Die wichtigsten Halbzellenmodule im Überblick

• Was sind Halbzellenmodule? Halbzellen-Module sind Solarmodule, bei denen jede Silizium-Solarzelle in zwei Hälften geschnitten wird. Allgemein bieten Halbzellen-Solarmodule eine höhere Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit im Vergleich zu Standardmodulen mit vollständigen Zellen.
• Warum sind sie leistungsstärker und günstiger? Diese Technik der Halbzellenmodule reduziert die elektrischen Verluste im Modul und erhöht dadurch die Effizienz. Halbieren der Zellen führt auch zu einer besseren Leistung unter teilweise beschatteten Bedingungen und minimiert die Auswirkungen von Mikrorissen auf das Gesamtmodul.
• Ertrag bei Halbzellenmodulen: Halbzellen Solarmodule erhöhen die Ausgangsleistung jedes Moduls um etwa 4 Watt_p, indem sie den Widerstand durch die Halbierung der Zellen reduzieren. Forschungen des Fraunhofer ISE ergaben, dass Halbzellenmodule einen um etwa 2 bis 3 % höheren Solarertrag erzielen.
• Welche Hersteller bieten Halbzellenmodule an? Zu den Top-Herstellern weltweit gehören Q Cells, Ja Solar, Jinko Solar und LG Solar. Angebote aus Deutschland gibt es von Luxor Solar und Solarwatt.
• Wie werden Solarmodule mit Halbzellen eingesetzt? Ein praktisches Beispiel für die Anwendung von Halbzellenmodulen ist auf Wohnhausdächern, wo sie aufgrund ihrer höheren Effizienz und besseren Leistung unter teilweise beschatteten Bedingungen bevorzugt werden. Ein weiteres Beispiel ist ihre Nutzung in großen Solarparks, wo ihre erhöhte Ausgangsleistung und Zuverlässigkeit bei unterschiedlichen Wetterbedingungen zur Maximierung des Energieertrags beitragen.

Viele Hersteller stellen gerade große Teile ihrer Produktionskapazitäten auf Halbzellen-Technologie um. Ist das eine Nische oder verschwindet das alte Vollzellen-Modul?

Die Anordnung der Bypassdioden ergibt für den Monteur neue Anforderungen an die Kabelführung. So erfordert das Befestigen der Kabel und Stecker an den Schienen eine alternative Vorgehensweise bei der Installation. Auch eine dachparallele Montage oder aufgeständerte Ost-West Flachdächer erfordern eine Veränderung der Montagerichtung. Die elektrischen Parameter des Moduls bleiben identisch zum Vollzellenmodul, dadurch erfolgt auch die Auslegung der Anlagen wie bisher.

Einige Hersteller wie z. B. Panasonic planen nicht, Halbzellen-Module anzubieten. „Bei unseren ‚Bienenwabenmodulen‘ haben wir schon Erfahrungen mit Halbzellen gesammelt“, erklärt Shigeki Komatsu, General Manager für Panasonic Solar Europa, die Entscheidung. Der Name geht auf das Waben-Design der Zellen zurück. Wegen des damals herrschenden Siliziummangels wurden Zellen aus an den Ecken abgeschnittenen Ingot-Scheiben gefertigt. „Unsere Erfahrung ist, dass es viel komplexer ist, kleinere Zellen zu fertigen als solche mit normaler Zellgröße. Bei kleineren Zellen müssen viel mehr Zellen gelötet werden und das Risiko des Zellausfalls steigt mit der Zahl der Zellen. Wenn es einwandfrei läuft, erzielen Halbzellen tatsächlich mehr Leistung, aber die Fehleranfälligkeit und der höhere Aufwand in der Produktion stehen in keinem Verhältnis dazu.“

Die AXITEC Energy GmbH & Co. KG aus dem süddeutschen Böblingen hat sein Modulportfolio ebenfalls um die Halbzellentechnik erweitert. Unter dem Namen AXIpower HC und AXIpremium HC - HC steht hier für "Half-Cut" - bietet Axitec die geschnittenen Halbzellen-Module mit poly- und monokristallinen Zellen mit 270 bis 290 W_p an. Das AXIpower HC ist das polykristalline Modul, das AXIpremium HC ist die monokristalline Variante.

Die Hochleistungsmodule mit Halbzellen-Technologie haben einen geringeren Zellwiderstand und dadurch eine höhere Leistung als Standardmodule. Beide kristallinen Modul-Varianten gibt es wahlweise mit 120 oder 144 Zellen. Dadurch ergibt sich ein großer Einsatzbereich vom Eigenheim bis zu Großanlagen. Die Leistung liegt laut Axitec Energy zwischen fünf bis 15 Watt_p über den von Standardmodulen mit 60 bzw. 72 Solarzellen. Weiterhin haben die HC-Module einen verringerten Mismatch bei Verschattungen sowie verbesserte Hotspot Werte.

[Zurück zur Inhaltsübersicht]

Auch Hanwha Q CELLS bietet seit Januar 2018 das monokristalline Q.PEAK DUO-G5 Solarmodul mit 120 Halbzellen und Leistungsklassen bis zu 330 Watt_p mit einem Wirkungsgrad von 19,9 % an. Seit April 2019 bietet Q CELLS das neue Halbzellen-Solarmodul Q.PEAK DUO-G6, das Nachfolgemodell der G5-Serie, mit 122 Zellen, größeren Wafern und 355 W_p.

Das „Q.PEAK DUO BLK-G5“ besitzt hingegen eine komplett schwarze Frontfläche und erzielt bis zu 320 Watt_p. Das Q.PEAK DUO-G5 Solarmodul hatte bereits 2017 für Aufmerksamkeit gesorgt, als es den „Solar + Power Award for Excellence – Innovation" gewonnen hat. 2018 gewann das Q.PEAK DUO-G5 Solarmodul mit Halbzellen dann ebenfalls den Intersolar Award 2018.

Durch das Halbzellenkonzept mit moderner Schaltung und einer Konstruktion aus sechs Sammelschienen (Busbars) liefern die DUO-G5 Solarmodule höhere Erträge auf kleineren Flächen: Die 2 x 6-inch Halbzellen mit sechs parallelen Busbars erreichen bis zu 3,5 % Leistungssteigerung gegenüber herkömmlichen 4-Busbar-Modulen mit Vollzellen. Das 6-Busbar-Design in Kombination mit der Halbzellentechnologie trägt dazu bei, Widerstandsverluste zu reduzieren.

Der Einsatz von Runddrähten anstatt Flachbändern zur Verbindung der Zellen reduziert die effektive Verschattung signifikant. Daraus resultiert eine Leistungssteigerung von zusätzlich 2,0 %. Die parallele Verbindung der unabhängigen oberen und unteren Modulhälften stellt überdies eine verbesserte Leistung und höhere Erträge sicher, wenn das Modul teilweise verschattet ist.

Zudem wird durch die Q CELLS Anti-LID-Technologie lichtinduzierter Verschleiß (LID) fast vollständig verhindert, der bei anderen herkömmlichen monokristallinen Solarzellen dafür sorgt, dass diese einen Großteil ihrer Anfangsleistung durch Sonneneinstrahlung verlieren.

Hanwha Q-Cells gibt für die neuen Halbzellen-Module eine zwölfjährige Produktgarantie, ergänzt durch exklusive Leistungsgarantien von 98 Prozent im ersten Jahr, mindestens 93 Prozent nach zehn Jahren und 85 Prozent nach 25 Jahren. Der südkoreanische Photovoltaik-Hersteller war nach eigenen Angaben der erste Solarmodul-Hersteller, der die Halbzellen-Technologie in Serienfertigung auf den europäischen Markt brachte.

Seit April 2019 bietet Q CELLS das neue Halbzellen-Solarmodul Q.PEAK DUO-G6, das Nachfolgemodell der G5-Serie an. Das monokristalline Q.PEAK DUO-G6 Halbzellen-Solarmodul wird mit Wafern hergestellt, die mit einem Maß von 161,70 mm größer sind als die der G5-Serie. Dieses größere Wafermaß trägt in den Solarmodulen effektiv dazu bei, bis zu 6% mehr Leistung zu liefern, so dass die 122 Zellen der Q.PEAK DUO-G6-Version nun eine Leistung von 355 W_p liefern können. In der größeren L-Variante mit 144 Zellen kommt das neue Q.PEAK DUO L-G6 sogar auf eine Leistung von bis zu 420 W_p.

