Herstellung - von der Fabrik in die Sonne

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Abdeckung
Auf der lichtempfindlichen Seite schützt eine transparente Abdeckung die Solarzellen gegen mechanische Einwirkungen. Als Antireflexionsschicht leitet die Abdeckung dem Modul sogar mehr Licht zu als eine herkömmliche Abdeckung.

Antireflexschicht
Eine transparente Antireflex-Beschichtung dient nicht als „Blendschutz“, sondern kann durch ihre prismenartige Oberflächenstruktur mehr Licht in eine Solarzelle lenken als eine glatte Oberflächenbeschichtung. Solarzellen mit Antireflexschicht nutzen bis zu 30% mehr Licht, was sich proportional in einer größeren Stromausbeute niederschlägt. Dabei ist der Wirkungsgrad der Solarzelle auch von der Farbe der verwendeten Abdeckung abhängig: Wer aus optischen Gründen zum Beispiel grüne Solarzellen einsetzt, muss bis zu 3,5 % Leistungsverlust einrechnen. 

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Bandziehverfahren
Durch Folien, Bänder (String-Ribbon-Verfahren) oder Formen (EFG-Verfahren), die in die Schmelze tauchen, können Siliziumzellen direkt in der gewünschten Stärke von 0,1-0,3 mm gewonnen werden. In der Regel werden dabei polykristalline Solarzellen produziert. Der große Vorteil des Bandziehverfahrens liegt in den deutlich geringeren Material- und Energiekosten.

Blockgießverfahren
Im Blockgießverfahren wird Reinsilizium zu Blöcken gegossen. Beim langsamen Erstarren entstehen in einem Block viele große Kristalle, die mit dem bloßen Auge gut erkennbar sind. Nach dem Erstarren werden die polykristallinen Blöcke zugeschnitten und in dünne Platten zersägt, wobei etwa ein Fünftel des Materials als Sägeabfall verloren geht.

Bypassdioden
Bypassdioden sind in der Regel in der Modulanschlussbox untergebracht. Sie verhindern einen Leistungsabfall bei Verschattung und schützen die Solarzelle vor Beschädigung, indem Sie den Strom an der verschatteten Stellen vorbeiführen. Verdeckt beispielsweise Laub einen Teil des Solarmoduls, ändert sich der Stromfluss, und die verschattete Zelle wird selbst zum Verbraucher. Als Folge reduziert sich die Leistung aller Zellen, die mit dem Verbraucher in Reihe geschaltet sind. An der Schattenstelle wird der Strom in Wärme umgewandelt. Im ungünstigsten Fall so stark, dass ein „Hot Spot“ entsteht und die Solarzelle an dieser Stelle beschädigt wird. 

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CIS  
Kupfer-Indium-Diselenid wird verwendet in Dünnschicht-Solarzellen. Bereits geringe Mengen der Verbindung reichen aus, um eine photovoltaische Wirkung zu erzielen  .

CdTe  
Cadmium-Tellurid wird ebenfalls verwendet in Dünnschicht-Solarzellen. Der Vorteil von CIS und CdTe-Solarzellen ist ihr Zusammenspiel mit flexiblen Trägermaterialien, die nahezu beliebig formbar sind.  

Czochralski-Verfahren (Tiegelziehen)

Monokristallines Silizium wird im Czochralski-Verfahren hergestellt, bei dem ein rotierender Impfkristall in eine flüssige Siliziumschmelze taucht. In einem bis zu drei Tagen dauernden Prozess wächst durch langsames Herausziehen ein monokristalline Säule, der sogenannte Einkristall, der zum Rohling erstarrt. Aus ihm können besonders effektive Solarzellen gewonnen werden. Der Nachteil des Verfahrens liegt in den hohen Energiekosten. Namensgeber ist der polnische Chemiker Jan Czochralski. 

