Halbzellenmodule – Der Trend in der Photovoltaikindustrie

Halbzellenmodule sind in den letzten Jahren immer beliebter in der Photovoltaik-Industrie geworden. Bei diesen Modulen wird jede Solarzelle nach der Produktion in zwei Hälften geteilt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Photovoltaik-Modulen, die aus 60 ganzen Solarzellen bestehen, besteht ein Halbzellenmodul somit aus 120 Halbzellen.

Durch die Halbierung der Solarzellen können die Module eine höhere Leistung erzielen. Aufgrund dieser gesteigerten Effizienz werden Halbzellenmodule auf dem Solarmarkt zunehmend nachgefragt und viele Hersteller bieten inzwischen diese Module an. In dieser Branche zeichnet sich eindeutig der Trend zu Halbzellen ab, da sie eine vielversprechende Möglichkeit sind, die Erträge von Solaranlagen zu steigern.

Vorteile von Halbzellenmodulen

Halbzellenmodule haben gegenüber herkömmlichen Solarmodulen aus 60 Zellen einige entscheidende Vorteile:

Höherer Wirkungsgrad

Durch die Halbierung der Solarzellen verringern sich die internen Stromverluste in den Modulen. Dadurch steigt der Wirkungsgrad von Halbzellenmodulen um bis zu 3% gegenüber Standardmodulen. Der höhere Wirkungsgrad bedeutet, dass mit der gleichen Modulfläche mehr Energieertrag erzielt werden kann.

Bessere Lichtnutzung

Bei Halbzellenmodulen wird zusätzlicher Freiraum zwischen den einzelnen Solarzellen geschaffen. Dies ermöglicht eine bessere Lichtstreuung und -nutzung auf der Zellfläche. Vor allem bei diffusem Licht und schrägem Lichteinfall können die Halbzellen den vorhandenen Lichtstrom effizienter in Strom umwandeln.

Besseres Temperaturverhalten

Aufgrund der geringeren Stromstärke in den einzelnen Zellen erwärmen sich Halbzellenmodule weniger stark bei hoher Sonneneinstrahlung. Ihr Temperaturkoeffizient ist niedriger, d.h. die Leistung nimmt bei steigender Temperatur langsamer ab als bei Standardmodulen.

Höhere Erträge bei Verschattung

Mit Bypass-Dioden zwischen den Zellhälften können Teilverschattungen besser ausgeglichen werden. Sind nur einige wenige Zellen verschattet, produzieren die übrigen weiterhin Strom. Bei Standardmodulen führt eine Teilverschattung schnell zum kompletten Leistungsverlust.

Nachteile von Halbzellenmodulen

Im Vergleich zu herkömmlichen Solarmodulen haben Halbzellenmodule auch einige Nachteile. Der Hauptnachteil liegt in den höheren Produktionskosten. Da die Zellen nach der Fertigung in zwei Hälften geschnitten werden müssen, ist der Herstellungsprozess aufwendiger. Dies führt zu höheren Kosten pro Modul.

Ein weiterer Nachteil ist die komplexere Installation von Halbzellenmodulen. Da jede Zellenhälfte separat verkabelt werden muss, benötigt die Verkabelung mehr Aufwand. Auch die Anordnung der Module erfordert Sorgfalt, um Verschattungen zwischen den Zellenteilen zu vermeiden. Installateure müssen sich daher mit den Besonderheiten von Halbzellenmodulen auskennen.

Insgesamt überwiegen jedoch die Vorteile dieser Module. Die Mehrkosten amortisieren sich in der Regel schon nach wenigen Jahren durch die höheren Erträge.

Wirkungsgrad

Halbzellenmodule erreichen typischerweise einen um 0,5 bis 1 Prozentpunkt höheren Wirkungsgrad als herkömmliche Module mit 60 oder mehr Zellen. Der höhere Wirkungsgrad kommt dadurch zustande, dass durch die Halbierung der Zellen der Abstand zwischen den Zellen vergrößert wird. Dadurch können die Zellen das Sonnenlicht besser nutzen.