[Zurück zur Inhaltsübersicht]

Im Mai 2018 präsentierte auch die Shanghai Aerospace Automobile Electromechanical Co., Ltd („HT-SAAE") auf der SNEC PV Power Expo 2018 in Schanghai das p-Typ Halbzellen-Modul mit PERC-Technik. Durch Halbieren der PERC-Zellen reduziert sich der elektrische Strom im Hauptnetz um die Hälfte. Im Vergleich zur herkömmlichen Technologie reduziert sich der elektronische Stromverlust um 25 % und auch der Energieverlust wird gesenkt. Dabei liefert das Modul eine um 3 % höhere Ausgangsleistung in Watt.

Auch die Halbzellenmodule von HAT-SAAE zeichnen sich unter anderem durch einen reduzierten thermischem Widerstand und guter Wärmebeständigkeit mit geringem Auftreten von Mikrorissen und Hotspots aus, was einen höheren Umwandlungswirkungsgrad bewirkt. Darüber hinaus reduziert und regelt die Halbzellen-Technologie den modulbedingten Energieverlust durch Schattenwurf oder Staubansammlung. Ein Monokristallin-Modul mit 60 Zellen erreicht eine Ausgangsleistung von bis zu 315 Watt_p. Beim Modul mit 72 Zellen liegt die maximale Ausgangsleistung bei 375 Watt_p.

Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal des HAT-SAAE p-Typ Halbzellen-Modul mit PERC-Technik ist das selbstreinigende Design. Neben der Einsparung von Reinigungskosten reduziert dieses Merkmal Beschädigungen der Moduloberfläche durch Staub, Regen und Schnee. Der Stromertrag wird gesteigert, und das Risiko eines Leistungsverlusts wird reduziert.

[Zurück zur Inhaltsübersicht]

Die hochleistungsfähigen 60-zelligen und 72-zelligen Halbzellen-Module der JA Solar Holdings Co., Ltd. gibt es sowohl in als monokristalline (JAM60S03/PR und JAM72S03/PR) als auch als polykristalline Modulvariante (JAP60S03/SC und JAP72S03/SC).

Bei den Halbzellen-Modulen der JA Solar, die im Juni 2018 in der 72-zelligen Variante das erste Mal in einem Großprojekt im Kraftwerksmaßstab in Namibia eingesetzt wurden, ist es im Vergleich zu konventionellen Modulen möglich, die Verbindungstechnik zu optimieren, den Verlustwiderstand zu reduzieren und den Stromfluss durch größere Zwischenräume zwischen den Zellen anzukurbeln, was insgesamt zu einer effektiven Erhöhung der Ausgangsleistung führt.

Darüber hinaus bieten die JA Solar PERC-Halbzellenmodule einen besseren Temperaturkoeffizienten, der entscheidende Vorteile bei der abgegebenen Leistung unter hohen Temperaturen bringt. Durch eine Optimierung der Stückliste (bill of materials/BOM) wurde auch die Beständigkeit gegen ultraviolette Strahlung verstärkt. Im Ergebnis sind die Halbzellen-Module von JA Solar in der Lage, in einer Umgebung mit hohen Temperaturen und hoher UV-Strahlung äußerst gute Leistungen zu erbringen.

[Zurück zur Inhaltsübersicht]

Die JinkoSolar Half-Cell (HC) Serie ist eine seit 2018 erhältliche Produktlinie, die das Halbzellen-Design mit bestehenden unterschiedlichen Zelltechnologien wie der lichtreflektierenden Ribbon-Technologie und der weißen EVA-Schicht zwischen Zelle und Rückseitenfolie kombiniert.

Zu den Halbzellen-Modulen von Jinko Solar zählen das monokristalline Half-Cell PERC 60/72M PERC-Solarmodul mit einer Leistung bis 385 W_p und einer Moduleffizienz von bis zu 19,53%, das monokristalline Solarmodul Half-Cell 60/72M mit einer Leistung bis 360 W_p und einer Moduleffizienz bis zu 18,47% und das polykristallinen Halbzellenmodul Half-Cell 60/72P mit einer Moduleffizienz bis zu 17,50% und einer Solarstromleistung bis 345 W_p.

Allen Half-Cell-Modulen von Jinko Solar ist die 5 Busbar-Technologie gemein, die die Leistung und auch das Erscheinungsbild der Module verbessert. Zudem ist die begrenzte Leistungsminderung des Eagle-Moduls durch den PID-Effekt unter strengen Testbedingungen (85 °C / 85 % RF, 96 Stunden) für die Massenproduktion garantiert. Dank modernster Bearbeitungstechnologien von Glas- und Zellenoberflächen wird ein exzellentes Schwachlichtverhalten ermöglicht.

