Produktion von Solarmodulen: In fünf Schritten zum Ziel

Photovoltaik ist eine Schlüsseltechnologie der Energiewende – doch wie entstehen Solarmodule eigentlich? Der Produktionsprozess ist hochautomatisiert und setzt auf präzise Fertigungsmaschinen, die Kosten, Effizienz und Langlebigkeit dieser elementaren Bauelemente sichern.

Die automatisierte Solarproduktion ist der Schlüssel zu kostengünstigen Modulen – und trägt damit maßgeblich zum Gelingen der Energiewende bei. Im Bild ist eine "Ecoframe"-Maschine gezeigt.

Foto: Surplex

Ein Experte gibt im Beitrag Einblick in den Produktionsprozess von kristallinen Solarmodulen. Vom „Stringing“, der elektrischen Verschaltung der Solarzellen bis zur Laminierung, vom „Layup“ bis zur finalen Qualitätskontrolle … es sind zahlreiche technologische Schritte erforderlich, die oft wenig bekannt sind.

Hohe Bedeutung der Solarenergie

Die Solarenergie ist ein zentraler Baustein der Energiewende. Mit rund 11 Prozent Anteil an der EU-weiten Stromerzeugung überholte sie im Jahr 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.

Kristalline Solarmodule dominieren den Markt. Dies sind aus Silizium hergestellte Zellen, die Sonnenlicht in Strom umwandeln. Ihre Effizienz und Langlebigkeit machen sie zur bevorzugten Wahl in der Photovoltaik. Wichtig ist, sie in großem Maßstab mit entsprechender Anlagentechnik wirtschaftlich produzieren zu können.

Was sind kristalline Siliziummodule?

Kristalline Siliziummodule sind die am weitesten verbreitete Technologie in der Photovoltaik. Genutzt wird Silizium als Halbleitermaterial, das mit Materialien wie Phosphor oder Aluminium angereichert ist. Das Silizium wird zunächst bei hoher Temperatur geschmolzen und in mehrere Blöcke gegossen. Diese Blöcke kristallisieren dann zu einem großen Block. Durch das Schmelzen werden Verunreinigungen entfernt. Nach dem Abkühlen wird der Siliziumblock in dünne Wafer geschnitten. Diese werden chemisch gereinigt und behandelt, um ihre elektrischen Eigenschaften zu verbessern. Der Wafer enthält dotiertes Silizium, das durch die gezielte Beimischung von Fremdatomen eine elektrische Ladungstrennung erzeugen kann.

Vom Aufbau her bestehen die Photovoltaik-Module aus mehreren Solarzellen, die wiederum aus den beschriebenen Siliziumwafern gefertigt werden. 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.

In der Laminierung werden die einzelnen Schichten des Moduls miteinander verbunden: Glas, EVA (Kunststofffolie), Strings und weitere Verkapselungsmaterialien.

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Um die empfindlichen Solarzellen 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 (sogenannten 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 läuft mit einer Positionierungsgenauigkeit von ±0,1 mm ab.
Schritt 3 – Laminierung: Nach der Platzierung werden die einzelnen Schichten zu einer stabilen und langlebigen Einheit verbunden – die 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.

Mit präziser Silikonapplikation wird der Aluminiumrahmen sicher mit dem Solarmodul verbunden.

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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 folgt die Klassifizierung nach Leistungsstufen, bevor die Module verpackt und ausgeliefert werden.

Wie lässt sich der Kostendruck in der Solarmodulproduktion bewältigen?

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. Bisweilen stehen verschiedene Maschinen für die Solarmodulproduktion bei Auktionshäusern wie beispielsweise Surplex zur Verfügung.

Der Düsseldorfer Anbieter Surplex gehört seit über 25 Jahren zu den führenden Industrieauktionshäusern Europas und handelt weltweit mit gebrauchten Maschinen und Betriebseinrichtungen. Das Unternehmen unterhält Büros in 12 europäischen Ländern – darunter DACH, Spanien, Italien, Frankreich sowie Standorte in CEE. Über 200 Mitarbeiter sorgen für einen Rundumservice in 20 Sprachen. Seit August 2024 ist Surplex Teil von TBAuctions, einer digitalen B2B-Auktionsplattform.