Wie werden Solarzellen hergestellt - Grundlagen der Herstellung von PV-Solarmodulen.

Die Herstellung von Solarmodulen bietet der verarbeitenden Industrie hervorragende Vorteile. Sie bietet eine wirksame Lösung für die Bereitstellung von Energieressourcen auf globaler Ebene. Daher ist die Solarindustrie für die Anpassung an die wachsende Nachfrage nach Solarenergie unerlässlich. Diese Branche befasst sich mit der Produktion und Montage von Materialien, die für den Bau von Solarenergiesystemen verwendet werden. Ein Unternehmen in dieser Branche wird auch als PV-Hersteller bezeichnet.

Obwohl Solarmodule die anspruchsvolle Aufgabe haben, Sonnenenergie aus der Sonne zu gewinnen, ist der Bau eines Solarmoduls ziemlich einfach, wenn es professionell in einer gut geführten Fabrik hergestellt wird. Die Hauptbestandteile eines Solarmoduls sind Solarzellen, Silizium, Metall und Glas. Jede dieser Komponenten wird dann zu einem Solarmodul zusammengesetzt, das erneuerbare Energie erzeugen kann.

Wo werden Solarmodule hergestellt?

Hersteller von Solarmodulen gibt es an vielen Orten, von den Vereinigten Staaten bis Europa, aber die meisten Solarmodule werden in verschiedenen Ländern Asiens hergestellt, meist in China. Wie in vielen anderen Industriezweigen ist die Verlagerung der Produktion in Länder mit niedrigeren Arbeitskosten in den letzten Jahren zu einer gängigen Praxis geworden. Viele qualitativ hochwertigere Paneele werden in den USA hergestellt, so dass jeder Prozess innerhalb der Herstellungsphasen genau auf seine Qualität hin überwacht werden kann.

Hochwertige Marken sind Panasonic und Mission Solar. Panasonic-Solarmodule werden in den USA und in Malaysia hergestellt, während Mission Solar ausschließlich in den USA produziert wird. Jinko Solar, ein weniger teures Unternehmen als Panasonic oder Mission Solar, stellt seine Solarmodule in China her. Ein anderes, weniger bekanntes Unternehmen, Candian Solar, stellt seine Module in Kanada her.

Die Rohstoffe, aus denen ein Solarmodul besteht, werden nicht unbedingt alle am selben Ort hergestellt, da sich die Lieferketten über viele Länder erstrecken können. Solarmodule werden zwar weltweit hergestellt, aber es gibt auch viele in den USA oder Europa hergestellte Produkte, aus denen Sie wählen können.

Welche Arten von Solarmodulen gibt es?

Die wichtigsten Arten von Solarmodulen sind monokristalline, polykristalline und Dünnschichtmodule.

Der Unterschied zwischen mono- und polykristallinen Modulen besteht darin, dass monokristalline Siliziummodule mit Solarzellen aus einem einzigen Siliziumkristall hergestellt werden, während polykristalline Siliziummodule durch das Zusammenschmelzen mehrerer Siliziumkristalle entstehen.

Dünnschicht-Solarmodule werden in der Solarbranche eigentlich nur für Großprojekte verwendet, da sie einen sehr geringen Wirkungsgrad haben. Aus diesem Grund benötigen Sie eine große Anzahl von ihnen, um Strom zu erzeugen.

Im Gegensatz zu monokristallinen und polykristallinen Modulen bestehen Dünnschichtmodule nicht aus Solarzellen, sondern werden durch Aufbringen einer dünnen Schicht einer photovoltaischen Substanz, wie amorphes Silizium oder Cadmiumtellurid, auf eine feste Substratoberfläche wie Glas hergestellt.

Obwohl das Herstellungsverfahren für Dünnschichtmodule sie billiger und einfacher zu installieren macht, werden sie nicht für Solaranlagen in Privathaushalten verwendet, da sie nicht so haltbar oder effizient sind.

Da sie aus einem einzigen Siliziumkristall hergestellt werden, sind monokristalline Module effizienter, aber auch teurer als polykristalline Module. Die Hauptunterschiede liegen in der Ästhetik, den Kosten und der Effizienz, aber beide Optionen sind eine gute Wahl für Ihr Solarsystem zu Hause. Wenden Sie sich an einen Solarteur, um herauszufinden, welche Art von Modulen für Ihr Haus am besten geeignet ist. 

Woraus bestehen die Solarmodule?

Die wichtigsten Bestandteile eines Solarmoduls sind PV-Solarzellen, Polysilizium oder Silizium, Metall und Glas. Die wichtigste Komponente sind die Solarzellen, die das Sonnenlicht in nutzbare Energie umwandeln. Solarzellen sind die photovoltaische (PV) Komponente von Solarmodulen, das heißt, sie erzeugen Energie aus der Sonne.

