Sonnenkraft für Sensorknoten

Autor: solarstrombauer (Helmut Thomas)

Presseinformation von  FORSCHUNG KOMPAKT der Fraunhofer-Gesellschaft vom 1.09.2013

Winzige Solarzellen, die direkt auf einen Siliziumchip aufgebracht werden, könnten zukünftig drahtlose Sensornetze effizient und zuverlässig mit Strom versorgen. Das erleichtert vor allem großflächige Anwendungen, etwa in der Landwirtschaft.

Teamplayer sind fast überall mehr gefragt als Einzelkämpfer – denn wer mit anderen an einem Strang zieht, erzielt bessere Leistungen. Das gilt nicht nur für uns Menschen: Auch Sensoren sind im Team stärker. Sensor- netzwerke, deren einzelne Module drahtlos miteinander kommunizieren, sind in der Lage, großflächig Parameter in ihrer Umwelt zu messen und diese Daten untereinander bis an eine zentrale Station weiterzugeben. Damit eignen sie sich für unterschiedlichste Einsatzgebiete – vom Brand- schutz bis zum Monitoring von großen Anbauflächen in der Landwirtschaft. Ein Knackpunkt ist bei solchen Anwendungen nach wie vor die Energieversorgung der einzelnen Sensormodule. Eine Verkabelung gilt angesichts der aufwändigen Installation heute kaum noch als Option. Zudem ist es bei vielen Anwendungen entscheidend, dass sich das Sensornetzwerk unauffällig in die Umgebung integrieren lässt und nicht die Ästhetik beeinträchtigt – etwa bei Systemen zur Regelung der Fenster- stellung als Teil eines intelligenten Gebäudemanagements. Beim Betrieb mit Batterien stören zwar keine lästigen Kabel mehr – nicht zu unterschätzen ist hier allerdings der Wartungsaufwand durch die regelmäßig nötigen Batteriewechsel, gerade bei großen Netzwerken. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS haben jetzt gemeinsam mit der SOLCHIP Ltd. eine pfiffige Alternative entwickelt und nutzen für die Energieversorgung eine Ressource, die fast überall umsonst zur Verfügung steht: Das Sonnenlicht. »Wir bringen mittels spezieller Prozessschritte eine Mini-Solarzelle direkt auf den Silizium-Chip eines Sensormoduls auf«, erklärt Dr. Andreas Goehlich, der das Projekt auf IMS-Seite leitet. Das klingt einfacher, als es ist. Denn die ASICS (Application Specific Integrated Circuits) auf dem Silizium-Chip dürfen durch nachfolgende Prozess- schritte nicht beschädigt werden. ASICS sind anwendungsspezifische mikroelektronische Schaltkreise – quasi das »Gehirn« des Sensormoduls und ermöglichen erst dessen spezifische Funktionen. Sie werden in mehreren Bearbeitungsschritten, etwa Ionenimplantationen, Oxidation oder Metallabscheidungen, auf einem Stück Silizium gefertigt. »Die Strukturen von ASCIS sind sehr empfindlich, das macht die nachfolgende Bearbeitung so heikel«, erläutert Goehlich. »Wir nutzen daher eine speziell entwickelte ›sanfte‹ Prozesstechnologie, die sich bereits bei unterschiedlichsten ASICS bewährt hat«.

Licht als Energiequelle

Mit den Mini-Solarzellen setzen die Duisburger Forscher auf eine Methode, die sich vor allem im low-power-Bereich zunehmend etabliert: »Energy Harvesting« nutzt Ressourcen aus der unmittelbaren Umgebung, um daraus kleine Mengen an Strom zu erzeugen. Die Sensormodule sind damit ihre eigenen kleinen Kraftwerke und werden unabhängig von externen Stromquellen. Als Energieressourcen können beispielsweise auch Wärmegradienten oder Vibrationen dienen. Im Vergleich zu diesen Lösungen sieht Goehlich bei den Solarzellen einige Vorteile: »Licht steht über eine lange Zeitspanne nahezu konstant zur Verfügung und unterliegt auch nicht so starken Schwankungen wie dies bei anderen Ressourcen oft der Fall ist«. Ein weiterer Pluspunkt: Sonnenenergie lässt sich relativ leicht in Strom umwandeln. Derzeit steht bei den Entwicklungsarbeiten vor allem die Anwendung in der Landwirtschaft im Fokus. Als »smart dust« könnten drahtlose, energieautarke Sensornetzwerke beispielsweise großflächig auf Anbauflächen verteilt werden. Goehlich: »Bildlich gesprochen werden die Sensorknoten einfach auf dem Feld ausgestreut.« Die kleinen intelligenten Helfer messen etwa die Bodenfeuchtigkeit oder die Sonneneinstrahlung und senden die Daten an eine zentrale Schnittstelle. Der Landwirt kann dann anhand der Messergebnisse beispielsweise die Bewässerung anpassen oder sogar den zu erwartenden Ernteertrag ableiten. Die Technologie ist einsatzbereit – SOLCHIP Ltd. kümmert sich nun um die Vermarktung.

Über Fraunhofer IMS

Das Institut

Das Fraunhofer IMS besteht als eigenständiges Institut der Fraunhofer-Gesellschaft seit Mitte 1984, bezog das hierfür errichtete Institutsgebäude 1987, das entsprechend der steigenden Anforderungen 1992, 2001 und 2005 baulich erweitert wurde. Gründung und Aufbau erfolgten unter dem langjährigen Institutsleiter Prof. Dr. Günter Zimmer; seit dem 01.01.2006 hat Herr Prof. Dr. Anton Grabmaier die Leitung unseres Instituts übernommen.

