PV-Entwicklung - Umweltschutz Innovation in die Zukunft

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Umweltschutz Innovation in die Zukunft

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Energie
Photvoltaik Entwicklung
Die erste Solarzelle wurde im Jahr 1953 von Gerald L. Pearson an den Bell Laboratorien entwickelt. Diese hatte bereits einen Wirkungsgrad von ca. 5 Prozent.

Der erste technische Einsatz von Photovoltaikmodulen erfolgte am 17. März 1958 mit dem zweiten Amerikanischen Satellit Vanguard 1. Aufgrund der hohen Kosten blieb viele Jahre die Photovoltaik der Energieversorgung von  Satelliten vorbehalten.  
Ein weiterer Einsatz für die Stromerzeugung war Anfang der 1970er Jahre auf  unbemannten Bohrinseln. Sie entpuppten sich auch hier als eine effiziente  Möglichkeit, Batterien zu ersetzen. Diese mussten zuvor mit großem  finanziellem und personellem Aufwand ausgetauscht werden, was sich durch  den Einsatz von Solarzellen erübrigte. So entwickelte sich die Versorgung unbemannter Bohrinseln zum ersten Massenmarkt in der Entwicklung der Photovoltaik. Noch heute werden Förderplattformen mittels Photovoltaikanlage mit Energie  versorgt.

Erst mit den staatlichen Förderungen in verschiedenen Staaten, Anfang der 1990er Jahren entstand eine gewisse Nachfrage und es kam Schwung in den Markt.
Half-Cut-Cell Technologie (HC-Zelle)
Ein gewöhnlicher Wafer (Zelle) wird in zwei hälften geschnitten so erhält man zwei gleich gorße Teile (HC-Zelle).


Vorteile:
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geringere Leistungsverluste
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mehr Modulleistung 2-3%
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verbesserte Schwachlichtverhalten
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optimiertes Temperaturverhalten
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höhere Solarerträge bei Teilverschattung
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niedriger Preis als Vollzellenmodule
Nachteile:
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erhöhtes Risiko für einen Zellausfall durch die höhere Anzahl von Solarzelle steigt auch das Risiko für den Ausfall einzelner Zellen. Bei kleineren Zellen muss mehr gelötet werden, was zu einer Fehleranfälligkeit führen kann.
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Anschlussleitungen befinden sich in der Mitte des Moduls, dies für zu einem höheren Zeitaufwand bei der Verlegung sowie wird ein wenig mehr Kabel benötigt.
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benötigt mehr Produktionsschritte in der Herstellung
Halbzelle
(HC-Wafer)
Vollzelle
(Wafer)
HC-Zelle
Vollzelle
Verschaltung und Teilverschattung
Bei einem Halbzellenmodul sind jeweis 20 Halbzellen in Reihe verbunden. Dadurch ergeben sich bei 6 Zellen-Strings die Parallel geschaltet (inkl. Bypassdioden) sind 120 Halbzellen.

Das Verschattungsverhalten  eines Halbzellenmoduls ist deutlich besser als das eines Standardmoduls, denn wird nur Zellen-String 2, 4 und 6 verschattet (Bypassdioden nicht aktiv), Zellen-String 1, 3 und 5 arbeiten normal weiter. Das Modul hat die halbe Leistung. Bei einem Standardmodul würde dagegen die Leistung einbrechen.

Wenn nur Zellen-String 2 und 4 (mittleres Bild) verschattet sind, kann zwar auch Zellen-String 6 zur Leistung beitragen. Da Zellen-String 1 und 3 aber die Stromstärke auf die Hälfte begrenzen, sind auch hier nur 50 Prozent Modulleistung möglich (bei einem Standardmodul wäre es ein Drittel; der 50 Prozent Arbeitspunkt ist beim Halbzellenmodul der Punkt mit der max. Leistungsabgabe).

Wenn nur Zellen-String 2 (rechtes Bild) verschattet, entsperrt die Bypassdiode an den Zellen-String 1 und 2 Zellen-String 3, 4, 5 und 6 tragen zur Modulleistung bei, die dann wie beim Standardmodul bei zwei Dritteln liegt.

Aluminium Back Surface Field (AI-BSF)
Dieses Feld gehört zum Schichtaufbau der  Solarzelle. Es ist ein Feld an der Zell-Rückseite, dessen Aufgabe es  ist, die Solarzelle rückwärtig zu versiegeln.
Passivated Emitter and Rear Cell (PERC)
Dieses Feld gehört zum Schichtaufbau der Solarzelle. Es ist ein Feld an der Zell-Rückseite, die gegenüber der herkömmlichen Al-BSF im wesentlichen eine  verbesserte Lichtausbeute im hinteren Bereich der Zelle, die wiederum  die Elektronenausbeute erhöht.

Vorteile:
- mehr Leistung als Standardmodule ≤ 1% (nutzt rotes Sonnenlicht)

Nachteile:
- verringerte Leistung bei steigenden Temperturen
- sinkende Leistung durch hohe Alterung der Module über die Lebensdauer
Heterojunction Technology (HJT)
Im Jahr 1990 wurde die Grundstruktur unter dem Namen Heterojunction with Intrinsic Thin-layer technology erstmals von der japanischen Sanyo Corporation (übernommen Dezemper 2009 durch Panasonic) vorgeschlagen. Zu dieser Zeit konnte ein Wirkungsgrad von 14,5% erreicht werden.

Vorteile:
- Wirktungsgrad der Zelle > 24% und Wirkungsgrad des Panels > 22%
- hohe Leerlaufspannung VOC
- niedrigste Temperaturkoeffizient -0,24%/°C
- sehr niedrige Alterungsbedingte Degradation -0,4%/Jahr
- keine Lichtinduzierte Degradation (LID)
- keine Potential-Induced Degradation (PID)

(Herausgabe: 10/2022)
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