Jinko Solar plant bis Ende 2018, eine Halbzellen-Produktionskapazität von mehr als drei Gigawatt erreichen zu können. Die Produktionsstätten in China, wo die Half Cut-Module hergestellt werden, sind bereits seit Ende 2017 in Betrieb, und ein weiteres Werk in Malaysia wurde im ersten Quartal 2018 auf Halbzell-Produkte umgestellt.

[Zurück zur Inhaltsübersicht]

Der chinesische Modulhersteller LONGi Solar hat auf der Intersolar Europe in München 2018 seine neue bifazialen Halbzellen-Module mit PERC-Technologie vorgestellt, die High Efficiency-Module mit 60 Zellen LR6-60HBD 300~320M und mit 72 Zellen LR6-72HBD 360~380M.

Longi Solar hat für diese Halbzellen-Solarmodule seine monokristallinen Solarzellen verwendet, die kürzlich aufgrund verschiedener technischer Optimierungen (u.a. reduzierte lichtinduzierte Degradation (LID)) mit 22 Prozent einen Effizienzweltrekord gebrochen haben. Durch die Halbzellentechnik sinkt der elektrische Widerstand innerhalb der Zelle sowie die Stromstärke.

Da die Zellverbinder zwischen den Halbzellen einen geringeren Querschnitt haben sinken bei gleichbleibendem elektrischen Widerstand die Verluste. In Verbindung mit monokristalliner PERC-Technologie zählt das monokristalline Halbzellen-Modul von LONGi Solar zu recht zu den aktuell modernsten "High Efficiency"-Modulen.

[Zurück zur Inhaltsübersicht]

Die REC TwinPeak Serie ist ein neuer Modultyp mit einer innovativen Zellenanordnung und einer Zellentechnologie, die die Leistung eines Moduls auf bis zu 275 Watt_p steigert. Kombiniert bieten die eingesetzten Technologien der neuen REC TwinPeak Serie verglichen mit der derzeitigen REC Peak Energy Serie eine Erhöhung um 10 Watt_p pro Modul.

Das neue Halbzellen-Design hat REC mit weiteren Neuerungen wie der PERC-Technologie (Passivated Emitter Rear Cell, auch Rückseitenpassivierung genannt), vier Busbars und einer 3-teiligen Anschlußdose ergänzt, sodass das REC Halbzellen-Solarmodule der TwinPeak Serie problemlos mit den monokristallinen p-Typ- und n-Typ-Produkten auf dem Markt konkurrieren kann.

Die Verwendung von vier Busbars für eine Zelle der TwinPeak Halbzellen-Module verkürzt den Weg der Elektronen zum Busbar. Dies senkt den Widerstand in der Zelle und erhöht die Leistungsausgabe und ermöglicht wiederum eine Reduzierung der Leiterbahnenbreite, sodass mehr aktive Zellenfläche entsteht, Strom erzeugt und der Füllfaktor hoch bleibt. Die Senkung des Widerstands in der Zelle durch Hinzufügen eines vierten Busbars erhöht den Wirkungsgrad um über 0,2 % pro Halbzelle und die Leistung um 2 W_p pro Modul. Zurückgeführt wird dies u.a. auch auf den durch die reduzierte Größe der Zelle ermöglichten kleineren Querschnitt des Lötverbinder und die dadurch entsprechend geringere mechanische Beanspruchung der Zelle.

Die Aufteilung der Anschlussdose auf drei kleinere pro String mit jeweils einer Bypassdiode hat den Vorteil, dass im Vergleich zu einem Standardmodul ein Querverbinder weniger benötigt, was den Innenwiderstand des Moduls reduziert und Platz spart. Durch den Platzgewinn kann der Spalt zwischen den Zellen vergrößert werden, um die modulinterne Lichtreflexion auf die Zellenoberfläche und somit die Lichtabsorption zu erhöhen. Als positiver Nebeneffekt konnte außerdem eine um 15 bis 20 °C reduzierte Erwärmung hinter den 3 Boxen verglichen mit der einzelnen Box eines Standardmoduls nachgewiesen werden, was die Zuverlässigkeit des Moduls verbessert und einen Leistungszuwachs von ca. 1 Watt_p pro Modul ermöglicht.

