Halbzellenmodule aus Half Cut Cells: Vor und Nachteile?

Der Wirkungsgrad von Solarzellen ist ein zentrales Thema der Photovoltaik. Ständig wird daran gearbeitet, die Leistungsfähigkeit der Zellen mit neuen Materialkombinationen und Techniken wie PERC zu erhöhen. Aktuell liegen Halbzellenmodule im Trend, die einen 2 bis 3 % höheren Solarertrag liefern.

Für die Herstellung von Solarzellen existieren eine Reihe bewährter Verfahren. Für Halbzellenmodule kommen die typischen Solarzellen zum Einsatz, die aus Wafern geschnitten und in Dickschichtmodulen eingesetzt werden. Meist sind das monokristalline Zellen, es gibt aber auch polykristalline Halbzellen.

Um die Halbzellen zu erzeugen, werden „Standard-Solarzellen“ in einem zusätzlichen Produktionsschritt einfach mit einem Laser in der Mitte durchgeschnitten. Deshalb spricht man im Englischen auch von „Half Cut Cells“. Die beiden Hälften werden dann im Modul übereinander eingefügt und in Reihe geschaltet.

Kommen monokristallinen Zellen zum Einsatz, haben diese die typischen „abgeschnittenen Ecken“. Die Halbzellen werden dann meist so ausgerichtet, dass die Ecken der untereinanderliegenden Zellen in die gleiche Richtung zeigen, die Schnittkanten der Zelle also nicht einander zugekehrt sind.

Abgesehen von der Teilung der Solarzellen ist die Herstellung von Halbzellenmodulen mit der von Vollzellenmodulen identisch. Selbstverständlich müssen zusätzliche elektrische Verbindungen geschaffen werden (Zellverbinder), die den Stromfluss zwischen den Halbzellen ermöglichen.

Einen weiteren Unterschied zu den Standard-Modulen bemerken vor allem die Solarteure: Die Stromabnahme erfolgt bei Halbzellenmodulen in der Mitte der Paneele über eine dreiteilige Anschlussdose. Standardmodule verfügen über eine Anschlussdose an einem Ende der Längsseite des Moduls. Für den Nutzer der PV-Anlage macht das keinen Unterschied, für den Installateur wird die Verkabelung der Halbzellenmodule unter bestimmten Bedingungen etwas aufwändiger.

Der Ausdruck Halbzellen legt nahe, dass diese auch aus zerbrochenen Zellen hergestellt werden können. So wünschenswert das aus ökologischen Gründen auch ist, in der Praxis funktioniert das leider nicht.

Es klingt absurd, doch die höhere Leistung erreichen die Halbzellen durch ihre Teilung. Dafür ist vor allem die geringere Verlustleistung der Halbzellen verantwortlich. Wie in jedem elektrischen Leiter wird auch in der Solarzelle ein Teil des Stroms in Wärme umgewandelt. Dieser Verlust errechnet sich als

P verlust = R * I ²

Durch die Teilung der Solarzelle in zwei Halbzellen wird zum einen der Widerstand halbiert, zum anderen halbiert sich aber auch die Stromstärke, die im Quadrat in die Berechnung der Verlustleistung eingeht. Anders ausgedrückt: Die Verlustleistung bei Halbzellen ist deutlich geringer als bei Vollzellen und somit liegt ihr Wirkungsgrad höher.

Trotz des Durchschneidens erzeugen die Halbzellen die gleiche Leistung wie Vollzellen. Bei geringerer Verlustleistung bedeutet das, dass mehr Leistung genutzt werden kann. Halbzellenmodule können also bei ansonsten identischem Aufbau mehr kWp bereitstellen.

Hinzu kommt, dass durch die zusätzlichen Zwischenräume zwischen den Halbzellen mehr Sonnenlicht an der Rückseite reflektiert wird und wieder auf die Zellen fällt. Da es sich bei den modernen Halbzellenmodulen um bifaziale Module (beidseitig PV-aktiv) handelt, erhöht dies den Wirkungsgrad der Halbzellenmodule zusätzlich. Auch die dreiteilige Anschlussdose hat einen positiven Effekt, denn sie verringert die Wärmeübertragung auf die Zellen.

Ein weiterer Vorteil, der für den Einsatz von Halbzellenmodulen spricht, ist ihr Verhalten bei Verschattung. Durch die Teilung der Zellen und eine entsprechende elektrische Verschaltung entstehen de facto zwei parallel geschaltete Module und somit zwei Stromlaufpfade. Ist eines der Teilmodule verschattet, kann das andere noch immer die volle Leistung bringen. Auf das ganze Modul bezogen, sind das bis zu 50 % der Gesamtleistung. Das liegt deutlich über der Leistung teilverschatteter Vollzellenmodule bei denen es zwischen dem in Reihe geschalteten Zellen nur einen Stromlaufpfad gibt. 

Ein zusätzlicher Schritt bei der Herstellung (Teilung der Zelle) und zusätzliche Verbinder zwischen den Halbzellen: Eigentlich müssten die neuen Module teurer sein als solche aus Vollzellen. In der Praxis ist es aber so, dass Halbzellenmodule zu günstigeren Preisen angeboten werden, weil mittlerweile nahezu alle Hersteller auf diesen leistungsfähigeren Modultyp umgestiegen sind.

Solarzellen werden vollautomatisch in großen Stückzahlen hergestellt, so dass die zusätzlichen Kosten bei Halbzellen gering ausfallen. Der Preis von Solarmodulen richtet sich nach ihrer Leistung und das bedeutet, dass die geringfügig höheren Kosten einfach durch zusätzliche Einnahmen ausgeglichen werden. 

Direkte Vergleiche zwischen den Modulen verschiedener Hersteller und verschiedene Modultypen sind schwierig, auch weil es die Tendenz gibt, dass die Solarpaneele immer größer werden. Teilt man den Preis jedoch durch Leistung (in kWp) und Fläche, ergibt sich ein Wert, der einen Vergleich ermöglicht. Hier zeigt sich, dass die Halbzellenmodule vorn liegen. Sie sind in der Anschaffung also günstiger als herkömmlich Module.