Fraunhofer ISE: Designoptimierung von Photovoltaik-Modulen bringt bis zu sechs Prozent mehr Ertrag

Gemeinsam mit Industriepartnern haben das Fraunhofer Centrum für Silizium Photovoltaik CSP und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE im Projekt CTS1000+ gängige PV-Module intensiv untersucht, um noch nicht genutzte Möglichkeiten der Ertragssteigerung aufzuspüren. Durch die Kombination vieler kleiner Verbesserungen bei Komponenten und im Herstellungsprozess konnte das Projektkonsortium so eine Ertragssteigerung im Bereich von drei Prozent für PV-Module erreichen. Mit der Einführung größerer und geteilter Solarzellen im Photovoltaik-Modul konnte die Leistungsdichte um weitere drei Prozent gesteigert werden. Der Projektpartner und PV-Modulhersteller Heckert Solar hat das die Designoptimierung für seine Anfang 2023 in Betrieb genommene neue Fertigungsstätte von Photovoltaik-Modulen in Langenwetzendorf 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 PV-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 die Kosten pro Watt Leistung durch verbesserte Materialabstimmungen und einen effizienteren Materialeinsatz.

Designoptimierung von Photovoltaik-Modulen durch Simulation

Grundlage vieler Verbesserungen waren Modellierungen. Ein über Simulationen optimierter Rahmen, den Heckert Solar für seine Produktlinie übernommen hate, spart Aluminium und senkt bei gleicher mechanischer Stabilität den ökologischen Fußabdruck und die Kosten der Photovoltaik-Module. Zudem konnte man gesenkte Materialkosten auch durch dünnere Zellverbinder erreichen. 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 Wissenschaftler:innen außerdem kürzere Prozesszeiten bei gleicher Prozessqualität erreichen.

Präzise Fehlererfassung in Lötstellen

Der Projektpartner Denkweit entwickelte im Rahmen des Projekts ein innovatives Messgerät für Stromflüsse basierend auf der Erfassung von Magnetfeldern. Dadurch konnten die Wissenschaftler:innen Möglichkeiten zur Fehlererfassung in Lötstellen erweitern. Die neue Generation von Sensoren hat man im Projekt auch verwendet, um ungleichmäßig verteilte Strompfade im PV-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“, sagt Holger Neuhaus, Abteilungsleiter für Photovoltaik-Modultechnologie am Fraunhofer ISE. Neben neuen Technologienentwicklungen sei die Designoptimierung von Photovoltaik-Modulen einer der wichtigsten Hebel für die Verbesserung der Erträge einer Fertigung.

Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH