Wie Groß Ist Ein Solarmodul
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Modulgrößen: Wohin führt der Trend zu XXL-Wafern?
Was im Internet noch oft noch als Standard ausgegeben wird, ist leider bald Geschichte. Solarzellen in unterschiedlichen Größen lösen die bewährten half dozen-Zoll-Zellen mehr und mehr ab. Doch warum ist das then? Wir zeigen die Entwicklung auf und nennen die Vor- und Nachteile. Außerdem widmen wir uns der Leistung der unterschiedlichen Zelltypen und dem Einfluss des Wirkungsgrads. Mit der Anleitung zur Berechnung des Flächenbedarfs ist die Wahl der richtigen Modulgröße kinderleicht.
Größe der gängigen Photovoltaikmodule
Wenn es um die Planung der Module für eine Dachfläche geht, müssen natürlich die Maße bekannt sein. Fürs erste sollten gerundete Werte ausreichen. Die genauen Abmessungen sind den Datenblättern der Hersteller zu entnehmen. Sie werden immer in Millimeter aufgeführt.
half dozen-Zoll-Zellen als einstiger Standard
Bis vor einigen Jahren war die Planung der Dachbelegung ganz einfach: Monokristalline Solarzellen hatten eine Kantenlänge von vi Zoll bzw. 156 mm oder 156,75 mm (6-Zoll-Zellen oder 6"-Zellen). Daneben existierte noch eine eher unbedeutende Sondergröße von v Zoll. Je nach Anzahl der Wafer und ihrer Anordnung erhielt human being ausschließlich folgende Modulgrößen:
| Anzahl | Anordnung | Modulgröße [mm] | Modulgröße [m²] |
|---|---|---|---|
| 36 Zellen | 9 x 4 | 1480 x 690 | ane,00 |
| 48 Zellen | 8 x half-dozen | 1320 x yard | 1,32 |
| 54 Zellen | 9 x 6 | 1480 ten 1000 | 1,48 |
| 60 Zellen | x x 6 | 1640 x m | one,64 |
| 72 Zellen | 12 x six | 2000 x 1000 | 2,00 |
Hinweis: Die etwas größeren Modulflächenmaße ergeben sich durch Hinzurechnen der Zellenabstände und der Ränder zum Rahmen. Es handelt sich um gerundete Werte. Wafer heißen dice dünnen Scheiben, in die man die produzierten Siliziumblöcke (Ingots, auch: Bricks) zersägt. Sie sind meist 180 μm „dick".
Im Nu ist damit ausgerechnet, welche und wie viele PV-Module auf das vorhandene Dach passen. Aber vielleicht noch entscheidender: Neben den Größen sind auch die Abstände der Befestigungslöcher einheitlich. Dies erleichtert dice Planung und Installation der Photovoltaikmodule enorm.
Ende der 2010er-Jahre entdeckte man dice Adventure, die sich aus der Produktion größerer Zellen ergibt. Und tatsächlich: Die 6-Zöller verschwinden nun mehr und mehr vom Markt.
Entwicklung zu immer größeren Siliziumwafern
Seit Jahren setzen sich größere Solarzellen als die oben beschriebenen half dozen-Zoll-Zellen („M0" und „M2") durch. Neben M3-Zellen (Kantenlänge 158,75 mm) und M6-Zellen (166 mm) sind inzwischen auch M10-Zellen (182 mm) und wahrscheinlich bald sogar M12-Zellen (210 mm) üblich. (Stand up: Juli 2022)
Warum das so ist: Um die Wirkungsgrade von Solarmodulen zu erhöhen, gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder müssen optimierte Zellkonzepte die bisherige Standardsolarzelle PERC ablösen – oder dice Wafergröße der Passivated Emitter Rear Cell muss erhöht werden. Da Letzteres einfacher – und vor allem billiger – ist, wird die Produktion von XXL-Wafern vor allem im China vorangetrieben.
Die Prognosen besagen, dass sich die Produktion von Siliziumwafern zugunsten der größeren Solarzellen entwickeln wird. Dies ist sicher wirtschaftlicher, lid aber durchaus auch negative Seiten. Dice Einzelheiten sind im Abschnitt zur Leistung aufgeführt.