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DIN 61215/EN 61215
deutsche und europäische Norm, siehe IEC 61215

Dotierung
Unter Dotierung versteht man in der Photovoltaik das absichtliche Verunreinigen von Halbleitern mit einer sehr geringen Menge positiv oder negativ geladener Fremdatome, die für einen Elektronenüberschuss oder eine Elektronenlücke innerhalb der Kristallstruktur sorgen. Das Einbringen dieser Atome geschieht bereits während der Zellherstellung oder im Anschluss durch nachträgliche Implantation. Der Elektronenüberschuss (n-Dotierung) bzw. die Elektronenlücke (p-Dotierung) verbessert die Leitfähigkeit. Kristallines Silizum wird üblicherweise mit Phosphoratomen negativ (n-Dotierung) und mit Bor-Atomen positiv dotiert (p-Dotierung).

Dünnschichtzellen
Dünnschichtzellen bestehen aus einem Halbleitermaterial, das wenige Mikrometer dünn und großflächig auf starres oder flexibles Trägermaterial wie Glas oder Folie aufgebracht wird. Teilweise werden schwermetallhaltige Verbindungen wie Cadmium-Tellurid (CdTe) oder Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) verwendet. Auch amorphes (ungeordnetes) Silizium kann genutzt werden, dieses altert aber schneller, was mit vorzeitigem Leistungsverlust verbunden ist. Bei Dünnschichtmodulen werden die elektrischen Verbindungen bereits im Herstellungsprozess integriert. Bei geringerem Lichteinfall arbeiten Dünnschichtzellen besonders effektiv. Hinsichtlich Formflexibilität und Herstellungskosten sind sie kristallinen Solarzellen klar überlegen. Mit dem Fertigungsvorteil ist jedoch eine geringerer Modulwirkungsgrad verbunden (5-9,5%). Für die Erzeugung von 800-1000 kWh Strom pro Jahr werden 11-20 qm Dünnschicht- Solarzellen benötigt.  

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EFG-Verfahren
(EFG = Edge-defined-Film-fed Growth; kantendefiniertes, foliendünnes Ziehen) Beim EFG-Verfahren wird eine Oktaeder-Röhre mit bestimmter Kantenlänge aus der Schmelze gezogen. Wie beim String-Ribbon-Verfahren fällt erst beim Zuschnitt auf die gewünschte Länge Siliziumabfall an.
 
Einkristall
In der Photovoltaik wird ein im Czochralski-Verfahren gezüchteter Siliziumkristall als Einkristall bezeichnet. Dieser kann bis zu 30 cm Durchmesser und über zwei Meter Länge erreichen. Aus dem Siliziumrohling werden mittels Diamantsägen dünne Siliziumplatten (Wafer) geschnitten.

Eisblumenstruktur
Im Blockgießverfahren bilden sich beim langsamen Erkalten viele Einzelkristalle, die sich sich ungleichmäßig anordnen, ähnlich wie Eisblumen im Winter.

EVA/Ethylen-Vinyl-Acetat
In der Solartechnik wird der Kunststoff eingesetzt, um Solarzellen gegen Feuchtigkeit und Korrosion abzudichten. Weil die Solarzellen eingeschweißt werden, spricht man auch von Laminieren. 

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Fassadengestaltung mit Solarzellen  
Dünnschichtzellen sind wegen Ihrer Farb-, Form- und Transparenzgestaltung ideal für Solarfassaden oder besondere architektonische Gestaltungselemente.  

Frontkontakte

Frontkontakte sind üblicherweise in dünnen Gitterlinien aufgebracht, damit möglichst viel Licht auf die Solarzelle trifft und die Verschattung auf ein Minimum reduziert wird. Sie werden im Siebdruckverfahren aufgebracht (0,1-0,2 mm) oder mittels Laser eingeschnitten und mit Kontaktmaterial befüllt. 

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Garantie
Garantieleistungen der Hersteller gliedern sich in Produktgarantie (Funktionsfähigkeit des Moduls) und Leistungsgarantie.

Generator  
Ein Generator erzeugt elektrischen Strom, indem er eine andere Energieform umwandelt. Solarmodule wandeln Lichtenergie in Strom um und werden deshalb auch als Generator oder Solarkraftwerk bezeichnet. 

