Wie lässt sich aus gängigen PV-Modulen noch mehr Solarenergie gewinnen? Das haben die Forschungsinstitute Fraunhofer Centrum für Silizium Photovoltaik CSP und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE gemeinsam mit Industriepartnern untersucht. Im Projekt "CTS1000+" erreichte das Projektkonsortium durch die Kombination vieler kleiner Verbesserungen bei Komponenten und im Herstellungsprozess eine Ertragssteigerung im Bereich von drei Prozent für PV-Module. Mit der Einführung größerer und geteilter Solarzellen im PV-Modul konnte die Leistungsdichte um weitere drei Prozent gesteigert werden, wie das Fraunhofer-Institut ISE mitteilt.
Der Projektpartner und PV-Modulhersteller Heckert Solar hat das angepasste Moduldesign für seine Anfang 2023 in Betrieb genommene neue Fertigungsstätte in Langenwetzendorf demnach bereits übernommen.
Das Projekt zeige sehr deutlich, dass es sich bei Solarmodulen lohne, die notwendige Umstellung auf große Solarzell-Formate direkt mit einer Modul-Optimierung zu begleiten, so Max Mittag, Projektleiter am Fraunhofer ISE. "Im komplexen Zusammenspiel von Optik, Elektrik und Wärmehaushalt des PV-Moduls summieren sich die Vorteile schnell auf und führen zu sich verstärkenden Effekten."
Sinkende Kosten pro Watt
Besonders eine optimierte Dimensionierung der Verschaltung für die Halbzellen und bessere Materialien konnten die Leistungsfähigkeit der Modul-Prototypen demnach weiter steigern. Gleichzeitig sanken die Kosten pro Watt Leistung durch verbesserte Materialabstimmungen und einen effizienteren Materialeinsatz.
Die Grundlage vieler Verbesserungen waren dabei Modellierungen: Ein über Simulationen optimierter Rahmen, der von Heckert Solar für seine Produktlinie übernommen wurde, spart Aluminium und senkt bei gleicher mechanischer Stabilität den ökologischen Fußabdruck und die Kosten der PV-Module. Gesenkte Materialkosten konnten auch durch dünneren Zellverbinder erreicht werden.
Kürzere Prozesszeiten
In einem ganzheitlichen Simulations-Modell ermittelte das Forschungsteam des Fraunhofer ISE die optimale Abwägung zwischen Leistung und Zellverbinder-Stärke. Mit Hilfe einer "virtuellen Lamination" konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler außerdem kürzere Prozesszeiten bei gleicher Prozessqualität erreichen.
Der Projektpartner DENKweit entwickelte im Rahmen des Projekts ein innovatives Messgerät für Stromflüsse basierend auf der Erfassung von Magnetfeldern. Dadurch konnten die Möglichkeiten zur Fehlererfassung in Lötstellen erweitert werden. Die neue Generation von Sensoren wurde im Projekt auch verwendet, um ungleichmäßig verteilte Strompfade im PV-Modul zu untersuchen, heißt es weiter.
Mehrgewinn von 200.000 Euro
"Mit immer besseren Modulsimulationen und Charakterisierungsmethoden können die Modulhersteller immer noch etwas aus ihren Modulen herauskitzeln", sagt Holger Neuhaus, Abteilungsleiter für Modultechnologie am Fraunhofer ISE. Eine einprozentige Steigerung bedeute heute bei einer Fertigungskapazität von 100 Megawatt pro Jahr einen Mehrgewinn von 200.000 Euro für den Modulhersteller.
Bei einem Gigawatt seien es dann bereits zwei Millionen Euro. "Da lohnt es sich, genauer hinzuschauen", so Neuhaus. "Neben neuen Technologienentwicklungen ist die Optimierung einer der wichtigsten Hebel für die Verbesserung der Erträge einer Fertigung". (jk)