Die Solarzellen bestehen aus Silizium und sind durch eine Glasscheibe geschützt, die das Sonnenlicht zu den Zellen filtert. Wenn sie dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, erzeugen die Siliziumdioxid-Solarzellen elektrischen Strom, der dann über einen Wechselrichter in nutzbaren Wechselstrom umgewandelt wird.

Die Solarzellen werden mit Hilfe von Kabeln montiert, die den Strom übertragen. Diese Kabel werden mit den Zellen verlötet, die dann zwischen einer Rückwand und dem Glas, das die Zellen schützt, montiert werden. Das gesamte Paneel wird durch einen Metallrahmen zusammengehalten.

Was ist ein PV-Hersteller?

Das Solarenergiesystem besteht aus verschiedenen Materialien, um es zum Laufen zu bringen, vor allem aus den PV-Paneelen oder der Photovoltaik. Diese Geräte werden verwendet, um Sonnenlicht umzuwandeln und Strom durch einen natürlichen Prozess zu erzeugen, an dem Halbleiter beteiligt sind.

Diese Paneele und andere Teilkomponenten des Systems werden von einem PV-Modulhersteller hergestellt und montiert. Er ist verantwortlich für die Bereitstellung zuverlässiger Produkte, die einfache elektrische Geräte bis hin zu Haushaltsgeräten mit Strom versorgen.

Warum ist die Solarproduktion wichtig?

Die PV-Hersteller tragen dazu bei, dass die Lieferkette für Solarenergiesysteme durchgängig bleibt. Sie liefern wesentliche Produkte für die wachsende Nachfrage nach kostengünstiger Stromversorgung und unterstützen die Wirtschaft eines Landes. Wenn es genügend Lieferanten von PV-Modulen gibt, trägt dies außerdem dazu bei, die Abhängigkeit des Landes von ausländischen Energielieferungen zu verringern. Dies wird das Wachstum und die Entwicklung der Wirtschaft fördern.

Die wachsende einheimische Solarindustrie ist nicht nur eine große Hilfe für die Bevölkerung. Wenn die Branche floriert, haben auch die entsprechenden Behörden die Möglichkeit, Daten und Forschungsergebnisse für die weitere Entwicklung zu sammeln.

PV-Herstellungsgrundlagen.

Die Herstellung von PV-Modulen ist ein vielfältiger Prozess, da das System neben dem PV-Panel noch weitere Komponenten benötigt. Dazu gehören Zellen, Rahmen, Wafer, Glasrückwände und Teile der Leistungselektronik.

Daher umfasst die Herstellung verschiedene Schritte, angefangen von der Polysiliziumproduktion, der Herstellung von Barren und Wafern, der Zellenherstellung bis hin zur Modulmontage. Im Folgenden finden Sie einen Überblick über die Grundlagen der PV-Fertigung, damit Sie sich mit der Produktion von Solarenergiesystemen vertraut machen können.

Herstellungsprozess in sieben Schritten.

Schritt 1:
Silizium-Solarzellen, die entweder vom p-Typ oder vom n-Typ sind, also positiv oder negativ geladen. P-Typ-Siliziumzellen waren die traditionelle Struktur von Solarzellen. Eine p-Typ-Siliziumzelle ist auf einer positiv geladenen Basis aufgebaut, d. h. die untere Schicht ist mit Bor und die unterste Schicht mit Phosphor gemischt.

Die n-Typ-Zelle ist dagegen umgekehrt aufgebaut, wobei der Phosphor als Basis dient. Der Hauptunterschied besteht darin, dass n-Typ-Zellen einen höheren Wirkungsgrad aufweisen und nicht durch lichtbedingte Degradation oder eine Verringerung der Leistung bei extremer Sonneneinstrahlung beeinträchtigt werden.

Solarzellen werden aus kristallinem Silizium hergestellt, das geschmolzen und mit Gallium oder Bor gemischt wird, um Wafer, so genannte Siliziumblöcke, zu bilden. Anschließend wird dem Silizium Phosphor zugesetzt, der zusammen mit Gallium oder Bor dem Silizium seine elektrischen Eigenschaften verleiht.

Der Siliziumblock wird dann in dünne Platten geschnitten und mit einer Antireflexbeschichtung versehen, die das Sonnenlicht einfängt, anstatt es von den Platten weg zu reflektieren. Anschließend werden dünne Leitungen in die Zellen geschnitten, um den elektrischen Strom innerhalb der Zelle einzufangen und zu leiten.

Die Solarzellen werden zu Halbleitern für die Elektrizität, die durch den photovoltaischen Effekt erzeugt wird, wenn die Photonen des Sonnenlichts absorbiert werden und die Elektronen dann innerhalb der Solarzellen wandern, um Energie zu erzeugen.

