Halbzellenmodule: Funktion, Vorteile, Marktdaten

In diesem Artikel geht es um Halbzellenmodule. Es wird erklärt, was genau das ist, welche Vorteile diese Modulvariante mit sich bringt, wie die Herstellung funktioniert, ob sich diese (finanziell) lohnt und vieles mehr.

Was ist ein Halbzellenmodul?

Ein Halbzellenmodul verwendet halbierte Solarzellen (Half Cut Solar Cells), welche aus normalen Wafern hergestellt und dann i.d.R. per Laser in der Mitte getrennt werden. Der Wirkungsgrad vom Halbzellenmodul erhöht sich um 2 - 4 % (absolut), wodurch ein Mehrertrag von ca. 10 % im Jahr möglich ist. 

Tatsächlich gibt es physikalische Ursachen für die Mehrleistung, welche auch in Studien und Tests nachgewiesen wurden (mehr dazu später).

Vergleich: Halbzellenmodul vs. Vollzellenmodul

Weil im Halbzellenmodule halbierte Solarzellen verwendet werden, verdoppelt sich die Anzahl der eingesetzten Zellen im Vergleich zum klassischen Vollzellenmodul. Typischerweise werden 60- oder 72 Vollzellen verbaut. Im Halbzellenmodul sind es deshalb in der Regel 120 oder 144 Halbzellen.

Wie in Abbildung 1 ersichtlich, haben Halbzellenmodule eine Teilung in der Mitte, sodass sich 2 getrennte Stromkreise ergeben. Jeder dieser 2 Segmente verwendet 3 in Reihe geschaltete Strings, welche schließlich in der Mitte vom PV-Modul parallel geschaltet werden.

Insgesamt besitzt das Half-Cut-Modul also 6 Strings im Vergleich zu 3 Strings im normalen Solarmodul (siehe Abbildung 2).

Dieser spezielle Aufbau vom Halbzellensolarmodul benötigt eine andere Anordnung der Anschlussdosen. Anstatt einer großen Anschlussdose im oberen Teil vom Solarmodul kommen 2 bis 3 kleine Anschlussdosen im mittleren Teil vom Modul zum Einsatz (Abbildung 3).

In der Anschlussdose befindet sich der Plus - und Minuspol zur Verschaltung von mehreren Solarmodulen und die Bypassdioden zur Vermeidung von Minderleistung bei Schatten und Verschmutzungen.

Interessant ist auch der Größenaspekt. Es gibt immer einen kleinen Zwischenraum von Zelle zu Zelle. Die einzelnen Solarzellen werden über Busbars miteinander verbunden.

Mit der doppelten Anzahl von Solarzellen (bei gleichem Abstand) und der Sammelschiene in der Mitte sind typische Halbzellenmodule etwas länger. Mehr zur Größe von Solarmodulen finden Sie hier.

Prinzipiell können die verschiedensten Solarzellenarten mit der HC-Technik eingesetzt werden. So gibt es mittlerweile Polykristalline und Monokristalline Halbzellenmodule (mittlerweile setzten so gut wie alle PV-Modul-Hersteller auf die monokristalline Basis), Bifaciale Module oder auch Glas-Glas-Solarmodule.

Halbzellenmodule Vorteile

1. Höherer Wirkungsgrad 

Halbzellenmodule erreichen 2 bis 4 % mehr Wirkungsgrad, als herkömmliche Solarmodule. Die Flächennutzung steigt also. Das ist insbesondere für Häuser mit einer kleinen Dachfläche interessant.

2. Reduktion der Stromstärke in der Zelle, geringere Verlustleistung

Die Stromstärke einer halbierten Solarzelle beträgt nur noch bei 50 %. Dadurch sinkt die Verlustleistung der einzelnen Halbzellen stark. 

Durch die schwächere Stromstärke wird der ohmsche Widerstand in der Solarzelle gesenkt. Es kann mehr der eintreffenden Sonnenenergie genutzt werden, die Verlustleistung ist deutlich geringer

3. Weniger Hotspots, längere Lebendsdauer

Insgesamt erhitzt sich die Solarzelle deutlich weniger (bis zu 10 °C weniger). Das bietet mehrere Vorteile: die Leistung der PV-Anlage verringert sich bei Hitze nicht so stark, das Schwachlichtverhalten der Solarmodule ist besonders gut, außerdem ist das Auftreten von Hotspots unwahrscheinlicher, wodurch Defekte vermieden und die Lebensdauer verlängert werden kann

4. Bessere Leistung bei Verschattung

Eine Studie (siehe Quellen) über die Schatten-Resilienz verschiedener Modultypen ergab, dass Halbzellenmodule (im typischen Butterfly-Design) gegenüber konventionellen Vollzellenmodulen eine ca. 216-prozentige Verbesserung der Widerstandsfähigkeit bei Teilverschattung erbringen.

5. Größere Rückstrahlung zur Solarzelle

Aufgrund der höheren Anzahl an Zwischenräumen im Modul gibt es einen größeren Rückstrahleneffekt zu den einzelnen Solarzellen, wodurch die Leistung minimal steigt. 

Besonders interessant wird dieser Effekt bei der Verwendung von bifazialen Solarzellen, welche auf beiden Seiten Lichtenergie in Strom umwandeln können.