Bei Standardmodulen mit 60 oder 72 Zellen liegt der Wirkungsgrad derzeit bei etwa 19 bis 21 Prozent. Halbzellenmodule mit der gleichen Zelltechnologie erreichen aufgrund des Zellabstands 20 bis 22 Prozent Wirkungsgrad. Die Zellen haben also die gleiche Effizienz, aber durch die Anordnung als Halbzellenmodul kann das Potenzial der Zellen besser ausgeschöpft werden.

Insgesamt betrachtet ist der höhere Wirkungsgrad der Hauptvorteil von Halbzellenmodulen gegenüber herkömmlichen Modulen. Er führt direkt zu höheren Erträgen.

Lichtnutzung

Die Halbierung der Solarzellen schafft zusätzlichen Raum zwischen den Zellen. Dadurch kann das Licht besser auf die Zellfläche gelenkt werden. Der Abstand zwischen den Zellen minimiert dabei gegenseitige Abschattungen. Somit wird die nutzbare Zellfläche effektiv vergrößert und mehr Licht kann in Strom umgewandelt werden.

Die Zwischenräume wirken wie Reflektoren, die einfallendes Licht auf die Solarzelle lenken. Dies verbessert die Lichtausbeute ganz erheblich. Untersuchungen zeigen, dass Halbzellenmodule rund 2-3% mehr Ertrag allein durch die optimierte Lichtnutzung erzielen.

Der gewonnene Platz zwischen den Halbzellen wird meist mit einem hochreflektierenden Material gefüllt. Dies lenkt das Licht gezielt auf die Zellflächen. Die Rückseite der Zellen wird ebenfalls reflektierend gestaltet. So können Halbzellenmodule das Sonnenlicht deutlich effizienter nutzen als herkömmliche Module. Die gesteigerte Lichtausbeute ist einer der Hauptvorteile dieser neuartigen Technologie.

Temperaturverhalten

Halbzellenmodule zeigen ein besseres Temperaturverhalten als herkömmliche Module mit 60 oder mehr Zellen. Der Temperaturkoeffizient gibt an, wie stark die Leistung eines Solarmodules mit zunehmender Temperatur abnimmt. Je niedriger der Temperaturkoeffizient, desto geringer die Leistungseinbußen bei höheren Temperaturen.

Bei Halbzellenmodulen ist der Temperaturkoeffizient niedriger, da durch die Halbierung der Zellen die insgesamt erzeugte Wärme besser abgeführt werden kann. Die Teilung führt zu einer größeren Oberfläche, wodurch die Wärme schneller an die Umgebung abgeben werden kann. Zudem ist der Abstand zwischen den Zellen größer, so dass die entstehende Wärme sich besser verteilen kann.

Infolgedessen kommt es bei Halbzellenmodulen erst bei höheren Temperaturen zu nennenswerten Leistungseinbußen. Bei über 60 Grad Celsius beträgt der Leistungsverlust rund 15 Prozent weniger als bei vergleichbaren herkömmlichen Modulen.

Halbzellenmodule können daher auch an heißen Tagen oder in warmen Regionen ihre Nennleistung besser erbringen. Dies wirkt sich positiv auf die Stromerträge aus.

Erträge bei Verschattung

Halbzellenmodule verfügen über sogenannte Bypass-Dioden zwischen den beiden Zellhälften. Diese dienen dazu, die Auswirkungen von Verschattungen auf die Leistung des Modules zu minimieren.

Wenn ein herkömmliches Modul teilverschattet wird, sinkt die Leistung aller Zellen proportional zur Verschattung. Bei Halbzellenmodulen wird hingegen nur die Leistung der verschatteten Zellhälfte reduziert. Die Bypass-Diode leitet den Strom dabei über die nicht verschattete Zellhälfte und verhindert so einen kompletten Leistungsverlust des Modules.

Dadurch können Halbzellenmodule auch bei Teilverschattungen noch einen Großteil ihrer Nennleistung erbringen. Untersuchungen haben gezeigt, dass bei 50% Verschattung die Leistung eines herkömmlichen Moduls um ca. 50% sinkt, während ein Halbzellenmodul noch etwa 75% seiner Nennleistung erbringt.

