Solarzelle vs. Solarpanel: Was Maschinennamen nicht verraten

Kurze Antwort: Die kurze Antwort: Eine Solarzelle und ein Solarmodul werden von zwei verschiedenen Branchen in zwei verschiedenen Fabriken hergestellt. Die Zellenfertigung beginnt mit einem Siliziumwafer und verwendet Diffusionsöfen, PECVD und Siebdrucker, um ein Bauteil mit etwa 0,5 V bis 0,6 V herzustellen, und rund 95 % der kommerziellen Zellen sind kristallines Silizium. Die Panel- oder Modulfertigung beginnt mit fertigen Zellen und verwendet einen Tabber-Stringer, eine Layup-Station, einen Laminator, eine Rahmenmaschine und einen Tester, um 60 bis 144 davon zu einem versiegelten Modul mit 400 W bis 700 W zusammenzubauen. Zellenfabriken benötigen Öfen über 800 °C und Reinraumbedingungen; eine Modullinie läuft bei Laminationstemperaturen nahe 150 °C in einer gewöhnlichen Industriehalle. Ooitech baut Modullinien von 5 MW bis 1,2 GW und stellt keine Ausrüstung zur Zellenherstellung her. Die Namensverwirrung ist real, sogar in unserem eigenen Katalog, wo Maschinen, die Zellen während der Modulmontage handhaben, Solarzellen-Namen tragen.

Von Jerry, Produktmarketing bei Ooitech

Ich bekomme fast jede Woche eine Version dieser Frage: Ein Käufer fragt, ob wir Solarzellen herstellen, und was er eigentlich bauen möchte, ist eine Modullinie. Manchmal haben sie eine Weile Angebote für Zellenfabriken verglichen, bevor jemand fragt, was am Anfang ihres Prozesses hineingeht.

Das passiert ständig, und es ist nicht die Schuld des Käufers. Unsere eigenen Maschinen heißen zum Beispiel Solar Cell Laser Cutting Machine und Solar Cell Tabber Stringer. Sie handhaben Zellen, und sie stehen in einer Panel-Fabrik.

Zwei Fabriken, zwei verschiedene Geschäfte

Eine Solarzelle ist ein einzelnes photovoltaisches Bauteil — etwa 16 bis 23 cm groß, das etwa 0,5 bis 0,6 Volt erzeugt. Ein Solarmodul enthält viele davon, in Reihe verdrahtet, um die Spannung zu erhöhen, dann parallel, um den Strom zu erhöhen.

Das ist die gesamte Beziehung. Die beiden Produkte werden von zwei Branchen hergestellt.

Wir bei Ooitech liefern Panel-Produktionslinien von 5 MW bis 1,2 GW. Wir stellen keine Diffusionsöfen, PECVD-Systeme oder Siebdrucker her. Wenn Sie eine Zellenfabrik bauen, bin ich die falsche Person, die Sie fragen sollten.

Wo die Zellenfertigung endet

Die Zellenfertigung beginnt mit Polysilizium und endet mit einer Kiste getesteter Zellen. Etwa fünf Schritte.

Polysilizium wird geschmolzen und entweder zu multikristallinen Ingots gegossen oder durch das Czochralski-Verfahren zu einem monokristallinen Ingot gezogen. Die Ingots werden in Wafer geschnitten, gereinigt und texturiert, damit sie mehr Licht einfangen.

Halbgeschnittene monokristalline Solarzelle mit Busbars, vor der Modulmontage

Dann Dotierung. Bor und Phosphor werden eindiffundiert, um einen p-n-Übergang zu erzeugen, und der leitfähige Pfad, der sich um den Waferrand bildet, wird entfernt, um Kurzschlüsse zu verhindern. Als Nächstes kommt eine Antireflexbeschichtung, normalerweise Siliziumnitrid, das durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung abgeschieden wird. Schließlich werden Metallkontakte im Siebdruckverfahren mit Silber- oder Kupferpaste gedruckt und gebrannt.

Wenn das abgeschlossen ist, hat man eine Zelle. Sie wird getestet, nach Strom sortiert, verpackt und verkauft. Das ist das Ende einer Branche.

Etwa 95 % der kommerziellen PV-Zellen sind kristallines Silizium, und der Rest ist größtenteils Cadmiumtellurid-Dünnschicht. Die Zellenherstellung ist kapitalintensiv und wird von einer Handvoll großer Akteure dominiert. Jeder Generationswechsel, von Al-BSF zu PERC und von PERC zu TOPCon, wurde von derselben konzentrierten Gruppe von Herstellern vorangetrieben. Allein PERC fügte etwa 12 % mehr Energieausbeute gegenüber der älteren Al-BSF-Struktur hinzu.