[Zurück zur Inhaltsübersicht]

Im März 2018 hat Wuxi Suntech Power Co., Ltd. („Suntech") auf der Solar Solutions Int. 2018 in Haarlemmermeer in den Niederlanden die komplett schwarzen Half-Cut-Solarmodule mit 300 Watt Leistung vorgestellt. Bereits im Mai wurden mit diesen Halbzellenmodulen das erste Freiland-PV-Projekt von Suntech entlang der Rudower Allee in Berlin fertiggestellt.

Die Halbzellenmodule von Suntech zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Leistung und Energieertrag bis zu maximal 10 Watt höher ist als beim herkömmlichen Standardmodulen. Durch eine höhere Moduleffizienz können so die Systemkosten reduziert werden. Darüber hinaus verringert die Halbzellentechnologie den Energieverbrauch einer Solarzelle. Setzt man dieselbe Stromstärke und Spannung voraus, so verringert sich die interne Stromstärke gegenüber herkömmlichen Modulen auf 50 Prozent. In diesem Zuge sinkt die Zellentemperatur im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen um 20 bis 25 Grad Celsius, was wiederum den Hot-Spot-Effekt unter Anwendung eines Hybridmodus mit Reihenschaltung nach Parallelschaltung abschwächt.

Zudem fallen die Halbzellen kleiner aus als die herkömmlichen Zellen, was bedeutet, dass bei Halbzellen der Bereich von Schäden ebenfalls kleiner ist, etwa wenn aufgrund von äußeren Einwirkungen Risse auftreten. Gleichzeitig ist der komplexe Spezialschaltkreis durch Verwendung des „Distributed Junction Box"-Verteilerdose optimal eingestellt, so dass Leistungsverlust durch ein kreuzartiges Installationsmuster weiter reduziert werden können.

[Zurück zur Inhaltsübersicht]

Suzhou Talesun Solar Technologies, ein international operierender Solarmodul-Hersteller mit Produktionsstätten in China sowie in Thailand, stellte im Juni auf der Intersolar 2018 die polykristallinen BiSTAR-Solarmodule vor, die unter Ausnutzung der Halbzellen-Technologie eine besonders hohe Stromausbeute auch bei Verschattungen realisieren sollen.

Die Halbierung der Zellen führt dazu, dass sich die Stromstärke in den Zellen und in den Drähten, die sie miteinander verbinden, aufgrund des kleineren Querschnitts der Verbinder ebenfalls halbiert. Der elektrische Widerstand bleibt gleich, entsprechend sinken die Verluste parallel. Die Leistung der Talesun Halbzellen-Module beträgt 340 Watt bei einem Wirkungsgrad von 17,1 Prozent. Hierauf gewährt Talesun zudem eine umfassende 25-jährige Leistungsgarantie.

[Zurück zur Inhaltsübersicht]

Der chinesische Modulhersteller Trina Solar will bis Ende 2018 einen großen Teil seiner gesamten Produktionskapazität auf Halbzellenmodule umstellen. Trina Solars neue Splitmax-Modullinie mit mono- und multikristallinen Modulen in Standardformaten mit 120 bzw. 144 Halbzellen bieten eine verbesserte Modulleistung von bis zu 10W_p ohne wesentliche Mehrkosten.

Das Splitmax TSM-DE14H(II) mit Maßen von 2000 × 992 × 40 mm ist ein gerahmtes, monokristallines 144 Zellen Modul (1500V) im Leistungsbereich von 350 bis 380 Watt, einem maximalen Wirkungsgrad von 19,2% und einer positiven Leistungstoleranz von 0 bis +5 Watt.

Das Splitmax Halbzellenmodul TSM-PE05H (1675 × 992 × 35 mm) ist das multikristalline Gegenstück von Trina Solar mit 120 Solarzellen. Ebenfalls gerahmt mit 1500 Volt-Technologie erreicht das Splitmax in einem Leistungsbereich von 280 bis 290 Watt einen maximalen Wirkungsgrad von 17,5% bei einer Leistungstoleranz von 0/+5W.

Beide Trina Solar Halbzellen-Solarmodule besitzen eine Zwischenreihenverschattung, eine LRF-Schicht für hohe Lichtreflexion und einen niedrigen Temperaturkoeffizienten, der die Stromerzeugung bei hohen Betriebstemperaturen steigert. Trina Solar gewährt auf die Halbe-Zellen-Module jeweils eine 10 Jahre Produktgarantie und eine 25 jährige lineare Leistungsgarantie.

[Zurück zur Inhaltsübersicht]