Halbzellen & Drittelzellen: Warum zerschnittene Solarzellen nicht nur mit Verschattung zu tun haben

Der Grundlagenartikel zu Verschattung erwähnt es nur kurz: Halbzellen- und Drittelzellen-Module verändern, wie ein Modul auf Schatten reagiert. Was dort keinen Platz hatte, ist die eigentliche Geschichte dahinter — und die beginnt gar nicht bei der Verschattung.

Warum überhaupt Zellen zerschneiden?

Der ursprüngliche Grund, Solarzellen in zwei (Half-Cut) oder drei (Drittelzellen) Streifen zu zersägen, ist elektrischer, nicht verschattungsbezogener Natur: weniger Leitungsverluste. Eine halbierte Zelle liefert bei gleicher Spannung nur die Hälfte des Stroms einer vollen Zelle. Da sich ohmsche Verluste in der Verschaltung mit dem Quadrat des Stroms verhalten (P = I² × R), sinken diese Verluste bei halbiertem Strom spürbar — bei gleicher Zellfläche und gleicher Sonneneinstrahlung kommt am Ende mehr nutzbare Leistung heraus. Deshalb ist Half-Cut-Technologie heute bei den meisten neuen Modulen Standard, unabhängig davon, wie wichtig Verschattungstoleranz für den jeweiligen Einsatzort überhaupt ist.

Der Verschattungs-Nebeneffekt: kleinere Zonen möglich

Dass zerschnittene Zellen auch die Verschattungstoleranz verbessern können, ist ein Nebeneffekt: Mehr, kleinere Zellen erlauben es Herstellern, ein Modul in mehr, kleinere Bypass-Zonen aufzuteilen. Trifft eine Verschattung dann eine Zone, geht anteilig weniger Modulfläche verloren als bei wenigen, großen Zonen.

Wichtig ist dabei aber: Das passiert nicht automatisch. Wie viele Bypass-Zonen ein Modul hat, ist eine eigenständige Verschaltungsentscheidung des Herstellers — nicht zwangsläufig an die Zellzahl gekoppelt. Ein gutes Beispiel liefert die Modul-Datenbank dieser Seite selbst: Das SunPower/Maxeon 6 DC 440 hat 66 volle, große IBC-Zellen — und trotzdem drei Bypass-Zonen, genau wie das SENEC.Solar 410M HC G2 mit 108 deutlich kleineren Halbzellen. Beide Module landen bei derselben Zonenzahl, obwohl die Zellzahl fast um den Faktor 1,6 auseinanderliegt.

Drittelzellen und Schindelmodule: noch weiter gedacht

Manche Hersteller gehen über Halbzellen hinaus und dritteln Zellen, was den Effekt auf Leitungsverluste und potenzielle Zonengröße weiter verstärkt. Schindelmodule (Shingle-Module) verfolgen einen verwandten, aber anderen Ansatz: Sie überlappen schmale Zellstreifen wie Dachziegel, statt sie mit Verbindern nebeneinanderzusetzen. Fraunhofer ISE hat mit einer versetzten "Matrix-Schindel"-Anordnung gezeigt, dass sich dadurch die Verschattungstoleranz gegenüber klassischen Schindelmodulen nochmals deutlich steigern lässt — ein Ansatz, der seinen Weg von der Forschung in die Serienfertigung noch findet, aber (noch) kein Standard bei den meisten aktuell verkauften Modulen ist.

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Wie Bypass-Zonen grundsätzlich funktionieren, erklärt Was ist Verschattung bei Solarmodulen?. Die Begriffe Zelle, Zellraster und Half-Cut-Zelle stehen kurz erklärt im Glossar.

Probier es selbst: Vergleiche verschiedene Module im Simulator — von wenigen großen bis zu vielen kleinen Zellen.