Warum Half-Cell für TOPCon Solarmodul?

Entdecken Sie die Vorteile der Half-Cell-Technologie für TOPCon-Solarmodule, einschließlich reduzierter Leistungsverluste, besserer Toleranz gegenüber Beschattung und verbesserter Effizienz.

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    Photovoltaikzellen

    Photovoltaikzellen sind das Herzstück von Solarmodulen. Es gibt zwei gängige Arten von Photovoltaikzellen in der Produktion: Vollzellen und Half-Cells.
    ① Vollzelle
    Eine Vollzelle ist eine Photovoltaikzelle, die aus einem einzigen monokristallinen Silizium-Wafer gefertigt wird. Dank des vergleichsweise einfachen Herstellungsprozesses lassen sich die Produktionskosten reduzieren.
    ② Half-Cell
    Eine Half-Cell ist eine Photovoltaikzelle, die durch das Halbieren eines monokristallinen Silizium-Wafers entsteht. Die beiden Hälften werden anschließend miteinander verbunden, um die vollständige Zelle zu formen.

    Half-Cell-Technologie

    Die Half-Cell-Technologie basiert darauf, Standard-Photovoltaikzellen in der Mitte zu teilen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Modulen mit 60 oder 72 Zellen enthalten diese Module 120 oder 144 Half-Cells, behalten jedoch die gleiche Bauweise und Abmessungen bei.

    Für das Halbieren der Zellen kommt üblicherweise ein Laserschneidverfahren zum Einsatz, das entlang einer Richtung senkrecht zu den Hauptgitterlinien der Zelle erfolgt. Anschließend werden die beiden Hälften in Serie miteinander verschweißt.

    Half-Cell-Module sind, ähnlich wie herkömmliche Module, mit gehärtetem Glas, EVA und einer Rückseitenfolie verkapselt. Üblicherweise bestehen klassische Solarmodule aus 60 in Serie geschalteten Zellen, wobei jede Zelle eine Spannung von 0,5–0,6 V erzeugt. Durch die Reihenschaltung steigt die Spannung, sodass ein 60-Zellen-Modul eine Betriebsspannung von 30–35 V erreicht. Werden Half-Cells in gleicher Weise verschaltet, erzeugen sie die doppelte Spannung, jedoch nur die Hälfte des Stroms, während der Widerstand unverändert bleibt.

    Um eine konstante Ausgangsspannung und -stromstärke wie bei herkömmlichen Modulen zu gewährleisten, setzen Half-Cell-Module typischerweise auf ein Serien-Parallelschaltungs-Design. Dadurch entstehen effektiv zwei kleinere, parallel geschaltete Module, was die elektrische Leistung optimiert.

    Wie in der Abbildung oben dargestellt, entspricht die Leerlaufspannung einer Half-Cell der einer Vollzelle. Wird die Anzahl der Half-Cells verdoppelt, enthält jeder Modulabschnitt die gleiche Anzahl an Zellen wie ein Vollzellen-Modul. Nach der Parallelschaltung beider Modulhälften bleibt die Spannung identisch zur Spannung jeder einzelnen Hälfte, wodurch die Gesamt-Ausgangsspannung im Vergleich zum Vollzellen-Modul unverändert bleibt.

    Da Half-Cells nur halb so groß sind wie herkömmliche Zellen, trägt jede von ihnen lediglich die Hälfte des Stroms einer Vollzelle. Durch die parallele Verschaltung der beiden Modulhälften wird der Ausgangsstrom jedoch auf das gleiche Niveau wie bei einem Vollzellen-Modul angehoben.

    Der Widerstand einer Half-Cell beträgt nur die Hälfte des Widerstands einer Vollzelle. Daher weist jeder parallel geschaltete Abschnitt des Moduls lediglich die halbe Widerstandskraft eines Vollzellen-Moduls auf. Durch die Parallelschaltung beider Hälften mit jeweils halbem Widerstand reduziert sich der gesamte Schleifenwiderstand auf ein Viertel des Widerstands eines Vollzellen-Moduls.

    3. Vorteile des Half-Cell-Designs

    i) Geringere Verpackungsverluste

    a. Reduzierter interner Widerstand und niedrigere Leistungsverluste
    Durch die Halbierung des Stroms und die Reduktion des Widerstands auf ein Viertel sinken die internen Leistungsverluste in Half-Cell-Modulen um das Vierfache. Dies führt zu einer höheren Ausgangsleistung und einer verbesserten Energieerzeugung.

    b. Niedrigere Betriebstemperatur
    Weniger interne Verluste bedeuten auch eine geringere Erwärmung des Moduls und des Anschlusskastens. Unter realen Bedingungen liegt die Temperatur von Half-Cell-Modulen etwa 1,6°C niedriger als die von Vollzellen-Modulen, was die photovoltaische Umwandlungseffizienz verbessert.

    c. Geringerer Stromverbrauch
    Selbst wenn die beiden Modulhälften nicht parallel verschaltet sind und alle Half-Cells wie in einem Standardmodul betrieben werden, bleibt der Widerstand gleich, während der Strom halbiert wird. Dadurch sinkt der Stromverbrauch auf ein Viertel.

    ii) Bessere Leistung bei Beschattung und geringeres Hotspot-Risiko

    a. Verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Verschattungseffekte
    Half-Cell-Module reagieren weniger empfindlich auf Teilverschattungen als herkömmliche Solarmodule.

    b. Optimierte Zellverschaltung zur Minimierung von Leistungseinbußen
    Während Standardmodule drei Zellstränge aufweisen, verfügen Half-Cell-Module über sechs Zellstränge. Dadurch funktioniert das Modul im Wesentlichen wie ein Sechs-Strang-Panel. Falls ein kleiner Bereich durch Blätter, Vogelkot oder andere Hindernisse verschattet wird, fällt nur ein Strang aus. Dank der in das Modul integrierten Bypass-Dioden bleiben die übrigen Zellstränge unbeeinträchtigt, wodurch die Auswirkungen der Beschattung erheblich reduziert werden.

    c. Bessere Toleranz gegenüber Beschattung durch unabhängige Zellstränge

    Die sechs unabhängigen Zellstränge in Half-Cell-Modulen sind mit drei Bypass-Dioden ausgestattet, die eine verbesserte lokale Toleranz gegenüber Beschattung bieten. Selbst wenn ein Teil des Moduls verschattet wird, kann die nicht betroffene Hälfte weiterhin effizient betrieben werden, ohne dass es zu großen Leistungseinbußen kommt.

    iii) Geringere Hotspot-Temperatur durch reduzierten Strom

    a. Gleichmäßige Verteilung des Stroms
    Half-Cell-Module verteilen den internen Strom gleichmäßiger im System, was zu einer besseren Leistung, längeren Lebensdauer und höherer Toleranz gegenüber Beschattung führt.

    b. Reduzierte Hotspot-Temperatur
    Wenn eine Zelle in einem Strang beschattet wird, kann sich an dieser Stelle ein Hotspot bilden, der die Temperatur im Modul stark ansteigen lässt. Diese lang anhaltend hohe Temperatur kann das Modul beschädigen. Da Half-Cell-Module doppelt so viele Stränge wie herkömmliche Module enthalten, wird die Wärme des Hotspots auf mehr Stränge verteilt. Dadurch sinkt die Temperatur des Hotspots um die Hälfte, was das Risiko von Schäden verringert und die Lebensdauer des Moduls verlängert.

    iv) Geringere Toleranz bei Beschattung verringert den Leistungsverlust
    a. In einem Photovoltaik-Array sind mehrere Module typischerweise in Serie geschaltet, und diese Serienschaltungen sind dann parallel verbunden. Der Strom fließt nacheinander durch jedes Modul in der Serienschaltung.

    b. Bei herkömmlichen Moduldesigns, wenn ein Modul aufgrund von Beschattung Leistungsverluste erleidet, wirkt sich dies auf alle Module in dieser Serienschaltung aus. Bei dem Half-Cell-Moduldesign (wie in der obigen Abbildung gezeigt) jedoch begrenzen die Bypass-Dioden den Leistungsverlust nur auf den beschatteten Teil des Moduls, anstatt das gesamte Modul zu betreffen. Diese Dioden schaffen einen alternativen Pfad für den Strom, um durch die unbeschatteten Teile des Moduls zu fließen, wodurch der Strom daran gehindert wird, durch die beschatteten Abschnitte zu fließen. Dies reduziert die Auswirkungen der Beschattung und verbessert die Gesamtleistung des Moduls.

    Über Maysun Solar

    Seit 2008 steht Maysun Solar an der Spitze der Herstellung hochwertiger Photovoltaikmodule. Mit einem breiten Angebot an Technologien wie IBC, HJT und TOPCon sowie innovativen Balkonsolaranlagen unterstützen wir die globale Energiewende. Kontaktieren Sie uns für aktuelle Angebote – wir begleiten Sie auf dem Weg zu einer sauberen, nachhaltigen Zukunft.

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