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Pressemeldung | 11.03.2025
Wie kristalline Solarmodule hergestellt werden: Einblick in den Produktionsprozess
Mit rund 11 % Anteil an der EU-weiten Stromerzeugung überholte die Solarenergie 2024 erstmals die Kohleverstromung. Damit die Photovoltaik weiter an Bedeutung gewinnt, müssen Solarmodule effizient, kostengünstig und in großen Mengen produziert werden. Automatisierte Fertigungsprozesse spielen dabei eine Schlüsselrolle. Wie kristalline Solarmodule hergestellt werden – von der elektrischen Verschaltung der Solarzellen bis zur finalen Qualitätskontrolle ...
Die Solarenergie ist ein zentraler Baustein der Energiewende. Kristalline Solarmodule dominieren den Markt, denn ihre Effizienz und Langlebigkeit machen sie zur bevorzugten Wahl in der Photovoltaik. Damit sie in großem Maßstab wirtschaftlich produziert werden können, kommen automatisierte Fertigungsprozesse zum Einsatz. Vom präzisen Stringing der Solarzellen über den Laminierungsprozess bis hin zur abschließenden Qualitätskontrolle – dies sind die wichtigsten Schritte der Produktion.
Einführung: Kristalline Solarzellen und Aufbau eines Solarmoduls
Kristalline Siliziummodule sind die am weitesten verbreitete Technologie in der Photovoltaik. Sie bestehen aus mehreren Solarzellen, die wiederum aus Siliziumwafern gefertigt werden. Der Wafer enthält dotiertes Silizium, das durch die gezielte Beimischung von Fremdatomen eine elektrische Ladungstrennung erzeugen kann. Dünne Metallkontakte – sogenannte Busbars und Finger – leiten den Strom weiter. Die feinen Metallfinger sammeln den Strom über die gesamte Zellfläche und leiten ihn zu den Busbars, die als Sammelschienen für den weiteren elektrischen Transport dienen.
Ein Solarmodul setzt sich wiederum aus mehreren Solarzellen zusammen. Um die empfindlichen Zellen vor mechanischen und witterungsbedingten Einflüssen zu schützen, werden sie zwischen mehreren Schichten eingebettet. Auf der Vorderseite sorgt eine Glasplatte für Stabilität, während eine Kunststofffolie (meist EVA = Ethylenvinylacetat) als Verkapselungsmaterial dient. Die Rückseite besteht aus einer weiteren Kunststofffolie oder einer zweiten Glasschicht, an der auch die Anschlussdose zur Weiterleitung des erzeugten Gleichstroms angebracht ist. Ein Aluminiumrahmen fasst das Modul ein und erleichtert die Montage.
Die Produktion eines Solarmoduls – Schritt für Schritt
Die Herstellung von Silizium-Wafern ist ein hochspezialisierter Prozess, der in der Regel von Hightech-Unternehmen durchgeführt wird. Die eigentliche Produktion von Solarmodulen beginnt mit fertigen Solarzellen, die bereits dotiert und mit einer Antireflex-Beschichtung versehen sind.
Schritt 1: Verbindung der Solarzellen – der Stringer-Prozess
Der erste Schritt in der Solarmodulproduktion ist die Verbindung der einzelnen Solarzellen miteinander. Dieser Prozess wird als Stringing bezeichnet: Dabei werden die Zellen über ihre Busbars mit dünnen Kupferbändern (sog. Ribbons) verlötet. Die Zellen werden in Reihen – den sogenannten Strings – angeordnet. Dabei ist höchste Präzision gefragt, um Brüche und Mikrorisse in den empfindlichen Siliziumzellen zu vermeiden. Der Lötprozess muss dabei so optimiert sein, dass mechanische und thermische Belastungen minimiert werden.
Schritt 2: Zuschnitt und Schichtpositionierung – der Layup-Prozess
Nachdem alle Schichten des Solarmoduls – Glas, EVA-Folie, Strings und Rückseitenfolie – zugeschnitten wurden, werden sie im nächsten Schritt präzise aufeinandergelegt. Dieser Prozess wird als Layup bezeichnet. Die automatische Platzierung erfolgt mit einer Positionierungsgenauigkeit von ±0,1 mm.
Schritt 3: Laminierung
Nach der Platzierung werden die einzelnen Schichten zu einer stabilen und langlebigen Einheit verbunden – die sog. Laminierung. Dabei wird das Modul in einem Vakuumsack oder Autoklaven erhitzt, typischerweise auf etwa 140 °C, wobei entweder Unterdruck oder Überdruck (bis zu 10 bar) eingesetzt wird. Während dieses Prozesses polymerisiert die zuvor milchige EVA-Folie zu einer klaren, dreidimensional vernetzten Kunststoffschicht. Dadurch werden die Solarzellen fest mit der Glasscheibe und der Rückseitenfolie verbunden.
Schritt 4: Kantensäumen und Rahmen
Nach dem Laminieren wird das Modul für den finalen Einsatz vorbereitet. Zunächst erfolgt das Kantensäumen, bei dem überstehendes Material – insbesondere Reste der EVA-Folie und der Rückseitenfolie – entfernt wird. Anschließend wird die Anschlussdose montiert. Im letzten Schritt erhält das Modul seinen Aluminiumrahmen, der für mechanische Stabilität sorgt und die Montage erleichtert. Der Rahmen wird entweder mit Silikon oder speziellem Klebeband befestigt.
Schritt 5: Qualitätskontrolle und Klassifizierung
Bevor ein Solarmodul die Produktion verlässt, wird es auf Leistung und Sicherheit geprüft. Ein Sonnensimulator misst die elektrische Kennlinie, während Elektrolumineszenz- und Isolationsprüfungen Defekte oder Materialfehler erkennen. Abschließend erfolgt die Klassifizierung nach Leistungsstufen, bevor die Module verpackt und ausgeliefert werden.
Kostendruck in der Solarmodulproduktion
Die Produktion von Solarmodulen steht unter immensem Kostendruck. Während die Nachfrage nach erneuerbarer Energie steigt, sind gleichzeitig staatliche Förderungen in vielen Ländern reduziert oder ganz gestrichen worden. Gleichzeitig verschärft der Wettbewerb, insbesondere durch asiatische Unternehmen, die Marktsituation. Um wirtschaftlich konkurrenzfähig zu bleiben, müssen Hersteller in Europa und anderswo ihre Produktionskosten senken – jedoch ohne Qualitätseinbußen. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist der Einsatz gebrauchter Produktionsanlagen. Bis zum 27.03. stehen verschiedene Maschinen für die Solarmodulproduktion bei Surplex zur Auktion.
Automatisierte Solarproduktion ist der Schlüssel zu kostengünstigen Modulen – und damit zur Energiewende.
In der Laminierung werden die einzelnen Schichten des Moduls miteinander verbunden: Glas, EVA, Strings und weitere Verkapselungsmaterialien.
Mit präziser Silikonapplikation wird der Aluminiumrahmen sicher mit dem Solarmodul verbunden.