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Leistung der gängigen Zelltypen
Blickt man allein auf die Kosten, ist die Produktion größerer Siliziumwafer sicherlich vorteilhaft, zieht homo auch die Leistung der PV-Module in Betracht, ergibt sich folgendes Bild:
| Zelltyp | Abmessung [mm] | Zellleistung bei Wirkungsgrad xx% [W] | Modulleistung bei 60 Zellen [West] | Modulgröße bei 60 Zellen [m²] | Modulleistung pro one thousand² [Wh] |
|---|---|---|---|---|---|
| M2 | 156,75×156,75 | 4,91 | 295 | one,64 | 180 |
| M3 | 158,75×158,75 | 5,04 | 302 | 1,66 | 182 |
| M6 | 166×166 | 5,51 | 331 | i,83 | 181 |
| M10 | 182×182 | six,62 | 397 | 2,19 | 181 |
| M12 | 210×210 | viii,88 | 529 | 2,82 | 188 |
Aufgeführt ist die Leistung für dice gängigsten monokristallinen sixty-Zellen-Module. Bei kleineren Modulen mit 36, 48 und 54 Zellen liegt sie pro Quadratmeter etwas darunter.
Der Vergleich der unterschiedlichen Wafergrößen zeigt: Die Modulleistung pro k² ist annähernd gleich. Dies ist jedoch eine Momentaufnahme in einem kontinuierlichen Prozess. Galten für 6×10-Module der ersten Generation (M0) 250 Wattpeak (entsprechend 147 Wp pro m²) als Standard, so sind es heute bereits 350-400 Wp (bei M6, entsprechend 191-218 Wp pro m²)*. Zu erwarten ist eine weitere Effizienzsteigerung. Ob dies bei den großen Zellen eher gelingt, wird sich in den kommenden Jahren zeigen.
*Dice Unterschiede zur Tabelle sind schnell erklärt: Die dortigen Werte betreffen dice tatsächlich erzeugte Leistung (Wattstunde). Die in den Herstellerangaben angegebene Maximalleistung oder Nennleistung (Wattpeak) ist stets ca. 10 Prozent höher.
Vor- und Nachteile großer Siliziumwafer
40- und XXL-Solarzellen punkten mit folgenden Features:
- Der Materialeinsatz für die Modulrahmen ist geringer. Dies schont dice Aluminiumressourcen.
- Die kostengünstigere Produktion senkt die Kosten pro Kilowatt-Height.
Dem gegenüber steht allerdings eine Reihe von Nachteilen:
- Das Gewicht der Monumentalmodule ist oft zu hoch. Nicht nur, dass es schwieriger ist, sie aufs Dach zu hieven, sie belasten die Dachkonstruktion auch stärker. Natürlich bleibt dice Final pro Quadratmeter gleich – die großen Formate sind meist ebenfalls 35 mm hoch – die Final pro Befestigungspunkt steigt jedoch.
- Die Montage wird komplizierter. Größere Modulflächen erfordern möglicherweise eine ganz andere Unterkonstruktion. Das heißt, selbst bei Modulen mit gleicher Rahmenstärke muss die Installation anders geplant und ausgeführt werden. Mit diesem Aspekt werden sich die Solarfachbetriebe in Zukunft auseinandersetzen müssen. Einen Ausweg können flexible Montagesysteme bieten.
- Alle Modulteile müssen in neuen Formaten produziert werden. Das betrifft neben den Aluminiumrahmen auch das Laminatbett, die Glasabdeckung, Folien und Einbettungen. Das schafft nicht jede Fertigungsanlage. Positiv ist allerdings: Wenige große Module benötigen weniger Rahmenmaterial als viele kleine.
- In Federal republic of germany sind für Dachanlagen nur PV-Module bis maximal 2 grand² erlaubt. Die bauaufsichtliche Zulassung wird bei Dächern bis 75 Grad Neigung nur erteilt, wenn die zu verbauenden Module unter diesem Grenzwert bleiben. Dice angebotenen Großmodule dürfen also nur auf Freiflächen installiert werden.
- Die Kabelverluste sind bei größeren Modulen höher. Die Kabel sind schlicht und einfach länger – und pro ten Meter Kabellänge ist mit einem Verlust von ca. 0,25 Prozent der Anlagenleistung zu rechnen.
