Halbgeschnittene Solarzellenmodule (half-cut), Leistungsabgabe im Vergleich zu Standard-Solarmodulen größer. 

Statistiken zufolge wird der Marktanteil der Halbzellen-Solarmodule bis 2028 auf 40 % steigen. 

Das halbgeschnittene Solarmodul ist eine neuere Technologie zur Verbesserung der Leistung der Zellen. Im Allgemeinen werden die halbierten Zellen mit der PERC-Technologie hergestellt. Bei der "Half-Cut"-Solartechnologie wird die Solarzelle in zwei Teile geteilt und mit einem ausgereiften Infrarotlaser geschnitten. Dies bewirkt eine Halbierung des erforderlichen Arbeitsstroms, wodurch die Leistung des Moduls erhöht und gleichzeitig der Wärmeverlust verringert wird. Die Halbierung der Solarzellen führt zu einer Halbierung des Stroms und einer Verdoppelung der Spannung. Solarmodule mit doppelter Spannung wären nicht vorteilhaft, da die höhere Strangspannung dazu führen würde, dass nur noch halb so viele Module pro Strang an den Wechselrichter angeschlossen werden können. Daher verwenden die meisten Hersteller eine String-Anordnung, um Spannungen zu erzeugen, die denen von Standard-Solarmodulen entsprechen. Genauso wie die bifacialen und PERC-Solarzellen einen verbesserten Wirkungsgrad bieten, steigert die Verwendung von halbierten Solarzellen die Leistungsabgabe. Solarmodule mit halbierten Solarzellen sind das neueste Upgrade in der Solarindustrie und machen die Effizienz größer als je zuvor. Die Probleme wie Hot Spots, Schatten und reduzierte Spannung gehören der Vergangenheit an. 

Einer der größten Leistungsverluste bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom sind die Widerstandsverluste. Sie entstehen durch die Übertragung des Stroms von den Drähten der Solarzellen zu den Kabeln im Haus. Die Solarzellen übertragen den Strom über dünne Metalldrähte, wobei der Strom aufgrund des Widerstands etwas an Leistung verliert. Wenn die Zelle jedoch halbiert wird, halbiert sich der in jeder Zelle erzeugte Strom. Dies führt zu einem geringeren Stromfluss und damit zu geringeren Widerstandsverlusten. Infolgedessen steigt die Leistungsabgabe und ist im Vergleich zu den Standard-Solarmodulen größer. Im Allgemeinen liefern die halbierten Solarzellen eine Leistung zwischen 5 und 8 W pro Modul. Dies ist jedoch völlig abhängig von der Konstruktion und dem Zellentyp. Die halbgeschnittenen Solarmodule bieten im Vergleich zu den herkömmlichen Solarzellen eine höhere Energieausbeute, Haltbarkeit und Leistung. Außerdem sind sie kleiner und widerstandsfähiger gegen Rissbildung. Die Halbierung der Solarzellen führt zu einer Halbierung des Stroms und einer Verdoppelung der Spannung. Solarmodule mit doppelter Spannung wären nicht vorteilhaft, da die höhere Strangspannung dazu führen würde, dass nur noch halb so viele Module pro Strang an den Wechselrichter angeschlossen werden können. Daher verwenden die meisten Hersteller eine String-Anordnung, um Spannungen zu erzeugen, die denen von Standard-Solarmodulen entsprechen.

Was ist ein halbiertes Solarmodul?

Das Funktionsprinzip der Half-Cut-Solarzellentechnologie ist denkbar einfach. Es geht nur darum, die Zellengröße zu verringern, um Platz für mehr Zellen zu schaffen. Der Hauptzweck der Teilung des Solarmoduls besteht also darin, die Anzahl der Zellen zu erhöhen. Mit mehr Zellen ist eine höhere Energieerzeugung möglich.

Standard-Mono-Solarzellen haben im Allgemeinen 60 bis 72 Zellen. Wenn sie halbiert werden, verdoppelt sich die Anzahl der Zellen. Jetzt sind sie auf 120 bis 144 Zellen angewachsen, was eine höhere Energieproduktion bedeutet. Sie werden in der Regel mit der PERC-Technologie hergestellt, die für einen höheren Wirkungsgrad bekannt ist.

Die Zellen werden mit einem Laser in zwei Hälften geteilt - ein hochpräziser und feiner Schnitt. Die Halbierung der Zellen bedeutet eine Halbierung des Stroms. Dadurch verringern sich die Widerstandsverluste durch die Stromübertragung, was zu einer höheren Leistungsabgabe führt. Darüber hinaus entstehen durch das Halbieren des Solarmoduls zwei getrennte Teile: oben und unten. Zwei getrennte Teile bedeuten, dass die Stromerzeugung nicht unterbrochen wird, wenn ein Teil vollständig im Schatten liegt.

Vergleich zu einem Standard-Solarmodul.

Was ist der Unterschied zwischen Halbzellen- und Vollzellen-Solarmodulen? Die Standard-Solarmodule sind lediglich eine Kombination von Solarzellen, die eine bestimmte Wattleistung erzeugen. Im Vergleich dazu sind die halbierten Solarmodule halbierte Solarzellen, die miteinander verbunden sind, um die gewünschte Wattleistung zu erzielen. Bei einer herkömmlichen Solarzelle kann eine komplette Reihe keinen Strom erzeugen, wenn nur eine Zelle im Schatten liegt. Wenn die Solarzelle halbiert wird, verdoppelt sich die Anzahl der Reihen. Jetzt hat das Solarmodul sechs statt drei Reihen. In diesem Fall reduziert eine schattierte Zelle in Reihe 1 die Leistung der gesamten Reihe 1. Die verbleibenden fünf Reihen produzieren jedoch weiterhin Energie. Halbierte Solarmodule bestehen aus zwei Teilen und haben eine größere Anzahl von Zellen mit separater Verkabelung. Ein Schatten auf einer Zelle reduziert also nur ein Sechstel der Leistung des Panels - nicht ein Drittel. Ein geringerer Leistungsabfall bedeutet mehr Energie und mehr Leistung.

Die elektrischen Verluste von halbierten Solarmodulen sind im Vergleich zu Vollzellen wesentlich kleiner. Halbgeschnittene Solarmodule verringern die elektrischen Verluste um 75 % und erhöhen die CTM-Leistung um 3,6 % im Vergleich zu Standard-Solarmodulen. Außerdem sinkt die Betriebstemperatur, da der Strom pro Zelle geringer ist. Infolgedessen werden Hot Spots um 20ºC reduziert, was zu einer längeren Lebensdauer und Zuverlässigkeit führt. Die Anzahl der Zellen ist in beiden Fällen recht deutlich. Wenn das Vollzellen-Solarmodul 60 Zellen hat, dann hat das halbierte Solarmodul 120 Zellen.

Was sind die Vorteile/Nutzen eines halbierten Solarmoduls?

Höherer Wirkungsgrad.

Wenn eine Solarzelle halbiert wird, verringert sich auch die Strommenge, die von jeder Stromschiene geleitet wird, um die Hälfte. Diese Verringerung des Widerstands innerhalb der Busbars führt zu einer allgemeinen Erhöhung des Wirkungsgrads.

Niedrigere Hot-Spot-Temperatur.

Wenn eine Solarzelle in einem Zellstrang eines Panels beschattet wird, können alle vorangehenden, nicht beschatteten Zellen die von ihnen erzeugte Energie als Wärme in die erste beschattete Zelle ableiten. Dadurch entsteht ein Hotspot, der das Solarmodul beschädigen kann, wenn er lange Zeit anhält. Hot-Spots im Modul können irreversible Schäden an den Zellen verursachen. Eine Senkung der Hot-Spot-Temperaturen um 10-20°C verbessert die Zuverlässigkeit des Moduls.

Geringere Betriebstemperatur.

Eine geringere Betriebstemperatur im Modul reduziert den Wärmeverlust und verbessert sowohl die Zuverlässigkeit des Moduls als auch die Leistungssteigerung.

Geringerer Verschattungsverlust.

Halbgeschnittene Module können auch bei Verschattung, einschließlich bei Sonnenauf- und -untergang, noch 50 % Leistung erbringen.

Längere Lebensdauer.

Neben einer höheren Leistung bieten die halbgeschnittenen Zellen eine längere Lebensdauer und sind somit zuverlässiger. Aufgrund ihrer kompakteren Struktur sind halbgeschnittene Zellen weniger anfällig für Mikrorisse, da sie bei extremen Witterungsbedingungen wie Schnee, Hagel, Sonne, Wind und großer Kälte nicht so weit reisen können wie möglich. Aus diesen Gründen bevorzugen die meisten landwirtschaftlichen Betriebe und Privathaushalte halbgeschnittene Solarmodule, da sie eine schnellere Amortisierung der Investition ermöglichen. Außerdem lassen sie sich unabhängig von der Intensität des Sonnenlichts leicht in kompakte Anlagen einbauen.

Höhere Leistungsabgabe bei schlechten Lichtverhältnissen.

Mono-Solarmodule mit Halbschnitt haben mehr Zellen und einen geringeren Widerstand. Bei Schattierungen trifft der Strom auf einen geringeren Widerstand, was auf die große Anzahl von Reihen zurückzuführen ist. Daher ist die Leistungsabgabe im Vergleich zu herkömmlichen Vollzellen-Solarmodulen höher.

Höhere CTM-Leistung.

Die halbgeschnittenen Solarmodule haben eine höhere Zell-zu-Modul-Leistung (CTM), was die Leistungsabgabe steigert. Konventionelle Vollzellen-Solarmodule haben eine CTM-Leistung von 94,8 %. Die halbgeschnittenen Solarmodule hingegen liefern 99,4 %, wenn man die Laserschnittverluste außer Acht lässt. Berücksichtigt man die Verluste, so ergibt sich immer noch eine GM-Leistung von 98,4 %, die höher ist als bei herkömmlichen Solarzellen. Die Umwandlungseffizienz hängt jedoch vollständig von der Art der Solarzellentechnologie ab.

Geringerer Platzbedarf.

Mit der Erhöhung der Leistung pro Modul sinkt die Anzahl der Module, die für die Erzeugung der erforderlichen Leistung in einem Solarkraftwerk auf dem Land oder auf dem Dach erforderlich sind, was zu einer Verringerung des für die Installation benötigten Platzes führt.

Geringere Kapitalkosten.

Bei großen Energieversorgungsanlagen kann der geringere Platzbedarf dazu beitragen, den Flächenbedarf für die Errichtung von PV-Solaranlagen zu reduzieren. Dies wiederum kann dazu beitragen, die Investitionskosten für Solarenergieentwickler zu senken, da Land ein teurer Kostenfaktor bei der Errichtung großer Solarkraftwerke an Land ist.

Kompatibel mit verschiedenen Solarzellentechnologien.

Halbgeschnittene Solarmodule sind eine Änderung des Herstellungsprozesses von PV-Modulen, bei denen die traditionelle c-Si-Technologie für Solarzellen verwendet wird. Daher können sie mit PERC- oder bifacialen Technologien hergestellt werden. Dank dieser Technologien bieten die halbgeschnittenen Solarmodule eine höhere Leistung, weniger Verluste und zahlreiche andere Vorteile.

Gibt es Nachteile bei halbierten Solarmodulen?

Zweifellos sind halbgeschnittene Solarzellen sehr vorteilhaft, aber es gibt wenige, wenn auch kleine Nachteile. Halbierte Solarmodul erfordern größere Investitionen. Die Herstellung halbgeschnittener Zellen erfordert im Vergleich zu vollgeschnittenen Solarzellen mehr Investitionen. Die Hersteller von halbgeschnittenen Solarzellen benötigen High-End-Schneidelaser und Stringer, um die Solarzellen zu spalten. Den Studien zufolge kosten sie 0,6 bis 1,2 % mehr als Vollzellenmodule. Allerdings sinken ihre Kosten pro Watt dank der höheren Leistung um 0,8 bis 1 %. Die Halbierung der Zelle bedeutet eine Verdoppelung der Anzahl der Lötverbindungen, was ein höheres Risiko für schlechte Kontakte bedeutet. Außerdem erhöht sich durch die Halbierung der Zellen die Wahrscheinlichkeit, dass defekte Zellen produziert werden, was für die Hersteller ein Nachteil ist und sich auf die Kosten auswirken könnte. Ein Hersteller von Solarmodulen mit halbierten Zellen, der über eine hervorragende Qualitätskontrolle verfügt, wird solche Probleme jedoch nicht haben.

Die Technologie der halbgeschnittenen Solarmodule im Detail.

Widerstandsverluste bei halbgeschnittenen Solarmodulen.

Das halbgeschnittene Solarmodul bietet eine höhere Schattentoleranz als die Zellen des Vollmoduls. Das liegt nicht am halbierten Design, sondern am Unterschied in der Verdrahtungsmethode. Herkömmliche Solarmodule werden in Reihe geschaltet und sind daher besonders anfällig für Schatten. Bei einer Reihenverdrahtung wird die gesamte Reihe keinen Strom mehr produzieren, wenn nur eine Zelle im Schatten liegt. In der Regel sind die Solarmodule aus drei verschiedenen Reihen zusammengeschaltet. Wenn sich also eine Zelle im Schatten befindet, wird fast ein Drittel der Energieproduktion dieses Panels unterbrochen. Die halbgeschnittenen Solarmodule haben jedoch trotz der Reihenschaltung der Drähte eine höhere Schattentoleranz. Sie verfügen über eine größere Anzahl von Zellen und damit über eine größere Anzahl von einzelnen Reihen. Die Anzahl der Zellen in einem halbierten Solarmodul beträgt zum Beispiel 100 statt 50. In diesem Fall würde eine einzige verschattete Zelle ein Sechstel der Gesamtleistung verringern. Aus diesem Grund sind sie schattenresistenter.

Verkabelung eines halbierten Solarmoduls.

Wenn eine der Solarzellen beschattet wird, leiten alle anderen unbeschatteten Zellen die Energie in die erste beschattete Zelle ab. Auf diese Weise sammelt sich die gesamte Wärme an einer Stelle, dem so genannten Hot Spot. Hält diese Wärme länger an, kann sie die Solarzellen beschädigen. Bei einem Vollmodul wirken sich die heißen Stellen auf eine größere Fläche aus, da die Anzahl der Zellen geringer ist. Bei einem halbierten Solarmodul ist die Hitze jedoch geringer, da eine halbe Zelle im Vergleich zu einem vollen Modul abgeschattet wird. Einfach ausgedrückt, die halbierten Solarzellen leiten die Hälfte der Wärme ab im Vergleich zu einem vollen Solarmodul. Das bedeutet also weniger Schaden und eine längere Lebensdauer.

Sind halbgeschnittene Solarmodule es wert?

In Anbetracht der Vorteile gibt es keinen Grund, die höhere Leistung abzulehnen, außer einem: dem Preis. Ja, die halbgeschnittenen Solarmodule kosten 0,6 - 1,2 % mehr als Vollzellenmodule, aber die 2 - 4 % höhere Leistung ist es wert. Abgesehen von der höheren Leistung passen sie aufgrund ihres kompakten Designs problemlos in Häuser, landwirtschaftliche Betriebe und Industrieanlagen. In Bezug auf die Leistung sind sie zuverlässiger und langlebiger, da sie über mehrere Anschlussdosen verfügen. Am wichtigsten ist jedoch, dass sie eine höhere Schattentoleranz aufweisen. Durch das Hinzufügen von mehr Substraten haben die Hersteller von halbierten Solarzellen die Leistungsverluste verringert. Halbgeschnittene Solarmodule verfügen über das gleiche Maß an Schutzgläsern und sind genauso robust wie Standard-Solarzellen. Die halbgeschnittenen Mono-PERC sind also zweifellos die beste Investition. Nicht nur in Bezug auf Langlebigkeit und Zuverlässigkeit, sondern auch in Bezug auf die Bereitstellung von mehr Energie und eine höhere Rendite der Investition.

Die Wahl zwischen Poly-Modulen und Half-Cut-Modulen ist eine wichtige Entscheidung bei der Einrichtung eines effizienten Solarenergiesystems. Poly-Module haben zwar ihre Vorzüge, aber die eindeutigen Vorteile der Half-Cut-Module in Bezug auf Effizienz, Haltbarkeit und Leistung unter schwierigen Bedingungen machen sie zu einer hervorragenden Wahl für alle, die optimale Solarlösungen suchen.