PV+Ertrag

Module

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In Deutschland und auf dem internationalen Markt bieten inzwischen weit mehr als 100 Hersteller über 1500 unterschiedliche Photovoltaikmodule an. Neben der Gemeinsamkeit, dass sie alle bei Lichteinfall Strom erzeugen, gibt es auch Unterschiede, auf die im Folgenden näher eingegangen wird.

Zelltypen: monokristallin, polykristallin, Dünnschicht
Aktuell am Markt verfügbar sind kaum ein Dutzend unterschiedlicher Zellenmaterialien. Die größte praktische Bedeutung konnten bisher kristalline Siliziumsolarzellen erlangen.



Es werden nach ihren Ausgangsmaterialien drei Gruppen von Zellen unterschieden:
– monokristalline Siliziumzellen
– polykristalline Siliziumzellen
– Dünnschichtzellen: amorphe Siliziumzellen (a-Si) und andere Materialien wie z.B. Kupfer-

Indium-Diselenid (CIS), Cadmium-Tellurid (CdTe) oder Gallium-Arsenid (GaAs)

Für die Anwendung in PV-Anlagen vom 1-kWp-Kraftzwerg bis zum Megawatt-Kraftwerk auf Freiflächen kommen heute fast ausschließlich Module aus mono- und polykristallinem Silizium zum Einsatz. Der weltweite Marktanteil (mono- und poly-)kristalliner Siliziumzellen beträgt derzeit ca. 90%. Derzeit ist zu beobachten, dass Freiflächenanlagen aus Kosten- und Verfügbarkeitsgründen mit Dünnschicht-Solarmodulen gebaut werden. Ob sich dadurch in näherer Zukunft ein höherer Marktanteil ergibt, ist offen, denn auch die kristallinen Technologien werden weiterhin stark nachgefragt.

Dünnschichtzellen hatten 2007 weltweit einen Marktanteil von etwa 10,4%. Davon stallten amorphe Siliziumzellen den Hauptanteil mit 5,2%, dicht gefolgt von Cadmium-Tellurid (CdTe) mit 4,7% Marktanteil sowie Dünnschichtmaterialien wie Kupfer-Inium-(Di)Selenid (CIS) mit lediglich 0,5%.

Während der Marktanteil des polykristallinen Siliziums steigt, gibt es in der Gesamtbetrachtung jedoch keine eindeutigen Vorteile im Vergleich von mono- und polykristalliner Technologie: Monokristalline Zellen liegen zwar im Wirkungsgrad in der Regel um 1,5 bis 2 Prozentpunkte über dem von polykristallinen Zellen, Letztere bringen jedoch leichte Kostenvorteile in der Herstellung.

Zusammen mit den amorphen Siliziumzellen bestehen somit weltweit etwa 95% aller gefertigten Solarzellen aus Silizium.

Reihenfolge nach Wirkungsgrad
1. monokristallines Silizium
2. polykristallines Silizium
3. Dünnschichtzellen aus Kupfer-Indium-Diselenid (CIS)
4. Dünnschichtzellen aus Cadmium-Tellurid (CdTe)
5. amorphes Silizium (a-Si) uns amorphes und mikrokristallines Silizium (a-Si/µc-Si)

Zur Steigerung des Wirkungsgrades der Solarmodule mit a-Si werden heute Solarmodule gefertigt, die mehrere aktive Schichten (a-Si/a-Si oder a-Si/µc-Si) übereinander aufweisen.

Monokristallines Silizium
Aus einer Schmelze aus hochreinem Silizium werden sogenannte Einkristalle gezüchtet. Dabei entstehen im Querschnitt runde Siliziumblöcke, die in 0,2 bis 0,3 mm (200 bis 300 µm) dicke Scheiben 8Wafer gesägt werden. Diese silbrig glänzenden Scheiben bilden die Basis der monokristallinen Solarzelle. Durch die runde Form der Zellen ergäbe sich – nebeneinander im Modul angeordnet – nutzloser Zwischenraum. Um also mehr Zellen im Modul integrieren zu können, werden die zunächst runden Zellen mit erheblichem Abfall zu mehr oder weniger quadratischen Flächen beschnitten. Weitere chemische Vorgänge wie das Dotieren der Ober- und Unterseite der Zellen und das Aufbringen der Antireflexschicht sowie der front- und rückseitigen Kontakte schließen den Prozess ab.

Seriengefertigte monokristalline Zellen haben Wirkungsgrade zwischen 13% und 17%. Zwar sind sie in der Herstellung energie- und zeitaufwändiger als polykristalline Zellen, verfügen jedoch über den derzeit höchsten Wirkungsgrad unter allen Zelltypen. Üblich sind 6’’-Zellen (1 entspricht 25,4 mm) mit 152 mm Kantenlänge. Neu am Markt sind 8’’-Zellen (210 mm).

Polykristallines Silizium
Zur Herstellung von polykristallinem Silizium wird am häufigsten das Blockgießverfahren angewandt. Hierbei wird Rohsilizium sehr stark erhitzt und kontrolliert in einer Gussform abgekühlt. Beim Erstarren der Schmelze richten sich die Kristalle nur unregelmäßig aus. Die Oberfläche eines Wafers zeigt deshalb die schillernde Struktur eines Mehrkristalls. Die im Querschnitt quadratischen Siliziumblöcke werden ebenfalls in 0,2 bis 0,3 mm dicke Scheiben gesägt. Die übliche blaue Erscheinung resultiert aus der verwendeten Anti-Reflex-Schicht. Diese lässt sich in Dicke und damit Farbe variieren. Blau hat jedoch die besten optischen Eigenschaften: chemische Vorgänge und das Aufbringen von Kontakten schließen den Herstellungsprozess ab. Seriengefertigte polykristalline Zellen haben Modulwirkungsgrade zwischen 11% und 15%. Üblich sind ebenfalls 6 oder 8’’-Zellen mit 152 bzw. 210 mm Kantenlänge.

Multikristalline Solarzellen aus Silizium
Erscheinungsbild
Für jeden, der Solartechnik sichtbar machen und in seiner Materialqualität zur Wirkung kommen lassen möchte, sind multikristalline Solarzellen empfehlenswert. Durch die verschieden ausgerichteten Kristalle in der Zelle trifft das Licht mal auf die stumpf geschnittenen Kristalle, mal quer zur Kristallstruktur auf die Zelle. Daher sieht man helle und dunkle Kristallstrukturen. Bewegt sich der Betrachter und ändert er seinen Blickwinkel, entsteht ein changierender Eindruck. Multikristalline Solarzellen glänzen und ‘funkeln’ daher in der Sonne. Je näher man der Solarzelle kommt, desto beeindruckender ist die Struktur. Dunkelgraue multikristalline Solarzellen können von einigen Metern Entfernung beinahe ähnlich wie dunkler Granit wirken. Blaue multikristalline Solarzellen strahlen königsblau, goldene funkeln wie Metall in der Sonne.

Zellform und Farbe
Die Solarzellen sind in der Regel quadratisch oder auch häufig rechteckig. Die am weitesten verbreitete Farbe ist königsblau. Je nach Hersteller sind auch anders farbige Solarzellen erhältlich, z.B. graue, grüne goldene oder magentafarbene.

Größe und Wirkungsgrad
Die Größe der multikristallinen Solarzelle beträgt in der Regel 125 x 125 mm oder 156 x 156 mm, kann jedoch je nach Hersteller variieren. Einige Hersteller bieten größere Solarzellen mit bis zu 200 mm Seitenlänge an, bei rechteckigen Zellformaten.

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