- Der Wechselrichter muss mit den stärkeren Modulen kompatibel sein. Größere Zellen bedeuten höhere Strombewegungen, weniger Zellen eine geringere Spannung pro Modul. Das muss der Wechselrichter steuern und verarbeiten. Ein Problem ist das nicht, kostet nur etwas mehr.
Hinweis: Immerhin scheinen die Hersteller bemüht zu sein, die Größe ihrer Module einem 2017 entwickelten Branchenstandard anzupassen. Dieser betrifft die Rahmengrößen und damit auch die Größe und die Position der Montagebohrungen.
HinweisViele sehen dice allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ) des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) in diesem Punkt als überholt an. Die Gegner argumentieren mit der Willkürlichkeit bei der Festlegung des Werts, schließlich gelte die Grenze bei Paneelen für Solarthermie-Anlagen nicht. Auch würden größere Module weder den Brandschutz noch den Arbeitsschutz unterlaufen und es wäre unproblematisch, geeignete Lösungen für den Ship und dice Installation zu finden.
Wirkungsgrad geht vor Watt-Peak
Natürlich bringt eine große Zelle mehr als eine kleine. Pro Quadratmeter bleibt jedoch alles gleich. Lassen wir uns also nicht von immer größeren Wp-Zahlen täuschen. Wächst zugleich die Modulgröße, passt trotzdem nicht mehr aufs Dach.
Entscheidend ist allein der Wirkungsgrad! Nur wenn der Technologiefortschritt zu einem wachsenden Wirkungsgrad führt, wächst auch die Effektivität der PV-Anlage. Im Tabellen-Beispiel M6-Zelle hieße das: Bei einem Wirkungsgrad von 23% kämen eine Leistung von 6,34 W pro Zelle, von 380 Due west pro threescore-Zellen-Modul und von 208 Wh pro Quadratmeter zustande.
Eine Effizientsteigung kann auch mit einem Zerteilen der Wafer erzielt werden – bekannt als Halbschnitt und Drittelschnitt.
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Halbzellen und Drittelzellen
Für die Half-Cutting-Module oder HC-Module werden dice Siliziumwafer nach der Produktion in zwei Hälften geschnitten und dann in doppelt then vielen Reihen angeordnet. And then werden beispielweise aus 60 Vollzellen 120 Halbzellen – mit sechs statt drei verschalteten Strings (Parallelschaltung).
Doch warum dieser Aufwand? Antwort: Weil bei Nutzung der Halbzellentechnologie durchschnittlich 2-3% mehr Modulleistung erzielt werden kann (Quelle: Fraunhofer ISE). Dies hat mehrere Gründe:
- Halbierte Solarzellen haben eine Stromstärke von 50 Prozent. Der Leistungsverlust berechnet sich aus dem Leitungswiderstand und der Stromstärke zum Quadrat, womit sich dice Leistungsverluste bei einem Halbzellenmodul um den Faktor vier verringern. Dies wiederum erhöht den Wirkungsgrad des PV-Moduls.
- Die Halbierung der Stromstärke im Modul-Inneren verbessert das Temperaturverhalten. Der niedrigere Temperaturkoeffizient belegt, dass sich die solaren Zellen bei starker Sonneneinstrahlung weniger stark aufheizen. Mit der Folge, dass Halbzellenmodule bei hohen Temperaturen bessere Leistungen erbringen können.
- Zwischen den Solarzellen befinden sich Freilaufdioden, die Überspannungsspitzen verhindern (daher auch Überspannungsschutzdioden genannt). Dies kann sich bei Teilverschattung positiv auswirken. Während eine verschattete quadratische Zelle ihren Dienst versagt, bleibt bei einer halbierten Zelle dice Leistungsfähigkeit zu l % erhalten.
Bei den half-dozen-Zoll-Zellen M0 und M2 wurde der Halbschnitt noch nicht durchgeführt, bei M3-Zellen eher selten. M6-Module (166 mm) und M10-Module (182 mm) werden standardmäßig mit Halfcut-Zellen ausgerüstet. Für Dachanlagen enthalten die mit rund 1900 mm ten 1040 mm (1,976 grand²) größten erlaubten M6-Module 6×22, also 132 HC-Zellen. Bei M10-Modulen beträgt das Maximalmaß 6×18 = 108 Halbzellen. Sie ergeben eine Modulgröße von rund 1725 mm x 1135 mm (i,958 thou²). Beide Modelle kommen bei einer 400-Watt-Spitzenleistung (Wp) auf einen Wirkungsgrad von etwas über 20 Prozent.