Monokristalline Solarzellen werden aus einem einzigen Siliziumfragment hergestellt, während bei polykristallinen Solarzellen viele Siliziumfragmente zu einer großen Platte zusammengeschmolzen werden, um die Siliziumscheiben für die Solarzelle zu bilden.

Schritt 2: Man lötet die Solarzellen zusammen, um ein Paneel zu bilden. Normalerweise bilden 60 oder 72 Solarzellen ein Paneel.

Schritt 3: Anbringen der Rückseitenfolie, welche die Unterseite der Solarzellen schützt

Schritt 4: Anbringen der Glasfront. Diese lässt das Licht zu den Solarzellen durch und bietet eine Schutzschicht.

Schritt 5: Ein Metallrahmen versiegelt das Paneel mit Silizium, um alle Schichten miteinander zu verschmelzen.

Schritt 6: Es wird eine Anschlussdose installiert, welche die elektrischen Drähte des Solarmoduls vor Schäden schützt.

Schritt 7: Prüfung der Solarmodule auf Qualität und Festigkeit vor der Auslieferung

Prüfung der Qualität von neu hergestellten Solarmodulen.

Während des gesamten Herstellungsprozesses werden die Materialien, aus denen die Paneele gefertigt werden, auf etwaige Mängel überprüft. So werden zum Beispiel gerissene oder verbogene Solarzellen aussortiert.

Sobald die Solarmodule hergestellt sind, werden sie strengen Tests unterzogen, um sicherzustellen, dass sie intensiven Wetterbedingungen, Hitze und normaler Abnutzung standhalten können. Außerdem muss geprüft werden, ob der elektrische Strom effizient durch die Module fließt.

Schließlich werden die Solarmodule auf ihre Festigkeit geprüft, um sicherzustellen, dass die Wahrscheinlichkeit gering ist, dass sie durch Hagel oder andere herabfallende Trümmer zerbrechen. Die Prüfung der Qualität von Solarmodulen ist wichtig, um sicherzustellen, dass sie Strom erzeugen können und ihre gesamte Lebensdauer überdauern.

Nachdem die Solarmodule auf ihre Qualität geprüft wurden, sind sie bereit für den Versand und die Installation auf Häusern oder für die Nutzung in Solarparks. Der Herstellungsprozess für die verschiedenen Arten von Solarmodulen ist ziemlich ähnlich, aber es gibt einige Arten von Solarmodulen, und jede Art hat ihre eigenen Stärken.

Polysilizium-Produktion.

Das gängigste Material für die Herstellung von PV-Zellen sind Siliziumkristalle. Einige der Entwicklungsprozesse hängen von den einzelnen Herstellern ab und davon, welche Art von Modulen sie herstellen. Es gibt zum Beispiel einschichtige oder mehrschichtige Module. Der erste Schritt bei der Herstellung eines Solarmoduls besteht also darin, Silizium abzubauen und zu reinigen. Die Reinigung erfolgt in der Regel in einem Elektroofen. Glücklicherweise ist Silizium ein sehr reichlich vorhandener Rohstoff. Es ist sogar das zweithäufigste Element (gleich nach Sauerstoff) auf unserem Planeten. Es wird auf der ganzen Welt abgebaut.

Die meisten PV-Module werden aus Silizium hergestellt, dem so genannten Polysilizium, das im Mittelpunkt des ersten Schritts bei der Herstellung von Solarenergiesystemen steht. Polysilizium ist ein perlenförmiges Silikon mit hochreiner Zusammensetzung.

Die Hersteller verarbeiten das Polysilizium nach der Siemens-Methode, bei der die molekulare Bindung des Siliziums gebrochen wird. Bei diesem Verfahren muss das Gefäß erhitzt werden, um die Bindung des Siliziums zu brechen und es in eine bestimmte Form zu bringen, in der Regel in kleine Perlenformen. Sobald das Silizium diese Phase erreicht hat, ist es für den nächsten Schritt bereit.

Wie Siliziumzellen zu kleinen Halbleitern werden.

Durch die Behandlung des Polysiliziums mit Bor und Phosphor wird eine positive und negative Ladung erzeugt. Dieser P/N-Übergang ist der Ort, an dem die Elektrizität entsteht. Drähte verbinden die winzigen elektrischen Halbleiter mit Metall und schaffen so Wege für die Elektrizität.

Die Zellen sind mit einer antireflektierenden Substanz beschichtet, damit sie das Sonnenlicht nicht einfach zurückwerfen, sondern es einfangen. Dann werden sie in ein Acetat versiegelt, das oft aus Gummi oder Vinyl besteht. Das Paneel wird in einen Aluminiumrahmen eingesetzt und unter einer Glas- oder Kunststoffplatte versiegelt, so dass das viel erwartete Solarpanel entsteht. 