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Hot-Spot  
Ein Hot-Spot, also ein heißer Punkt, entsteht dort auf einem Solarmodul, wo wegen Verschattung kein Strom mehr fließen kann. Bypassdioden können den blockierten Stromfluss umleiten und eine dauerhafte Schädigung des Solarmoduls verhindern.  

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IEC 61215
Prüfverfahren, in dem das komplette Solarmodul eingehend geprüft wird auf sichtbare Fehler, auf seine Leistungsfähigkeit im Dauertest unter realen Bedingungen, auf Witterungsbeständigkeit und mechanische Belastbarkeit.

IEC 61646

Das Qualitätszeichen IEC 61646 bescheinigt die Langzeitzuverlässigkeit von Dünnschichtmodulen.

Impfkristall
Der Impfkristall dient zur Herstellung eines monokristallinen Silizium-Rohlings. Dazu wird der Impfkristall in einen Quarztiegel mit geschmolzenem Silizium eingetaucht und gibt in diesem Moment dem nachwachsenden Einkristall die Orientierung im Kristallgitter vor. 

Indach-Montage  
Bei der Indach-Montage, auch Dachintegration genannt, werden Solarmodule zu einem Teil des Dachs. Diese Lösung wird unter optischen Gesichtspunkten gerne gewählt. Damit bei dieser Variante eine möglichst optimale Stromausbeute erzielt werden kann, muss ein besonderes Augenmerk auf die ausreichende Hinterlüftung der PV-Module geachtet werden. 

Isolierung  
siehe: Schutzklasse II  

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Kontakte
Solarzellen sind beidseitig mit Kontakten versehen (Frontkontakte und Rückkontakte).

kWh

Kilowattstunde, tausendfaches der Energieeinheit Wattstunde (Wh). Strom- und Heizkosten werden in Kilowattstunden abgerechnet. Ein Zweipersonenhaushalt verbraucht im Jahr durchschnittlich 2000 kWh. 10 qm Solarfläche können etwa 1000 kWh pro Jahr produzieren. 

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Laminieren
siehe Verkapselung

Leistung
Die Leistung eines Solarmoduls hängt proportional ab von der  Sonneneinstrahlung und der Umgebungstemperatur. Je besser die Hinterlüftung der Module, umso geringer der Energieverlust.

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Mikrometer
µm – Maßeinheit für ein Tausendstel Millimeter. Wafer sind etwa 300 µm stark. Zum Vergleich: Menschliches Haar ist im Durchschnitt etwa 60-80 µm dick.

Modul
siehe Solarmodul

Monokristalline Solarzelle   
Monokristalline Solarzellen werden im Czochralski-Verfahren hergestellt. Durch optimale Anordnung der Siliziumatome im Kristallgitter erzielen monokristalline Solarzellen einen sehr hohen Zellwirkungsgrad von 15-18% bzw. 20% bei Hochleistungssolarzellen. Monokristalline Solarzellen sind an ihrer homogenen Oberflächenstruktur und ihrer dunkelgrauen Farbe (bzw. durch die Antireflexionsschicht dunkelblau) erkennbar.

MPP
Maximum Power Point, kennzeichnet die Maximalleistung eines Solarmoduls (ermittelt unter Testbedingungen) 

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N-Dotierung
siehe Dotierung 

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Optimale Stromausbeute 
Ob eine Solaranlagen die optimale Stromausbeute erzielt, hängt von mehreren Faktoren ab: Sind die einzelnen Komponenten aufeinander abgestimmt? Stimmt die Anlagenarchitektur? Werden durch regelmäßige Wartungsintervalle größere Ausfallzeiten vermieden? Wird die Anlagenleistung regelmäßig überwacht?  

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P-Dotierung
siehe Dotierung

Polykristalline Solarzelle
Polykristalline Solarzellen aus dem Guss- oder Bandziehverfahren bestehen aus vielen Einzelkristallen. Die hellen, großen Kristalle ähneln Eisblumen und sind gut mit bloßem Auge zu erkennen. Aufgrund ihres ungeordneten Kristallgitters haben polykristalline Solarzellen nur einen Wirkungsgrad von 13-15%. Sie sind preisgünstiger als monokristalline Zellen und daher weiter verbreitet. Für die Erzeugung von 800-1000 kWh Strom pro Jahr werden 8-11 qm polykristalline Solarzellen benötigt.

