Solarmodule mit Halbzellen-Technik: Was ist das?
Bei Solarmodulen mit Halbzellen-Technik handelt es sich um eine Weiterentwicklung herkömmlicher Solarmodule. Das Ziel ist die Erhöhung deren Effizienz und Leistung. Dazu wurden die Solarzellen quasi in zwei Hälften geteilt. In diesem Artikel erfährst Du alles Wichtige über die Funktionsweise, Vorteile und Unterschiede der Solarmodule mit Halbzellen-Technik.
Was sind Halbzellen-Solarmodule?
Halbzellen-Solarmodule sind Solarzellen, die in der Mitte geteilt wurden. Durch diese Teilung reduziert sich die elektrische Stromstärke in den Zellen und somit der Leistungsverlust. Dadurch steigt im Umkehrschluss die Effizienz der Module. Somit stehen Halbzellenmodule für eine höhere Leistung auf der gleichen Fläche, verglichen mit Vollzellenmodulen. Zugleich reagieren Solaranlagen oder Balkonkraftwerke mit derartigen Solarzellen weniger empfindlich auf Verschattung oder Schwachlicht. Außerdem kommt es zu einer gleichmäßigeren Verteilung der elektrischen Belastung sowie einer höheren Gesamtleistung des Moduls. Mittlerweile bieten mehrere Hersteller, darunter Q CELLS und Trina Solar, verschiedene Modelle mit Halbzellen-Technik an, die sich durch hohe Effizienz und lange Lebensdauer auszeichnen.
Wie funktionieren Solarmodule mit Halbzellen-Technik?
In einem Halbzellenmodul wird jede Solarzelle mit einem Laser in zwei Hälften geschnitten. Durch die Teilung der Zellen wird zugleich der elektrische Strom innerhalb der Zelle halbiert. Das verringert die Widerstandsverluste und erhöht wiederum die Effizienz.
Warum verringert die Halbzellen-Technik den Widerstandsverlust?
Das Verringern der Widerstandsverluste bei Halbzellenmodulen resultiert aus der Reduktion des elektrischen Stroms in jeder Zelle. Wird eine Solarzelle in zwei Hälften geschnitten, fließt nur noch ein Teil des ursprünglichen Stroms durch jede Hälfte. Da der Widerstandsverlust proportional zum Quadrat des Stroms ist (gemäß der Formel P=I²R, wobei P der Verlust, I der Strom und R der Widerstand ist), führt die Halbierung des Stroms zu einer Viertelung der Widerstandsverluste. Diese geringeren Verluste bedeuten, dass mehr der erzeugten Energie nutzbar bleibt, was die Effizienz des Moduls erhöht.
Parallele Anordnung der Zellhälften und ihre Vorteile
Nach der Teilung werden die Hälften in zwei parallele Stränge innerhalb des Moduls angeordnet. Diese parallele Anordnung hat mehrere Vorteile:
- Erstens wird die Leistung des Moduls bei Teilverschattung verbessert.
- Zweitens reduziert die verminderte Stromstärke in jedem Strang die Erwärmung des Moduls. Da die Stromstärke halbiert wird, verringert sich die joulesche Erwärmung (P=I²R) deutlich. Dies führt zu einer niedrigeren Betriebstemperatur des Moduls, was die Lebensdauer der Solarzellen verlängert und die Gesamtleistung verbessert.
- Drittens sind die mechanischen Spannungen in den halbierten Zellen geringer, was das Risiko von Mikrorissen reduziert und die strukturelle Integrität der Module erhöht.
- Viertens erhöht sich damit die Lebensdauer der Module. Bis zu 25 Jahre kann solch ein System Strom erzeugen.
- Fünftens können die meisten Komponenten des Systems am Ende ihrer Lebensdauer recycelt werden – wodurch sich das Abfallaufkommen reduziert, und die Nachhaltigkeit erhöht.
Auf den Punkt: Vorteile der Solarmodule mit Halbzellen-Technik
- Erhöhte Effizienz und Leistung: Studien zeigen, dass Halbzellenmodule 3 bis 4 % mehr Energie produzieren können als Vollzellenmodule.
- Verbesserte Leistung bei Teilverschattung: Untersuchungen belegen, dass Halbzellen-Module bis zu 50 % weniger Leistungsverluste bei Teilverschattung haben.
- Reduzierung von Hot Spots: Halbzellen-Module verringern das Risiko von Hot Spots. Das erhöht die Langlebigkeit der Module.
Wie kam es zur Entwicklung der Solarmodule mit Halbzellen-Technik?
Die Entwicklung der Solarmodule mit Halbzellen-Technik aus den traditionellen Vollzellenmodulen entstand aus dem Bestreben, die Effizienz und Leistung der Photovoltaiksysteme zu verbessern. Der Durchbruch kam 2014, als der norwegische Hersteller REC Solar die TwinPeak-Serie einführte. Diese Serie war die erste, die die Halbzellen-Technologie nutzte.