Die Bypass-Dioden sorgen also dafür, dass die Erträge von Halbzellenmodulen deutlich weniger stark von Verschattungen beeinträchtigt werden als bei Standardmodulen. Gerade an dicht bebauten Standorten mit möglichen Verschattungen ist dieser Vorteil daher sehr relevant.

Kosten

Halbzellenmodule sind zwar in der Herstellung etwas teurer als Standardmodule mit 60 Zellen, liefern aber deutlich mehr Ertrag pro investiertem Euro. Der Grund dafür ist, dass Halbzellenmodule einen höheren Wirkungsgrad haben und die Zellen eine größere Fläche abdecken.

Bei einem direkten Preisvergleich schneiden Halbzellenmodule daher besser ab:

• Ein Standardmodul mit 60 Zellen liegt preislich bei etwa 0,30 Euro pro Watt Peak.
• Ein vergleichbares Modul mit 120 Halbzellen kostet rund 0,32 Euro pro Watt.

Der Mehrpreis von etwa 5-10% pro Modul rentiert sich durch die höhere Leistung und die gesteigerte Stromausbeute. Über die gesamte Laufzeit betrachtet, erzielen Anlagen mit Halbzellenmodulen einen deutlich höheren Ertrag, der die Mehrinvestition bei der Anschaffung schnell ausgleicht.

Halbzellenmodule sind zwar in der Anschaffung etwas teurer, durch ihre höhere Effizienz und Lebensdauer amortisieren sie diesen Aufpreis aber bereits nach wenigen Jahren Betrieb. Sie sind daher eine lohnende Investition für alle, die eine Solaranlage mit maximaler Performance planen.

Hersteller

Die meisten großen Photovoltaik-Hersteller bieten inzwischen Halbzellenmodule an. Hier ein Überblick über die wichtigsten Anbieter auf dem Markt:

• JinkoSolar ist der größte Solarmodulhersteller der Welt und einer der Vorreiter bei der Einführung von Halbzellenmodulen. Das Flaggschiff ist die Tiger Neo Serie mit hohem Wirkungsgrad.

• JA Solar ist ebenfalls einer der größten chinesischen Produzenten und hat mit der DeepBlue 3.0 Serie leistungsstarke Module mit Halbzellentechnologie im Programm.

• Longi Solar ist stark im Bereich monokristalliner PERC-Solarzellen und bietet die Hi-MO 5 Serie mit bifazialen Halbzellenmodulen an.

• Trina Solar ist einer der größten Anbieter von PV-Modulen weltweit und hat mit der Vertex Serie sehr beliebte und leistungsfähige Halbzellenmodule auf dem Markt.

• Risen Energy ist ein schnell wachsender Hersteller aus China und produziert mit RSM120-8-415/545M effiziente Halbzellenmodule.

• Luxor Solar ist ein österreichischer Anbieter von Hochleistungsmodulen und hat mit der Eclipse Serie Halbzellenmodule im Programm.

• Sunpower stellt besonders effiziente Mono-PERC Solarmodule her und bietet die Equinox Serie mit geviertelten Solarzellen an.

Beliebte Modelle

Besonders beliebt sind derzeit die Halbzellenmodule von Jinko und Trina.

Jinko Tiger NEO

Das Jinko Tiger NEO N-Type Modul verwendet hocheffiziente N-Typ Monokristallin Zellen und kommt durch die Halbzellentechnologie auf eine Leistung von bis zu 580 Wp. Durch die Teilung in zwei Hälften können Abschattungsverluste reduziert werden. Die verbesserte Wärmeableitung sorgt für hohe Erträge auch bei hohen Umgebungstemperaturen.

Trina Vertex S

Das Trina Vertex S Modul basiert auf passivierter PERC-Technologie und erreicht durch die Halbzellen bis zu 605 Wp. Es zeichnet sich durch sehr geringe Degradation und hervorragendes Temperaturverhalten aus. Dank der Multi-Busbar-Technologie werden die Zellen optimal ausgeleuchtet. Das Trina Vertex S überzeugt mit insgesamt hohen Erträgen.