Barren- und Waferherstellung.

Reine Siliziumzylinder, so genannte "Ingots", werden dann in hauchdünne Scheiben oder Wafer geschnitten. Diese werden dann weiter in Rechtecke oder Sechsecke geschnitten. So können sie perfekt in den Rahmen eines Solarmoduls passen und die Fläche maximieren. Zu diesem Zweck geben die Hersteller das Polysilicium in einen Behälter, um es zu verflüssigen. Das Polysilizium durchläuft zum Abschluss dieser Produktion mehrere weitere Prozesse, wie die Czochralski- und die gerichtete Verfestigung.

Beim Czochralski-Verfahren wird ein zylindrischer Siliziumblock durch Pressen eines kristallinen Keims in die flüssige Form des Polysiliziums erzeugt. Nach der Verbindung der Materialien muss er langsam nach oben gezogen werden, um die gewünschte Form zu erhalten.

Nach der Formung des Siliziumblocks wird dieser einer gerichteten Erstarrung unterzogen, um ihn abzukühlen, bis er gehärtet und zu einem großen Siliziumblock geformt ist. Schließlich wird das gehärtete Silizium in dünne Scheiben geschnitten. Dies geschieht mit speziellen Drahtsägen, z. B. mit diamantbeschichteten Sägen.

Herstellung von Zellen.

Nach der Herstellung der Siliziumwafer werden diese nun durch die Zellfertigung in PV-Zellen verwandelt. Dieser Prozess beginnt mit der Fixierung der Oberflächentextur des Wafers durch Beseitigung von Sägeschäden. Der Prozess umfasst auch die Überprüfung der Kapazität der Wafer, die je nach Architektur des Geräts auf unterschiedliche Weise erfolgen kann.

Modulmontage.

Der letzte Produktionsprozess ist der Teil, in dem die Komponenten zusammengebaut werden, um das Modul zu vervollständigen. In der Regel werden die gefertigten Zellen in der Anlage mit Busbars verbunden, die wiederum mit Glasplatten verbunden werden. Anschließend werden die Zellen mit einer weiteren Glasscheibe abgedeckt, um sie wasserdicht zu machen.

Sobald das Produkt laminiert ist, wird es mit Aluminiumrahmen und einer Anschlussdose zur Integration der elektrischen Kabel versehen. Nachdem alles zusammengebaut ist, sind die PV-Module bereit für die Prüfung und den Vertrieb, sobald sie die Tests bestanden haben.

Ein Großteil der Arbeit für Solarmodule wird von Präzisionsrobotern erledigt. Diese Roboter sind mit ein Grund dafür, dass die Preise für Solarmodule immer wettbewerbsfähiger werden. Einige Bereiche sind vollständig automatisiert, andere werden jedoch noch von Technikern ausgeführt.

Wo werden die meisten Solarmodule hergestellt?

Bei der großen Anzahl von Solarmodulherstellern weltweit ist es nicht einfach zu bestimmen, wo diese Produkte hergestellt werden. Den meisten Erhebungen und Daten zufolge werden jedoch die meisten Solarmodule weltweit in China hergestellt. Tatsächlich befinden sich sieben der 10 größten Modulhersteller der Welt in China. Die übrigen Händler kommen aus Kanada, Südkorea und den USA.

Die Nationale Energiebehörde Chinas geht für 2019 von einer Gesamtinstallation von 205,2 GW an PV-Anlagen aus, was fast 27 % der weltweiten Gesamtinstallation entspricht. Diese Daten lassen den Schluss zu, dass China bei der Produktion von Solarmodulen und Solarenergiesystemen marktführend ist. 

Kann man Solarmodule selbst herstellen?

Solarmodule selbst zu bauen ist keine gute Idee, auch wenn es einfach erscheint, ein Modul mit den richtigen Materialien zu konfigurieren. Fehler beim Bau eigener Module, wie z. B. das Entfachen eines Feuers, überwiegen die Vorteile von selbstgebauten Solarmodulen.

Am besten verlässt man sich auf professionell gebaute Solartechnik, denn diese wird nach strengen Standards gebaut und auf ihre Haltbarkeit geprüft. Die Zusammenarbeit mit einem professionellen Solarinstallateur ist ein wichtiger Schritt, um sicherzustellen, dass Ihre Solarmodule aus hochwertigen Materialien hergestellt werden und mindestens 25 Jahre lang Strom liefern. Solarmodule sind eine der besten Energiequellen zur Verringerung des Kohlendioxids aus fossilen Brennstoffen. Die Installation von Solarmodulen auf Ihrem Haus ist also eine gute Möglichkeit, Teil der sauberen Energiezukunft zu sein.