Schnell wurde die Neuentwicklung von anderen großen Herstellern wie Trina Solar, Panasonic, und Q CELLS übernommen und perfektioniert. Seither hat sich die Halbzellen-Technik heute als Standard in der Photovoltaikindustrie etabliert. Seit 2017 gibt es auch Balkonkraftwerke mit Solarmodulen mit Halbzellen-Technik.
Was kosten Solarmodule mit Halbzellen-Technik (speziell Balkonkraftwerke)?
Die Kosten für Balkonkraftwerke mit Halbzellen-Technik variieren je nach Leistung und Anbieter. Im Allgemeinen liegen die Preise zwischen 500 und 1.000 Euro.
Preisbeispiele:
Ein einfaches Balkonkraftwerk mit einer Leistung von etwa 600 Watt kostet rund 500 bis 700 Euro. Meist sind im Preis zwei Solarmodule, ein Wechselrichter und das notwendige Montagematerial enthalten. Diese einfachen Systeme können sich innerhalb von 2 bis 5 Jahren amortisieren, abhängig von den lokalen Strompreisen und der Sonneneinstrahlung.
Hochwertigere Systeme, die auch Batteriespeicher enthalten, kosten deutlich mehr. Ein Beispiel ist das Anker SOLIX Balcony Solar Power System mit einer Leistung von 820 Watt und einer Speicherkapazität von 1600 Wh. Der Preis liegt knapp unter 900 Euro.
Die Kosten können zudem mittels Förderprogrammen reduziert werden. Beispielsweise bietet Berlin Zuschüsse von bis zu 500 Euro für Balkonkraftwerke. Dadurch werden die initialen Kosten deutlich reduziert.
Und was, wenn es keine Förderung gibt? Lohnt sich der höhere Anschaffungspreis dann dennoch?
Amortisationszeit:
Die Amortisationszeit hängt stark von der Nutzung und den lokalen Bedingungen ab. Im Durchschnitt kann sich die Investition in ein Balkonkraftwerk mit Halbzellen-Technik innerhalb von 2 bis 5 Jahren amortisieren. Dem gegenüber stehen zwischen 270 bis 350 Euro eingesparte jährliche Stromkosten – abhängig von der jährlichen Stromproduktion des Systems. Grundsätzlich kannst Du aber von einer Amortisationszeit zwischen 2 und 5 Jahren ausgehen. Wie wir darauf kommen? Hier eine kleine Beispielrechnung.
Stromproduktion des Systems:
- Ein typisches Balkonkraftwerk mit einer Leistung von 600 Watt kann jährlich etwa 600 bis 800 Kilowattstunden (kWh) Strom erzeugen, abhängig von der geografischen Lage und dem Aufstellungsort.
Beispielrechnung:
- Stromproduktion: 700 kWh pro Jahr (durchschnittlich)
- Strompreis: 0,40 Euro pro kWh
Jährliche Einsparung = 700 kWh × 0,34 Euro/kWh = 280 Euro
Wenn wir also davon ausgehen, dass die Stromproduktion je nach Bedingungen schwanken kann, ergibt sich eine Spannbreite:
- Minimum: 600 kWh × 0,40 Euro/kWh = 240 Euro
- Maximum: 800 kWh × 0,40 Euro/kWh = 320 Euro
Diese Einsparungen tragen zur Amortisation der anfänglichen Investitionskosten bei. Beispielsweise:
- Investitionskosten: 1.000 Euro
- Jährliche Einsparung: 270 Euro (durchschnittlich)
Amortisationszeit = Investitionskosten/Jährliche Einsparung = 1.000 Euro/270 Euro ≈ 3,7 Jahre
Weiterentwicklungen in der Halbzellen-Technik
Solarmodule mit Halbzellen-Technik haben sich seit der „Entdeckung“ kontinuierlich weiterentwickelt. Und das ist immer noch so. Neue Materialien und Techniken spielen hierbei eine wichtige Rolle. So ist etwa die Einführung der Multi-Busbar-Technologie ein großer Fortschritt. Diese soll die Stromverteilung innerhalb der Zellen verbessern und die Widerstandsverluste weiter verringern. Dazu werden mehrere dünne Leitungsdrähte (Busbars) innerhalb der Solarmodule verteilt statt der herkömmlichen, breiten Busbars. Neben der verbesserten Effizienz sorgt die Multi-Busbar-Technologie auch für eine bessere mechanische Stabilität der Zellen. Zugleich wird damit das Risiko von Mikrorissen verringert, was die Lebensdauer der Module verlängert.
Zusätzlich zu den Fortschritten bei der Busbar-Technologie tragen auch bifaziale Module zur Verbesserung der Halbzellen-Technologie bei. So werden Solarmodule mit Halbzellen-Technik noch effizienter und leistungsfähiger. Zusammen sorgen diese Technologien dafür, dass Solarmodule weniger anfällig für Leistungseinbußen durch Verschattung sind und auch haltbarer werden. Diese kontinuierlichen Verbesserungen machen die Halbzellen-Technologie zu einer vielversprechenden Lösung für die Zukunft der Photovoltaik-Branche.