Marktdurchdringung von Halbzellenmodulen

Halbzellenmodule haben in den letzten Jahren einen immer größer werdenden Anteil am Photovoltaikmarkt erreicht. Laut einer Studie des Marktforschungsunternehmens IHS Markit hatten Halbzellenmodule im Jahr 2020 einen Weltmarktanteil von über 20%. Bis 2021 stieg dieser Anteil bereits auf 30%.

In Deutschland ist die Marktdurchdringung von Halbzellenmodulen sogar noch höher. Hier liegt ihr Anteil laut der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS) bereits bei über 40% aller verkauften Solarmodule. Damit sind sie mittlerweile der am häufigsten installierte Modultyp für Photovoltaikanlagen in Deutschland.

Auch in anderen europäischen Ländern wie Spanien oder Italien ist ein starker Zuwachs bei Halbzellenmodulen zu verzeichnen. Laut einer Studie von Wood Mackenzie wuchs der Absatz von Halbzellenmodulen in Europa zwischen 2019 und 2020 um 156%. Diese rasante Marktdurchdringung wird sich in den kommenden Jahren voraussichtlich weiter fortsetzen.

Als Gründe für den Erfolg von Halbzellenmodulen nennen Experten vor allem die überlegene Leistung und die wettbewerbsfähigen Preise. Die Hersteller haben ihre Produktionskapazitäten in den letzten Jahren stark ausgeweitet, um die hohe Nachfrage zu bedienen. Somit steht dem weiteren Siegeszug der Halbzellenmodule am PV-Markt nichts mehr im Wege.

Zukunft

Halbzellenmodule werden in den kommenden Jahren voraussichtlich weiter an Marktanteil gewinnen. Laut einer Studie von Wood Mackenzie wird der Marktanteil von Halbzellenmodulen am gesamten Photovoltaikmarkt bis 2022 auf über 50% ansteigen.

Die Gründe für das starke Wachstum liegen auf der Hand:

• Höhere Effizienz und Erträge als Standardmodule
• Geringere Kosten pro Watt Peak
• Weiter sinkende Produktionskosten durch Skaleneffekte
• Steigende Stromgestehungskosten konventioneller Kraftwerke
• Subventionen und Ziele für Erneuerbare Energien

Mittelfristig könnten die Herstellungskosten von Halbzellenmodulen unter 50 Cent pro Watt sinken. Damit würden sie Standardmodulen auch preislich deutlich überlegen sein.

Langfristig ist zu erwarten, dass Halbzellenmodule zum neuen Standard in der Photovoltaikbranche werden. Schon 2025 könnten sie einen weltweiten Marktanteil von über 75% erreichen. Ihre höhere Energieausbeute ist ein unschlagbarer Vorteil für Investoren und Betreiber von Solaranlagen.

Fazit

Die zunehmende Verbreitung von Halbzellenmodulen in der Photovoltaikbranche ist kein Zufall, sondern basiert auf handfesten Vorteilen, die diese Module bieten. Im Vergleich zu herkömmlichen Modulen sind die wesentlichen Pluspunkte:

• Höherer Wirkungsgrad und damit höhere Energieausbeute pro Modulfläche
• Bessere Leistung bei hohen Temperaturen
• Geringere Leistungsverluste bei Teilverschattungen
• Kostenvorteil gegenüber Standardmodulen mit 60 Zellen

Aus diesen Gründen empfiehlt sich der Einsatz von Halbzellenmodulen für alle neuen und geplanten Photovoltaikanlagen. Der etwas höhere Preis gegenüber herkömmlichen Modulen amortisiert sich in aller Regel schon nach wenigen Jahren durch die Mehrerträge. Da die Technologie zudem stetig weiterentwickelt wird, sind Halbzellenmodule die erste Wahl für alle, die langfristig und nachhaltig in Solarenergie investieren möchten.