Die Evolution der Photovoltaik: Von PERC zu TOPCon und darüber hinaus
Die Forschung im Bereich der Photovoltaik ist äußerst intensiv, und es wird kontinuierlich an der Verbesserung der Effizienz der Module gearbeitet. Bis zum Jahr 2021 dominierte die PERC-Technologie den deutschen Markt. Dies war auf die innovative Eigenschaft der Rückseitenpassivierung von PERC zurückzuführen. Dabei handelt es sich um eine Technologie in Solarzellen, die dabei hilft, mehr Sonnenlicht in Elektrizität umzuwandeln. Wenn Licht auf eine Solarzelle trifft, entstehen Elektronen, die für die Stromerzeugung wichtig sind. Manchmal treffen diese Elektronen jedoch auf Löcher und verschwinden, anstatt Energie zu erzeugen. Die Technologie reflektiert oder lenkt diese Photonen zurück, damit sie besser genutzt werden können. Die Rückseitenpassivierung reduziert dieses Problem, indem sie die Rückseite der Solarzelle behandelt. Dadurch kann das einfallende Sonnenlicht, das die Zelle erreicht und durchdringt, ohne in Strom umgewandelt zu werden, zurück in die Zelle reflektiert werden, um daraus Strom zu erzeugen.
Im Jahr 2023 rückte die TOPCon-Technologie in den Fokus, die im Vergleich zu PERC einen höheren Wirkungsgrad, eine bessere Robustheit bei höheren Temperaturen und ein verbessertes Schwachlichtverhalten aufwies. Die TOPCon-Technologie entwickelte sich schnell zum Marktführer in Deutschland.
Dennoch steht bereits eine weitere Technologie in den Startlöchern – die Heterojunction (HJT)-Zellen. Dank ihres besonderen Aufbaus zeichnen sie sich durch einen noch höheren Wirkungsgrad, verbesserte Schwachlichtleistung und eine erhöhte Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen aus. Ende 2023 kommt es raus.
Wie funktioniert HJT-Technologie?
Die Heterojunction (HJT)-Technologie repräsentiert eine fortschrittliche Form der Photovoltaik, die in Solarzellen zum Einsatz kommt. Im Unterschied zur weit verbreiteten TOPCon-Technologie, die nur ein Material für ihre Solarzellen verwendet, nutzt die HJT-Technologie zwei unterschiedliche Materialien mit verschiedenen Fähigkeiten zur Umwandlung von Sonnenlicht in Strom. Die Grundidee besteht darin, Materialien mit unterschiedlichen elektronischen Eigenschaften zu kombinieren, um die Effizienz der Solarenergieumwandlung zu verbessern.
Ein HJT-Modul setzt sich aus einem monokristallinen Siliziumwafer zusammen, der üblicherweise bei Dickschicht-Modulen für die höchsten Stromerträge bei direktem Sonnenlicht verwendet wird. Zusätzlich kommen amorphe Siliziumschichten zum Einsatz, die für Dünnschicht-Module typisch sind und bei indirektem oder diffusem Licht gute Erträge ermöglichen. Durch die geschickte Kombination verschiedener Materialien können HJT-Zellen das Beste aus unterschiedlichen Eigenschaften herausholen. Dadurch tragen die Module sowohl an bewölkten Tagen, in schwachem morgendlichem und abendlichem Sonnenlicht als auch an sonnigen Tagen zu einer effizienteren Produktion von Solarenergie bei.
Zusätzlich sind die Module bifazial aufgebaut. Bifaziale Module sind eine Art von Solarzellenmodulen, die Licht sowohl von der Vorderseite als auch von der Rückseite durch die Sonnenreflektion vom Untergrund aufnehmen können. Dies erhöht ihre Gesamteffizienz zusätzlich. Die Kosten für die HJT-Solarzellen sind etwas höher, aber dafür erhält man eine höhere Modulleistung und Leistungsgarantie. Die Heterojunction-Technologie ist ein wichtiger Schritt, um Solarzellen besser zu machen und die Kosten für Sonnenenergie weiter zu senken.
Warum sind Module mit HJT-Technologie aktuell die besten Module auf dem Markt?
Dank ihrem kombinierten Aufbau weisen die Heterojunction-Module mehrere Vorteile auf:
Niedrige Degradation
Degradation bzw. Leistungsabnahme bezieht sich auf den Leistungsverlust der Photovoltaik-Module im Laufe der Zeit. Solarzellen sind im Allgemeinen langlebig, aber verschiedene Umwelt- und Betriebsbedingungen können im Laufe der Zeit zu einer Reduzierung ihrer Leistungsfähigkeit führen. Diese Reduzierung wird als Degradation bezeichnet. Je nach Degradation können Hersteller ihre Leistungsgarantie abgeben. Dank einem niedrigen Degradationswert von 0,25% pro Jahr erhalten die HJT-Module eine Leistungsgarantie von 30 Jahren. Im Vergleich dazu hat die momentan am meisten verbreitete TOPCon-Technologie eine jährliche Leistungsabnahme von 0,4%. Es ist sogar üblich anzunehmen, dass herkömmliche Module jedes Jahr um 0,5 % an Leistung verlieren. Das würde bedeuten: Nach fünfzehn Jahren haben herkömmliche Module noch 92% ihrer Leistungsfähigkeit, während HJT-Module 95% ihrer Leistung beibehalten.
Hoher Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad zeigt, wie gut Solarzellen in einem Modul Sonnenlicht in Strom umwandeln können. Er wird in Prozent ausgedrückt und repräsentiert das Verhältnis zwischen der erzeugten elektrischen Leistung und der eingestrahlten Sonnenleistung. Während Dickschicht-Module im Durchschnitt einen Wirkungsgrad von 20% – 21% und Dünnschichtmodule von 11% – 13% erreichen, liegt dieser Wert bei HJT zwischen 21%-22,5%.
Besseres Schwachlichtverhalten
Das Schwachlichtverhalten von Photovoltaik-Modulen bezieht sich darauf, wie gut diese Module Energie aus schwachem Licht gewinnen und umwandeln können, zum Beispiel an bewölkten Tagen oder während der Dämmerung. Ein Modul mit gutem Schwachlichtverhalten kann auch bei geringer Sonneneinstrahlung eine signifikante Menge an elektrischer Energie erzeugen. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig in Regionen mit häufig bewölktem Wetter oder in den frühen Morgen- und späten Abendstunden, wenn die Sonnenintensität niedriger ist. Sie trägt dazu bei, die Gesamteffizienz eines Photovoltaik-Systems zu verbessern und die Energieernte unter unterschiedlichen Lichtbedingungen zu optimieren. Dank der Verwendung von dünnen amorphen Siliziumschichten, die auch bei Dünnschichtmodulen verwendet werden, und der Oberflächenbeschaffenheit sind HJT-Module für ihre gute Leistung bei schwachem Licht im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen bekannt.
Niedriger Temperaturkoeffizient
Der Temperaturkoeffizient gibt an, wie stark sich die Leistung einer Solarzelle oder eines Photovoltaik-Moduls ändert, wenn sich die Temperatur ändert. Im Allgemeinen gilt: Je niedriger die Temperaturkoeffizienten sind, desto besser ist die Leistungsfähigkeit der Solarzellen bei unterschiedlichen Temperaturen. HJT-Module haben einen Wert von -0,24 %/°C, während TOPCon-Module einen etwas höheren Wert von -0,32 %/°C angeben.
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