromerzeugung aus kristallinem Silizium

Vorteile:

1. Hohe Effizienz

• Kommerzielle Module: 17–26 % Umwandlungsrate (monokristallin > polykristallin).

2. Ausgereifte Technologie

• Stabile Prozesse, minimaler Bedarf an häufigen Upgrades.

3. Hohe Ausbeute und kostengünstige Ausrüstung

• Monokristallin-Ausbeute: >98 %; polykristallin: >95 %.

• Die meisten Produktionsanforderungen werden durch inländische Geräte erfüllt.

• Abhilfe: Qualitätsmarken verbessern die Zuverlässigkeit.

Nachteile:

1. Risiken in der Lieferkette

• Volatilität der Polysiliziumpreise (z. B. 2021–2023: Preisanstieg um 300 %).

2. Umweltauswirkungen

• Energieintensive Produktion; hoher CO2-Fußabdruck.

• Risiko politischer Veränderungen (z. B. CO2-Steuern).

3. Materielle Einschränkungen

• Starre, schwere Platten schränken die Flexibilität bei der Installation ein.

Wichtige technische Vergleiche

Fazit: Kritische Kompromisse

• Dünnschicht-Technologie zeichnet sich durch Flexibilität, Leistung bei schwachem Licht und Ästhetik aus, weist jedoch Schwächen bei Effizienz und Ertrag auf. Am besten geeignet für: Gebäudeintegration, Projekte mit begrenztem Platzangebot und raue Umgebungen.

• Kristallines Silizium ist in puncto Effizienz und Zuverlässigkeit am stärksten, weist jedoch Leistungsverlust und Starrheit auf. Am besten geeignet für: Großfarmen, sonnenreiche Regionen und kostenorientierte Projekte.

Langfristiger Wert: Obwohl Dünnschichttechnologie höhere Anschaffungskosten verursacht, kann ihre nahezu Null-Degradation (im Vergleich zu Silizium mit einem Verlust von 10–20 % über 25 Jahre) einen besseren ROI über die gesamte Lebensdauer in Anwendungen bieten, bei denen Haltbarkeit wichtiger ist als Spitzeneffizienz.

Datenquellen: NREL, IRENA, EU PVSITES, Becquerel-Institut.