Wo die Panel-Fertigung beginnt

Sortierte Solarzellen, die auf einem Förderband in eine Modulmontagelinie eingespeist werden

Die Modulmontage nimmt die Kiste mit Zellen und macht daraus ein Produkt. Sechs Stationen, in der Reihenfolge.

Sie beginnt mit einem Laser, der Zellen für Halbgeschnittene- und Shingled-Formate auf Größe schneidet. Ein zu heiß eingestellter Laser beschädigt den Zellenrand, und der Mikroriss, den er hinterlässt, bleibt unsichtbar bis zur Elektrolumineszenz — zu diesem Zeitpunkt ist das Modul bereits versiegelt. Dann lötet der Stringer Ribbon auf jede Zelle und verbindet sie zu einem Serienstring. Bei unserem AM050FH reicht der Zellenbereich von 161 mm bis 230 mm, die Zellenbruchrate bleibt unter 0,2 % und die Lötausbeute liegt über 95 %. Keiner der beiden Defekte kann nachgelagert behoben werden. Eine gerissene Zelle, die in den Laminator gelangt, kommt als Ausschuss heraus, nicht als Nacharbeit.

Lötkopf, der Kupfer-Ribbon auf Solarzellen platziert

Automatische Solarzellen-Tabber-Stringer-Maschine in einer Modulfabrik

Beim Layup kommt der Stapel zusammen: Strings auf Glas gelegt, mit dem Encapsulant (EVA) darüber und darunter und dem Backsheet obenauf. Dann zieht der Laminator Vakuum, übt Druck aus und hält den Stapel nahe 150 °C, bis das EVA zu einer versiegelten Einheit vernetzt. Dieses Temperaturfenster ist enger, als die Ausrüstungsbroschüren vermuten lassen, und eine Platte mit einer kalten Ecke hinterlässt ungehärtetes Encapsulant, das Jahre später delaminieren wird. Der Laminator selbst ist der Ort, an dem das meiste dieses Risikos liegt. Rahmen, Anschlussdose und Endtest schließen das Modul ab, und die beiden Testtore gehören inline und nicht am Ende der Linie. Eine Anlage, die nur fertige Module testet, hat jeden Stringing-Defekt bereits in ein Produkt laminiert, das sie nicht nacharbeiten kann.

Elektrolumineszenzprüfung gelöteter Zellenstrings

Jede Maschine in dieser Liste lebt in einer Modullinie, einschließlich derer, die nach Zellen benannt sind.

Die Zellenseite ist separat in unserem TOPCon-Solarzellen-Herstellungsprozess-Leitfaden.

Warum die Verwechslung Geld kostet

Wenn Sie das falsch machen, ändert sich Ihr Kapitalplan um eine Größenordnung.

Eine Zellfabrik benötigt Hochtemperaturöfen, Vakuumabscheidung und eine Reinraumumgebung. Ein Modulwerk benötigt eine Industriehalle, mäßige Leistung und ein technisches Team, das in Monaten geschult werden kann. Bei gleicher Nennleistung unterscheidet sich die Investition um etwa eine Größenordnung. Diese Lücke zeigt sich in dem Gebäude, das Sie mieten, dem Stromanschluss, den Sie beantragen, den Genehmigungen, den Fachkräften, die Sie einstellen, und der Zeit, die Sie warten, bis das erste verkaufsfähige Modul das Werk verlässt. Käufer, die für das Falsche budgetieren, beschaffen entweder zu viel Kapital, das sie nicht einsetzen können, oder zu wenig und bleiben auf halbem Weg im Gebäude stecken – mit einer Hülle und ohne Ausrüstung.

Es gibt eine zweite Falle. Lieferanten geben jährliche MW an, und jährliche MW sind teilweise eine Wattberechnung. Nehmen Sie eine Maschine, die 24 Module pro Stunde verarbeitet. Bewerten Sie das Modul mit 275 W, erhalten Sie etwa 57 MW pro Jahr. Bewerten Sie dasselbe Modul mit 550 W, produziert dieselbe Maschine plötzlich 114 MW. Nichts in der Kammer, den Pumpen oder dem Zyklus hat sich geändert. Wenn Sie Angebote vergleichen, fragen Sie nach verkaufsfähigen Modulen pro Stunde und rechnen Sie selbst in MW um, basierend auf dem Produkt, das Sie tatsächlich bauen werden.

Die global installierte PV-Kapazität erreichte Ende 2022 etwa 1.185 GW, versorgte über 6 % des Weltstroms, und die Kosten für Solarstrom sind seit 2010 um etwa 85 % gesunken. Ein solches Wachstum zieht viele Neueinsteiger in die Modulmontage, weshalb so viele Erstkäufer bei der Frage Zelle versus Panel landen.

Warum die Verwirrung anhält

Die 95-%-Zahl lässt die Zellfertigung wie eine breite Branche erscheinen, obwohl sie tatsächlich eine enge, konzentrierte ist. Der größere Faktor liegt näher. Modullinien kaufen Zellen, handhaben Zellen, schneiden Zellen und testen Zellen den ganzen Tag, daher ist es naheliegend, die Ausrüstung nach dem zu benennen, was sie berührt. Diese Gewohnheit ist nicht mehr nützlich, sobald Sie herausfinden wollen, was Ihnen verkauft wird.

Vier Dinge, die Sie fragen sollten, bevor Sie Angebote vergleichen

Fragen Sie diese, bevor Sie zwei Angebote vergleichen.

Beginnen Sie damit, nach der Stationsliste zu fragen. Ein Angebot für eine Modullinie listet Stringer, Layup, Laminator, Rahmen und Tester auf – die vollständige Sequenz finden Sie hier – während ein Angebot für eine Zelllinie Öfen, Abscheidung und Druck auflistet. Diese eine Antwort klärt es meist.

Wenn nicht, fragen Sie, was am Anfang des Prozesses hineingeht. Wafer bedeutet Zellfertigung; Kartons mit fertigen Zellen bedeutet Modulmontage. Fragen Sie, wie das Gebäude aussieht – eine Reinraumhalle mit starker Stromversorgung deutet auf eine Zellfabrik hin, eine gewöhnliche Industriehalle auf eine Modullinie. Und fragen Sie, in welcher Einheit die Ausgabe gemessen wird: Module pro Stunde ist eine Modullinie, Wafer pro Stunde ist eine Zelllinie.

Ein Lieferant, der die erste Frage nicht klar beantworten kann, hat sie beantwortet.

FAQ

Ist ein Solarmodul nur viele Solarzellen? Elektrisch ja – 60 bis 72 Zellen in Reihe oder 144 im Halbzellenformat. Physisch ist es ein anderes Produkt aus einem anderen Werk. Die Zellen kommen fertig und sortiert an; die Aufgabe der Modullinie ist es, sie zu verbinden, zu verkapseln und zu schützen.

Kann ein Unternehmen beides betreiben? Einige große Hersteller tun das am selben Standort. Es sind separate Gebäude mit separater Ausrüstung und meist separaten Teams, und die meisten Modulhersteller kaufen ihre Zellen von spezialisierten Zellproduzenten.

Mein Lieferant hat eine "Solarzellenmaschine" angeboten. Für welches Werk ist sie? Prüfen Sie den Prozess. Wenn sie Bänder lötet, Zellen für Halbzellen-Layouts schneidet oder fertige Module testet, ist es Ausrüstung für die Modullinie.

Was ist profitabler? Modulmontage, nach den Zahlen, die ich sehe, aber der Vorteil ist dünner, als die Kapitallücke vermuten lässt. Eine Modullinie braucht weniger Kapital und erreicht die Produktion in Monaten, daher konkurrieren mehrere Werke um dieselben Aufträge und die Margen bleiben eng. Die Zellfertigung braucht weit mehr Kapital und wird von einer Handvoll Eigentümer dominiert, was die Preise stabiler hält, aber den Einstieg ohne große Bilanz fast unmöglich macht. So oder so entscheidet die Auslastung das Ergebnis lange bevor die Technologie es tut.

Begrenzt der Zellwirkungsgrad, was mein Modul erreichen kann? Ja, und diese Obergrenze ist festgelegt, bevor die Zellen Sie überhaupt erreichen. Eine Modullinie kann den Zellwirkungsgrad erhalten oder verlieren – durch Mikrorisse, kalte Lötstellen oder EVA, das nie vollständig vernetzt. Sie kann keinen Wirkungsgrad hinzufügen, den die Zelle nicht hatte. Eine Modullinie schützt eine Obergrenze, die sie nicht geschaffen hat.

Mein Angebot ist in MW pro Jahr. Ist das vergleichbar? Nur wenn beide Angebote dieselbe Modulleistung und dieselben Verfügbarkeitsannahmen verwenden. Rechnen Sie zuerst in verkaufsfähige Module pro Stunde um und wenden Sie dann die Leistung Ihres eigenen Produkts an.

Was als Nächstes zu tun ist

Wenn Sie das nächste Mal eine Anfrage senden, setzen Sie eine Zeile an den Anfang: Bitte fügen Sie die vollständige Stationsliste mit Zykluszeit pro Station bei. Lieferanten, die sie haben, senden sie in zwei Minuten. Lieferanten, die sie nicht haben, senden stattdessen eine jährliche MW-Zahl.