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Wie werden Solarmodule hergestellt?


Es gibt 3 Arten von Solarmodulen auf dem Markt:

  • Monokristalline Solarmodule
  • polykristalline Solarmodule
  • Dünnschicht-Solarmodule

Auf der Ebene der Zellstruktur gibt es somit verschiedene Arten von Materialien herzustellen, wie z. B. Monosilizium, Polysilizium oder amorphes Silizium (AnSi). Die ersten 2 Zelltypen haben einen etwas ähnlichen Herstellungsprozess. Lesen Sie weiter unten über die Schritte zur Herstellung eines kristallinen Solarmoduls.

Schritt 1: Schleifen

Alles beginnt mit dem Rohstoff, in unserem Fall Sand. Die meisten Solarmodule bestehen aus Silizium, dem Hauptbestandteil von natürlichem Strandsand. Silizium ist im Überfluss vorhanden und damit das zweithäufigste verfügbare Element auf der Erde. Allerdings kostet die Umwandlung von Sand in hochwertiges Silizium hohe Kosten und ist ein energieintensiver Prozess. Hochreines Silizium wird aus Quarzsand in einem Elektrolichtbogenofen bei sehr hohen Temperaturen hergestellt.

Schritt 2: Barren

Das Silizium wird gesammelt, normalerweise in Form von festen Steinen. Hunderte dieser Gesteine werden bei sehr hohen Temperaturen zu zylinderförmigen Blöcken zusammengeschmolzen. Um die gewünschte Form zu erreichen, wird ein zylindrischer Stahlofen verwendet. Beim Schmelzen wird darauf geachtet, dass alle Atome perfekt in der gewünschten Struktur und Orientierung ausgerichtet sind. Bor wird dem Prozess hinzugefügt, wodurch das Silikon eine positive elektrische Polarität erhält.

Monokristalline Zellen bestehen aus einem einzigen Siliziumkristall. Monosilizium hat eine höhere Effizienz bei der Umwandlung von Sonnenenergie in Strom, daher ist der Preis für monokristalline Module höher.

Polysiliziumzellen werden durch Zusammenschmelzen verschiedener Siliziumkristalle hergestellt. Sie erkennen sie an der zerbrochenen Glasoptik der verschiedenen Siliziumkristalle. Nachdem der Stab abgekühlt ist, wird er geschliffen und poliert, wodurch der Stab mit flachen Seiten zurückbleibt.

Schritt 3: Wafer

Waffeln sind der nächste Schritt im Herstellungsprozess. Der Siliziumbarren wird in dünne Scheiben, sogenannte Wafer, geschnitten. Für den präzisen Zuschnitt wird eine Seilsäge verwendet. Die Dicke des Wafers ist vergleichbar mit der eines Blattes Papier.

Da reines Silizium glänzend ist, kann es Sonnenlicht reflektieren. Um den Sonnenlichtverlust zu reduzieren, wird eine Antireflexbeschichtung auf den Siliziumwafer aufgebracht.

Schritt 4: Solarzellen

Die folgenden Prozesse verwandeln einen Wafer in eine Solarzelle, die Sonnenenergie in Elektrizität umwandeln kann

Jeder der Wafer wird behandelt und jeder Oberfläche werden Metallleiter hinzugefügt. Die Leiter verleihen dem Wafer eine gitterartige Matrix auf der Oberfläche. Diese sorgt für die Umwandlung von Sonnenenergie in Strom. Die Beschichtung erleichtert die Absorption von Sonnenlicht, anstatt es zu reflektieren.

In einer ofenähnlichen Kammer wird Phosphor in einer dünnen Schicht über die Oberfläche der Wafer verteilt. Dadurch wird die Oberfläche mit einer negativen elektrischen Orientierung aufgeladen. Die Kombination von Bor und Phosphor ergibt den Positiv-Negativ-Übergang, der für das reibungslose Funktionieren der PV-Zelle entscheidend ist.

Schritt 5: Von der Solarzelle zum Solarpanel

Die Solarzellen werden mit Metallverbindern zusammengelötet, um die Zellen miteinander zu verbinden. Solarmodule bestehen aus Solarzellen, die in einer matrixartigen Struktur integriert sind. Das aktuelle Standardangebot auf dem Markt ist:

  • Paneele mit 48 Zellen - geeignet für kleine Wohndächer.
  • Panels mit 60 Zellen – das ist die Standardgröße.
  • 72-Zellen-Panels – verwendet für Großinstallationen LG Panel 11

Das 4-kWh-Solarsystem ist das üblichste System in kWh für Haushalte im Vereinigten Königreich.

Nachdem die Zellen zusammengebaut sind, wird eine dünne Schicht (ca. 6-7 mm) Glas auf die der Sonne zugewandte Vorderseite aufgebracht. Die untere Schicht besteht aus einem hochbeständigen Material auf Polymerbasis. Dadurch wird verhindert, dass Wasser, Erde und andere Materialien durch die Rückseite in die Platte eindringen. Dann wird die Anschlussdose hinzugefügt, um Verbindungen innerhalb des Moduls zu ermöglichen.

Es kommt alles zusammen, sobald der Rahmen zusammengebaut ist. Der Rahmen bietet zudem Stoß- und Wetterschutz. Durch die Verwendung eines Rahmens, der Pfannekann auch anders montiert werden, zum Beispiel mit Befestigungsschellen.

EVA (Ethylenvinylacetat) ist der Klebstoff, der alles zusammenhält. Es ist sehr wichtig, dass die Qualität des Verkapselungsmittels hoch ist, damit es die Zellen unter rauen Wetterbedingungen nicht beschädigt.

Schritt 6: Testen der Module

Wenn das Modul bereit ist, führt es Tests durch, um sicherzustellen, dass die Zellen wie erwartet funktionieren. Als Bezugspunkt werden STC (Standard Test Conditions) verwendet. Das Panel wird in der Produktionsstätte in einen Flash-Tester eingelegt. Der Tester liefert das Äquivalent von 1000 W/m2 Bestrahlungsstärke, 25 °C Zelltemperatur und einer Luftmasse von 1,5 g. Elektrische Parameter werden notiert und Sie finden diese Ergebnisse auf dem technischen Datenblatt für jedes Panel. Die Bewertungen geben Auskunft über Leistung, Effizienz, Spannung, Stromstärke, Stoßfestigkeit und Temperaturtoleranz.

Mit Ausnahme von STC verwendet jeder Hersteller NOCT (Nominal Service Cell Temperature). Die verwendeten Parameter entsprechen eher dem „Real Life“-Szenario: Betriebstemperatur des Open-Circuit-Moduls bei 800 W/m2 Einstrahlung, 20 °C Umgebungstemperatur, 1 m/s Windgeschwindigkeit. Auch hier finden sich die Bewertungen von NOCT auf dem technischen Datenblatt.

Reinigung und Inspektion sind die letzten Schritte der Produktion, bevor das Modul nach Hause oder ins Geschäft geliefert werden kann.

Forschung und Entwicklung in der Solarenergiebranche konzentrieren sich darauf, die Kosten von Solarmodulen zu senken und die Effizienz zu steigern. Die Industrie zur Herstellung von Solarmodulen wird wettbewerbsfähiger und wird voraussichtlich beliebter als herkömmliche Energiequellen wie fossile Brennstoffe.


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