Prismenstruktur  
Bei modernen Solarzellen verfügt die Antireflexschicht über eine prismenartige Oberflächenstruktur. Sie sorgt dafür, dass mehr Licht auf die Solarzelle geleitet wird, wodurch mehr Solarstrom produziert wird.  

Prüfzeichen
Qualitative kristalline Solarmodule erkennen Sie an mehreren Prüfzeichen:  IEC 61215 (oder DIN bzw. EN 61215, deutsche und europäische Norm),  Schutzklasse II (sie bescheinigt eine doppelte Schutzisolierung gegen elektrischen Schlag) und TÜV-Zeichen (es bestätigt die Angaben zu Qualität und Sicherheit wie in DIN-Norm und Schutzklasse angegeben).

PV-Anlage/Photovoltaik-Anlage   
Hauptbestandteile einer PV-Anlage sind Solarmodule und Stromspeicher bzw. bei Netzkoppelung ein Wechselrichter, welcher die Einspeisung des erzeugten Gleichstroms ins öffentliche Wechselstromnetz ermöglicht. Damit eine Solarstromanlage in Betrieb genommen werden kann, sind außerdem Kabelverbindungen, Anschlussboxen, Hauptschalter, Sicherungen und diverses Montagematerial nötig. Grundsätzlich können PV-Anlagen für den Eigenbedarf errichtet werden (siehe auch Inselsysteme). Zur Zeit ist es jedoch profitabler, den erzeugten Strom ins öffentliche Stromnetz einzuspeisen. 

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Qualitätszeichen  
Folgende Qualitätszeichen treffen verlässliche Aussagen über hochqualitative Solarmodule: CE, IEC 61646, IEC 61215, TÜV  

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Reinraum
Für die Herstellung von Halbleitern werden Fertigungsverfahren im Nanobereich eingesetzt, die eine möglichst reine, Fremdkörper freie Produktionsumgebung erfordern. Daher kommen im Reinraum, ähnlich wie in einem Operationssaal, spezielle Arbeitskleidung und Werkzeuge zum Einsatz. Eine komplizierte Klimatechnik entfernt Verunreinigungen aus der Luft.

Rückkontakte
Rückkontakte auf Solarzellen sind üblicherweise vollflächig aufgebracht. Aus architektonischen Gründen können auch transparente Rückseiten angefertigt werden. 

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Schutzklasse II
Schutzklasse II bescheinigt eine doppelte Schutzisolierung gegen elektrischen Schlag.

Solarmodul
Solarmodule bestehen aus lichtempfindlichen Solarzellen, die über Kontakte miteinander verbunden sind, üblicherweise in Form einer Reihenschaltung. Spezielle Kunststoffe schützen die Solarzellen vor UV-Strahlung. Der Verkapselung der Solarzellen mit EVA-Folie kommt dabei besondere Bedeutung zu, sie hält Witterung und Feuchtigkeit ab und sorgt für eine lange Lebensdauer. Je nach Solarzellentyp verleihen zusätzliche Trägerstoffe wie Folien oder Glas die notwendige Stabilität. Auf der Lichtseite schließt das Modul mit einer Antireflexionsschicht ab. Für Transport und Montage sind Solarmodule in einen Profilrahmen aus leichtem und Rost freiem Aluminium eingefasst. Mehrere Solarmodule ergeben eine PV-Anlage.

