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Halbzellen-Module im Vergleich: Mehr Leistung bei halber Zelle?

Bei der Halbzellen-Technologie ("Half-Cut") werden Silizium-Solarzellen halbiert, um so die Leistung der Module zu steigern. Die großen Solarmodul-Hersteller bieten seit Anfang 2018 Halbzellenmodule an, die unterschiedlichste Solarzellen-Technologien kombinieren, um die Vorteile der Halbzellentechnik im Betrieb optimal ausnutzen zu können.

HT-SAAE bietet p-Typ Halbzellen-Module mit PERC-Technik an, die einen um 25 % reduzierten Stromverlust und eine um 3 % höhere Ausgangsleistung bieten. (Foto: Shanghai Aerospace Automobile Electromechanical Co., Ltd.)

HT-SAAE bietet p-Typ Halbzellen-Module mit PERC-Technik an, die einen um 25 % reduzierten Stromverlust und eine um 3 % höhere Ausgangsleistung bieten. (Foto: Shanghai Aerospace Automobile Electromechanical Co., Ltd.)

Halbzellen basieren, wie der Name bereits vermuten lässt, auf „normal“ großen Solarzellen, die in zwei gleich große, halbe Zellen geteilt werden. Dabei wird das Modul in zwei „Zwillings“-Hälften geteilt, bei denen die Solarzellen in Reihe geschaltet und die Zellen in mehreren Strings segmentiert werden. Die beiden Hälften werden dann in der Mitte parallel geschaltet und ergeben dann ein Modul mit doppelt so vielen „Halb“-Zellen ("Half-Cut").

Durch das Teilen der Solarzellen wird auch der Strom pro Zelle halbiert, was mit einer Reduzierung des Leistungsverlusts in der Zelle einhergeht. Da der Leistungsverlust in der Regel proportional zum Quadrat des Stroms ist, wird er in einem kompletten Halbzellen-Modul um den Faktor 4 reduziert.

Der geringere Leistungsverlust in einer halbierten Zelle erhöht den Füllfaktor und den Wirkungsgrad der Zellen und ergibt – insbesondere bei starker Sonneneinstrahlung – einen besseren Energieertrag. Module mit einem höheren Füllfaktor haben einen niedrigeren Serienwiderstand und ermöglichen somit einen geringeren Stromverlust in der Zelle.

Darüber hinaus verbessert die veränderte Zellenanordnung das Verhalten des Moduls bei reduzierter Einstrahlung auf einer der Hälften des Moduls verglichen mit einem Standardmodul. Liegt z. B. der untere Bereich eines im Hochformat installierten Standardmoduls im Schatten, so ist die Ausgangsleistung des gesamten Moduls aufgrund der Bypassdioden, die die internen Strings abschließen, gleich Null. Die Anordnung der Halbzellenmodule mit separaten Zwillingsabschnitten stellt unter denselben Bedingungen sicher, dass die Ausgangsleistung größer als 50% ist. Die Verbesserungen durch den reduzierten Widerstand der halbierten Zellen erhöhen so die Ausgangsleistung jedes Moduls um insgesamt ca. 4 Wattp.

Einige Solarmodul-Hersteller bieten bereits Halbzellen-Solarmodule an. Dabei kombinieren sie unterschiedlichste Solarzellen-Technologien, um die Vorteile der Halbzellentechnik im Betrieb optimal ausnutzen zu können.

Schwarze Suntech Half-Cut-Solarmodule mit 300 Watt

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.

HAT-SAAE p-Typ Halbzellen-Modul mit PERC-Technik

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 W. Beim Modul mit 72 Zellen liegt die maximale Ausgangsleistung bei 375 Wattp.

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.

REC Halbzellen-Solarmodule der TwinPeak Serie

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

Q CELLS Q.PEAK DUO-G5 Solarmodul mit Halbzellen

Auch Q CELLS bietet seit Januar 2018 das monokristalline Q.PEAK DUO-G5 Solarmodul mit 120 Halbzellen und Leistungsklassen bis zu 330 Wattp mit einem Wirkungsgrad von 19,9 % an. Das „Q.PEAK DUO BLK-G5“ besitzt hingegen eine komplett schwarze Frontfläche und erzielt bis zu 320 Wattp. Das Q.PEAK DUO-G5 Solarmodul hatte bereits 2017 für Aufmerksamkeit gesorgt, als es den „Solar + Power Award for Excellence – Innovation" gewonnen hat.

Durch das Halbzellenkonzept mit moderner Schaltung und einer Konstruktion aus sechs Sammelschienen (Busbars) liefern die DUO-G5 Solarmodule höhere Erträge auf kleineren Flächen. 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.

Talesun BiSTAR-Module mit Halbzellen

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.

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"Halbzellen-Module im Vergleich: Mehr Leistung bei halber Zelle?" wurde am 11.06.2018 verfasst