Die Entwicklung monokristalliner Solarzellen geht auf die Raumfahrttechnik zurück. Hier wurden besonders leistungsfähige Solarzellen benötigt, die gleichzeitig nur wenig Platz bei geringem Gewicht beanspruchten. Die dafür entwickelte Technik wurde später auch für Photovoltaikanlagen auf der Erde benutzt. In den letzten Jahren wurden die Solarzellen von 100 mm Kantenlänge (4 Zoll) auf 125-mm-Zellen (5 Zoll) und schließlich bis hin zu 156-mm-Zellen (6 Zoll) vergrößert. Sie sind für ihren hohen Wirkungsgrad bekannt. Allerdings sind Module mit monokristallinen Solarzellen nach wie vor teurer als solche mit polykristallinen Zellen. Ob sich ein Einsatz der hochwertigen Technik lohnt, hängt von den jeweiligen Ansprüchen ab.

Wie werden die monokristallinen Solarzellen produziert?

Monokristalline Solarzellen werden aus hochreinem Silizium hergestellt. Dieses Material ist für die Produktion von Halbleitern bekannt. Aus einer reinen Siliziumschmelze wird ein Einkristall gezogen, indem ein Impfkristall wenige Millimeter eingetaucht und langsam herausgezogen wird. Am Impfkristall lagert sich das Silizium an und bildet durch die Anwendung der Gesetze der Schmelzpunkterniedrigung einen Einkristall in Form eines Zylinders. Dieser Zylinder wird später in ca. 0,4 mm feine Scheiben, die sogenannten Wafer, geschnitten.

Einzelne monokristalline Solarzellen liefern nur sehr wenig Energie. Deshalb werden die Zellen zu einem Solarmodul miteinander verbunden. Man kann dazu entweder eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung anwenden. Bei einer Reihenschaltung bzw. Serienschaltung erzeugen monokristalline Solarzellen eine höhere Spannung, da sich bei dieser Schaltung die Spannung der einzelnen Elemente addiert. Diese Variante werden häufig für kleinere Solarmodule genutzt. Bei einer parallelen Schaltung liefert das gesamte Photovoltaikmodul einen höheren Durchschnittsertrag, falls das PV-Modul zeitweise von Verschattungen betroffen ist.

Die Solarzellen werden auf einem Trägermaterial befestigt und mit Spezialfolie oder Glas abgedeckt. Halterungen und ein Rahmen sorgen für Stabilität und erleichtern die Montage auf dem Dach.

Welche Vorteile haben monokristalline Solarmodule?

Monokristalline Solarmodule haben einen höheren Wirkungsgrad als polykristalline Module. Bei ihrem  Einsatz kann daher mit höheren Erträgen gerechnet werden. Die Module werden in ausgezeichneter Qualität geliefert und haben eine sehr hohe Nutzungsdauer von etwa 30 Jahren. Die monokristallinen Solarmodule sind sehr robust und kaum anfällig für Verschleiß durch Umwelteinflüsse. Die altersbedingte Solardegradation ist sehr gering. Die hohe Qualität hat einen minimalen Wartungsaufwand zur Folge. Aufgrund des hohen Wirkungsgrades sind monokristalline Module gut für kleine Dachflächen geeignet. Das spielt gerade bei privaten Anwendern eine große Rolle, da hier meist nur das Dach des Eigenheims und kleinerer Nebengebäude zur Verfügung steht. Sie können mit monokristallinen Solarmodulen den maximalen Ertrag aus den verfügbaren Flächen herausholen.

Nachteile der monokristallinen Technik 

Monokristalline Solarmodule haben leider auch einige Nachteile wie die hohen Anschaffungskosten, ein deutlich höheres Gewicht und Einbußen bei ungünstigen Einstrahlungsverhältnissen. Wenn die Photovoltaikmodule nicht genau nach Süden ausgerichtet werden können, ist es nicht möglich, die komplette Leistung abzurufen. Bei der Auswahl des Standortes sollte man deshalb sehr sorgfältig vorgehen. Das Herstellungsverfahren für die einzelnen Solarzellen ist sehr aufwendig und teuer. Zum Beispiel fallen durch das Zuschneiden der Wafer bis zu 50 % Abfall an. Damit liegen monokristalline Solarzellen in der Umweltbilanz ein gutes Stück hinter polykristallinen Solarzellen zurück.

Wirkungsgrade für monokristalline Solarmodule

Monokristalline Solarmodule haben einen durchschnittlichen Wirkungsgrad zwischen 14 und 18 %. Unter besonders guten Bedingungen kann der Wirkungsgrad sogar 20 % betragen. Allerdings werden die Höchstwerte nur erreicht, wenn die Photovoltaikanlage optimal nach Süden ausgerichtet ist. Je nach verwendetem Trägermaterial gibt es weitere Unterschiede zwischen den einzelnen am Markt erhältlichen, monokristallinen Photovoltaikmodulen. Bei einem Kauf sollte genau auf die Werte geachtet werden, da nur bestimmte Modelle für monokristalline Solarmodule tatsächlich den hohen Wirkungsgrad erzielen. Sehr viele Produkte haben nur einen geringfügig höheren Wert als polykristalline PV-Module, deren Wirkungsgrad zwischen 13 und 14 % liegen kann. Der Wirkungsgrad wird außerdem durch die Beschichtung beeinflusst. Moderne Antireflexgläser lassen mehr Licht an die Bauteile dringen und tragen damit automatisch zu einer höheren Energieausbeute bei.

Welche monokristallinen Solarmodule am besten in die eigene Anlage passen, kann sehr unterschiedlich sein. Auf dem auf Photovoltaikbauteile spezialisierten Onlineportal SecondSol lassen sich unterschiedlichste Modelle in verschiedenen Preisklassen finden.