Halbzellenmodule Nachteile

1. Ungewohnte Montage durch veränderte Anschlussdose

Die Anschlussdose und das Plus- und Minuskabel liegt in der Mitte vom Solarmodul. Bei der gewöhnlichen vertikalen Montage werden die Solarkabel an der oberen Schiene befestigt. 

Diese Kabel haben von der Modulmitte des Halbzellenmoduls einen längeren Weg und neigen zum Durchhängen, was auf jeden Fall vermieden werden sollte. Zur Installation bedarf es daher etwas mehr Zeit und Geschick.

2. Unübliche Optik durch Busbar in der Mitte

Durch die mittlere Sammelschiene entsteht eine optische Trennung vom Modul. Einige (wenige) Leute finden das nicht sehr ästhetisch.

3. Komplexere Herstellung

Die Herstellung von Halbzellenmodulen erfordert eine höhere Anzahl an Produktionsschritten und benötigt dafür mehr Ressourcen in Form von Kapital und Maschinen.

Die Produktion hat einen höheren Energiebedarf und führt daher zu einer (leicht) schlechteren CO₂-Bilanz bei der Herstellung. Durch den verbesserten Wirkungsgrad wird das später allerdings kompensiert.

Marktübersicht: PV-Halbzellenmodule

In der nachfolgenden Tabelle befinden sich aktuelle Halbzellenmodule von verschiedenen Solarmodulherstellern. Für die eigenen Photovoltaikanlage auf dem Einfamilienhaus sind vor allem die Module mit 120 und 108 Halbzellen geeignet. Größere Varianten sind für Industrieanlagen und Freiflächen konzipiert.

Halbzellenmodule gibt es in einer großen Spannweite von 300 bis 500 Watt. Die leistungsstärksten Solarmodule haben etwa 400 Wp. Noch mehr Daten gibt es auf dem Solarpanel-Test.

Herstellungsprozess der Halbzelle

Die Herstellung beginnt mit dem Ausgangsmaterial Silizium-Ingots. Diese haben die gleiche Größe, wie für Vollsolarzellen. Zunächst werden die Ingots in Wafer geschnitten. Jeder gefertigte Wafer muss danach halbiert werden, um zur Halbzelle zu werden. Es ist nicht möglich, kaputte Wafer zu einzusetzen.

Für das Dicing (Trennung) der Wafer gibt es verschiedenen Verfahren. Am häufigsten kommt das Thermische Laserstrahl Separieren (TLS) zum Einsatz, wobei die Solarzelle völlig automatisiert mit einem Laser in zwei gleich große Teile geschnitten wird.

Insgesamt gibt es bei der Herstellung der Half-Cut-Module eine größere Anzahl an Produktionsschritten.

Die Technik der Halbzelle hat sich bereits seit etwa 2018 durchgesetzt. Durch die enormen jährlichen Produktionskapazitäten und Skaleneffekte ist die Herstellung der Halbzellenmodule mittlerweile sehr kostengünstig.

Es gibt keine ökonomischen Nachteile zur “normalen” Solarzelle. Insgesamt ergab eine Technoökonomische Bewertung vom Frauenhofer Institut im Jahr 2017 bereits, dass sich Halbzellenmodule aufgrund vom erhöhten Wirkungsgrad gegenüber Vollzellenmodule finanziell rentieren.

Marktanteil von Halbzellensolarmodule (inkl. Prognose)

Halbzellenmodule erlebten seit der Markteinführung einen rasanten Aufschwung. Die Technologie hat sich inzwischen völlig durchgesetzt. Mittlerweile liegt der Marktanteil von Halbzellenmodulen bei ca. 90 Prozent. Noch im Jahr 2017 lag dieser bei gerade einmal 2 %.

Laut der Prognose von ITPRV wird der Marktanteil von Half-Cut-Solarzellen noch auf etwa 95 % steigen. Vollzellen verlieren immer mehr an Bedeutung. Drittel, Viertel oder Schindelsolarmodule werden vermehrt angeboten, bleiben aber aller Voraussicht zunächst Nischenprodukte.

Was kosten Halbzellenmodule?

Die Preise von Halbzellenmodulen liegen zwischen 0,24 (Low Cost) und 0,44 Euro pro Wattpeak Nennleistung. Der Durchschnittspreis im Großhandel liegt bei 0,34 Euro pro Wp. Bei einem typischen 380 Wp Module macht das etwa 130 Euro aus. Mehr zu den Preisen von PV-Modulen hier.

Beim eigenständigen Kauf eines Halbzellenmoduls (z.B. in einem Online-Shop) wird ein Aufschlag von 20 bis 60 Prozent erhoben. Das gleiche Modul kostet somit 156 bis 208 Euro Netto. Generell lohnt es sich finanziell, die gesamte PV-Anlage inklusive aller Komponenten und Installation bei einem Solarteur zu erwerben.

Mit dem nachfolgenden Formular bekommen Sie passende Angebote von Fachfirmen, welche in Ihrer Region aktiv sind und aktuell noch freie Kapazitäten haben. Dieser Service ist kostenlos und unverbindlich und der schnellste Weg zur eigenen Photovoltaikanlage.