Die Größenumstellung auf 210 mm erfordert eine neue Zellmatrix. Damit die Module nicht sehr viel breiter werden, stattet man M12-PV-Module 5-reihig (statt 6-reihig) aus. Und: In logischer Konsequenz aus der Effizienzsteigerung durch Zellenschnitt hat man dafür die Drittelzelle entwickelt. Beim Maximalmaß von 5×24 Drittelzellen ist das 400 Wp M12-Modul etwas länger und schmaler als das größtmögliche M10-Modul: ca. 1755 mm x 1100 mm (1,931 yard²).
Ein kurzer Blick in die Forschung: Die vom Fraunhofer ISE entwickelten bifazialen Schindelsolarzellen mit Matrix-Verschaltung gehören ebenfalls zu den effizientesten. Gegenüber herkömmlichen Halbzellen-PV-Modulen wurde eine Steigerung der Moduleffizienz um bis zu vi % ausgemacht. (Quelle: Jahresbericht 2020/21, Southward. 44)
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Flächenbedarf für ane Kilowatt-Peak
Photovoltaikmodule werden in der Regel vertikal montiert. Erfordert es die Dachfläche, ist eine Horizontalmontage genauso möglich. Die Stromerträge unterscheiden sich nicht. Wie viele Module zur Deckung des Eigenverbrauchs erforderlich sind, wird durch zahlreiche Faktoren bestimmt. Doch wie viele Module werden für die Produktion von 1.000 Kilowattstunden Strom benötigt? Je nach Standort und Sonneneinstrahlung erzeugt jedes kWp der PV-Anlage zwischen 900 und ane.100 kWh Photovoltaik-Ertrag. Rechnen wir der Einfachheit halber mit einem mittleren Wert von one.000 kWh, kommen wir zu folgendem Ergebnis: Bei 400-Wp-Modulen, die two m² belegen, wären ii,5 Stück, bei 350-Wp-Modulen (1,vii m²) 3 Stück auf das Dach zu montieren. In beiden Fällen wäre also der Flächenbedarf für ane kWp PV-Anlage rund 5 Quadratmeter.
Oder andersherum: Pro Quadratmeter Modulfläche können jährlich etwa 200 kWh Strom erzeugt werden. Und auch hier ist allein der Wirkungsgrad die Stellschraube. Deshalb golden folgende Faustregel:
Je höher der Wirkungsgrad, desto weniger Dachfläche ist für ein kWp nötig.
Hinweis: Der Flächenbedarf von 5 chiliad²/kWp gilt nur für die neuesten monokristallinen Siliziumwafer mit einem Wirkungsgrad von 23%. Ältere Module oder solche aus polykristallinem Fabric weisen teils deutlich schlechtere Werte auf. Hier muss mit einem Flächenbedarf von bis zu 10 m² für i kWp kalkuliert werden.
Fazit
Auf die Modulgröße kommt es vor allem an, wenn es um deren Montage geht. Die Leistung bleibt pro Quadratmeter gleich. Viele kleine Module belasten das Upkeep allerdings mehr als wenige große. Der Preis eines PV-Moduls wird auch durch dessen Wirkungsgrad bestimmt. Denn: Je höher dieser liegt, desto mehr Solarstrom-Ertrag kann eine Dachanlage einfahren. In Zukunft am besten Finger weg, wenn die Effizienz unter 20% liegt, besser ist eine Annäherung an 22%.
Halbzellenmodule bieten mehr Leistung auf gleicher Modulfläche – und sind dabei sogar etwas günstiger. Kein Wunder, dass dice damit ausgestatteten M6-Module 2021 die meistverbauten waren. Vorsicht ist geboten bei übergroßen Solarmodulen. In Deutschland sind auf Dächern nur solche mit maximal 2 yard² Fläche erlaubt. Für die Installation auf Freiflächen gilt diese Obergrenze dagegen nicht.
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Source: https://www.solaranlage-ratgeber.de/photovoltaik/photovoltaik-planung/photovoltaik-modul-groesse-und-leistung
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