Solarzellentyp
Am Markt ist eine Vielzahl von Solarzellen erhältlich. Sie unterscheiden sich im Aufbau, im Wirkungsgrad und in der Optik. Einsatzmöglichkeiten ergeben sich aus den speziellen Leistungsmerkmalen des jeweiligen Zelltyps. Für kleinere wie größere Solaranlagen werden vorwiegend Module mit monokristallinen oder polykristallinen Solarzellen verwendet. Optisch gibt es ein breites Spektrum an Solarzellen. Kristalline Solarzellen unterscheiden sich in ihrer Oberflächenstruktur, Form, Farbe und Größe: Die Zellform kann quadratisch, rechteckig oder kreisrund sein oder abgeschrägte Ecken aufweisen. Im Rohzustand sind Solarzellen grausilbern. Die meist blaue Farbe resultiert aus der Antireflexbeschichtung. Die aktuelle Standardgröße einer kristallinen Solarzelle beträgt 15x15 cm (Stand 2009). Für Solarfassaden oder architektonische Gestaltungselemente sind Dünnschichtzellen aus amorphem Silizium gut geeignet, da sie bei diffusem Licht effektiver arbeiten. Zudem sind sie in unterschiedlicher Transparenz erhältlich.

Sonderformate
Grundsätzlich können Solarzellen auch besonderen gestalterischen oder funktionalen Anforderungen entsprechen. Anstelle von rechteckigen Modulformen können auch Rundformen oder transparente Zellen produziert werden. Eine besondere Isolierung oder Schallschutz sind mit Solarmodulen kombinierbar.

Standardmodul
Die hochqualitative Serienfertigung macht Standardmodule für den Verbraucher besonders attraktiv, weil damit ein ausgewogenes Preis-Leistungsverhältnis verbunden ist. Für Dachaufbauten haben sich standardisierte Modulgrößen etabliert, die Montage- und Anschlusskosten minimieren und eine effiziente Anlagenplanung unterstützen.

STC
STC, Standard Test Conditions = Standard-Testbedingungen
Bei diesem Verfahren werden zwei Fasern vertikal durch die Schmelze gezogen. Beim Herausziehen bildet sich – wie bei Seifenblasen – eine dünne Haut zwischen den Fasern, die im Anschluss auf Länge gesägt wird. Es fällt nur wenig Beschnittabfall an, der Materialverlust ist gering. 

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Testbedingungen
Damit Solarmodule untereinander vergleichbar sind, werden sie standardisierten Testbedingungen unterzogen (STC, Standard Test Condition). Mittels einer definierten Lichtmenge und eines festgelegten Lichtspektrums wird bei einer bestimmten Temperatur die maximale Leistung ermittelt (Watt peak).

Tiegelziehverfahren
siehe Czochralski-Verfahren

TÜV-Zeichen
siehe Prüfzeichen 

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Verkapselung
Als Verkapselung wird das luft- und feuchtigkeitsdichte Ummanteln (Laminieren) einer Solarzelle mit einem Kunststoff bezeichnet. Für Standardmodulgrößen hat sich die Verwendung von Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA) durchgesetzt. 

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Wafer
Wafer sind aus dem Rohling geschnittene, etwa 0,3 mm dünne  Siliziumscheiben, die anschließend im Reinraum weiterverarbeitet werden. Zur Zeit beträgt die Standardgröße für Wafer 15x15 cm (Stand 2009).

Watt peak
Wp, Einheit für die Maximalleistung eines Solarmoduls

Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad (η, angegeben in %) beschreibt, wieviel Sonnenenergie eine Solarzelle oder ein Modul nutzen kann. Von der Gesamtmenge des einfallenden Sonnenlichts wird nur ein Bruchteil von rund 15% in elektrische Energie umgewandelt. Etwa 55% Prozent bestehen aus Kurz- und Langwellen, die von der Solarzelle gar nicht genutzt werden können. Gut 30% gehen systembedingt im Modul verloren. Bei Herstellerangaben zum Wirkungsgrad muss unterschieden werden zwischen dem Wirkungsgrad einer einzelnen Solarzelle und dem des gesamten Moduls. Grundsätzlich ist der Wirkungsgrad der Solarzelle immer höher als der des gesamten Solarmoduls. Beim Vergleich von Modulen ist daher der Modulwirkungsgrad heranzuziehen.  

Wp
siehe Watt peak 

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Solar lohnt sich

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