Designoptimierung bei Solarmodulen bringt sechs Prozent mehr Ertrag

Modulproduktion von Heckert Solar in Thüringen

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Kleine Änderungen, große Wirkung – so lassen sich die Ergebnisse des Forschungsprojekts „CTS1000+“ Zusammenfassen. Dabei haben Forscher des Fraunhofer Centrums für Silizium Photovoltaik CSP und das Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE gemeinsam mit Industriepartnern nach Möglichkeiten gesucht, die Erträge gängiger Solarmodule zu steigern.

Mit vielen kleinen Verbesserungen bei Komponenten und im Herstellungsprozess habe das Projektkonsortium so eine Ertragssteigerung im Bereich von drei Prozent für Solarmodule erreicht. Der Einsatz von größeren und geteilten Solarzellen im Modul habe die Leistungsdichte um weitere drei Prozent erhöht, so die Forscher. Heckert Solar als einer der Industriepartner habe das angepasste Moduldesign in seiner neuen Produktionsstätte in Thüringen übernommen.

„Das Projekt ‚CTS1000+‘ zeigt sehr deutlich, dass es sich bei Solarmodulen lohnt, die notwendige Umstellung auf große Solarzell-Formate direkt mit einer Modul-Optimierung zu begleiten. Im komplexen Zusammenspiel von Optik, Elektrik und Wärmehaushalt des Photovoltaik-Moduls summieren sich die Vorteile schnell auf und führen zu sich verstärkenden Effekten“, sagt Max Mittag, Projektleiter am Fraunhofer ISE. Besonders eine optimierte Dimensionierung der Verschaltung für die Halbzellen und bessere Materialien konnten die Leistungsfähigkeit der Modul-Prototypen weiter steigern. Gleichzeitig sanken nach Angaben der Wissenschaftler die Kosten pro Watt Leistung durch verbesserte Materialabstimmungen und einen effizienteren Materialeinsatz.

Die Verbesserungen erfolgten auf Basis von Modellierungen. So sei auch der Rahmen optimiert und in die Produktionslinie von Heckert Solar integriert worden. Dieser brauche weniger Aluminium und senke bei gleicher mechanischer Stabilität den ökologischen Fußabdruck und die Kosten für das Gesamtmodul. Dazu trugen auch dünnere Zellverbinder bei, wobei die Fraunhofer-Forscher die optimale Abwägung zwischen Leistung und Zellverbinder-Stärke in einem ganzheitlichen Simulationsmodell ermittelten. Mit Hilfe einer ‚virtuellen Lamination‘ seien außerdem kürzere Prozesszeiten bei gleicher Prozessqualität erreicht worden.

Ebenfalls beteiligt an dem Forschungskonsortium war der Partner „Denkweit“. Es entwickelte ein Messgerät für Stromflüsse basierend auf der Erfassung von Magnetfeldern. Damit sei es möglich, mehr Fehler in Lötstellen zu erfassen. Die neue Generation von Sensoren sei im Projekt auch eingesetzt worden, um ungleichmäßig verteilte Strompfade im Photovoltaik-Modul zu untersuchen.

»Mit immer besseren Modulsimulationen und Charakterisierungsmethoden können die Modulhersteller immer noch etwas aus ihren Modulen herauskitzeln. Eine einprozentige Steigerung bedeutet heute bei einer Fertigungskapazität von 100 Megawatt pro Jahr einen Mehrgewinn von 200.000 Euro für den Modulhersteller, bei einem Gigawatt sind es dann zwei Millionen Euro. Da lohnt es sich, genauer hinzuschauen«, ergänzte Holger Neuhaus, Abteilungsleiter für Modultechnologie am Fraunhofer ISE. „Neben neuen Technologienentwicklungen ist die Optimierung einer der wichtigsten Hebel für die Verbesserung der Erträge einer Fertigung.“

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