Gemäß dem Leitbild der Fraunhofer-Gesellschaft führen wir im Fraunhofer IMS Forschung, Entwicklung und Pilotfertigung mikroelektronischer Lösungen für Anwender aus Wirtschaft und Gesellschaft durch. Zweites Standbein sind Auftraggeber aus der Halbleiterindustrie.

 

Quelle und weitere Informationen unter       www.ims.fraunhofer.de

Kontakt Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS:
Martin van Ackeren
Telefon: +49 203 3783-130
Fax: +49 203 3783-266
Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme, IMS
Finkenstraße 61
47057 Duisburg

Optimiertes Lichtmanagement: Fraunhofer CSP entwickelt neuartigen Test zur Verringerung optischer Verluste bei Solarmodulen

Autor: solarstrombauer (Helmut Thomas)

Presseinformation des Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP vom 12.06.2013

Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP und die Firmen f solar GmbH, KURARAY Europe GmbH und SCHLENK AG tragen gemeinsam zur Effizienzsteigerung von Solarmodulen bei: Die drei Unternehmen kombinieren ihre jeweiligen Produkte in Test-Modulen und lassen die bestmögliche Kombination erforschen. Das Fraunhofer CSP entwickelt hierfür eine neuartige Charakterisierungsmethode, die alle Einzelkomponenten untersucht und bewertet. Dabei führt die exakte Abstimmung jeder einzelnen Komponente zu über 5 Prozent Effizienzsteigerung des neu kreierten Gesamtsystems.

Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP und die Firmen f solar GmbH, KURARAY Europe GmbH und SCHLENK AG tragen gemeinsam zur Effizienzsteigerung von Solarmodulen bei: Die drei Unternehmen kombinieren ihre jeweiligen Produkte in Test-Modulen und lassen die bestmögliche Kombination erforschen. Das Fraunhofer CSP entwickelt hierfür eine neuartige Charakterisierungsmethode, die alle Einzelkomponenten untersucht und bewertet. Dabei führt die exakte Abstimmung jeder einzelnen Komponente zu über 5  Prozent Effizienzsteigerung des neu kreierten Gesamtsystems.

Ziel der drei Firmen war es, die optischen Verluste bei Solarmodulen zu verringern und damit den Gesamtertrag zu maximieren. So wurde u.a. 2 mm dünnes Solarglas mit Antireflexbeschichtung (ARC) von f solar mit speziell UV-durchlässiger Polyvinylbutyral-Kunststoff-Folie (PVB)  von Kuraray und Light Harvesting Strings (LHS) von Schlenk, einem mit Längsrillen versehenen, oberflächenveredeltem Zellverbinder, in einem Solarmodul kombiniert. Die unabhängige Forschungseinrichtung Fraunhofer CSP untersuchte, aus welchen Kombinationen sich welche Verbesserungen ergeben. Hierfür wurden elektrisch und optische Charakterisierungsmethode genutzt, die jede einzelne Komponente in ihrer Wirkung und ihrer Wechselwirkung im »Gesamtsystem Modul« analysierte, bestimmte und verifizieren.

Die Solarmodule wurden am Fraunhofer CSP hergestellt und elektrisch sowie optisch vermessen. Dabei wurden zunächst eine Vielzahl von 1-Zell-Minimodulen unterschiedlicher Materialkombinationen und anschließend optimierte 54-Zell-Module gefertigt und mit Standard-Modulen verglichen: »Wir konnten zeigen, dass die optischen Verluste bei den kombinierten (Glas-Glas-)Modulen mit 2 mm antireflexbeschichteten Gläsern, besonderen UV-durchlässigen PVB sowie LHS-Verbindern fast 40 Prozent gegenüber einem Standardmodul reduziert werden konnten,« erklärt Dr. Jens Schneider, Leiter des Modultechnologiezentrums des Fraunhofer CSP. Der resultierende Leistungsgewinn aus allen Ansätzen zur Verringerung der optischen Verluste wurde an 54-Zell-Modulen gemessen. Im Vergleich mit einem herkömmlichen Modul, steigen Strom und Effizienz um über fünf Prozent relativ.

Das Fraunhofer CSP

Das Fraunhofer CSP betreibt angewandte Forschung in den Themengebieten der Siliziumkristallisation, Solarwaferfertigung und der Solarmodultechnologie. Mit höchster Kompetenz entwickelt es neue Technologien von der Ingotherstellung bis zur

Modulfertigung beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Materialien entlang der Wertschöpfungskette. Ferner wird die Bewertung von Solarzellen und Modulen sowie die elektrische, optische und mikrostrukturelle Material und Bauteilcharakterisierung durchgeführt. Hierfür stehen hochmoderne Forschungs- und Analysegeräte zur Verfügung. Das Fraunhofer CSP ist eine gemeinsame Einrichtung des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE.

Steigende Energiepreise und die Verknappung fossiler Ressourcen sind treibende Faktoren bei der Entwicklung und Nutzung erneuerbarer Energiequellen. Eine große Herausforderung für die Photovoltaik-Branche – die wir gerne annehmen! Das Fraunhofer CSP arbeitet daran mit, dass alternative Energie zu gleichen Preisen wie konventioneller Strom angeboten wird.

Um dies zu erreichen bündeln wir in Halle (Saale) das Know-how zweier Institute: Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM bringt sein Know-how auf dem Gebiet der Optimierung und Bewertung von Silizium-Prozesstechnologien und Modulintegration mit ein. Das größte Solarforschungsinstitut in Europa Fraunhofer ISE, bietet seine Kompetenzen in der Materialherstellung, Solarzellen- und Modulentwicklung sowie Charakterisierung.

Das Fraunhofer CSP berät und stellt wissenschaftliches Know-how sowie technische High-Tech-Ausstattungen für Dienstleistungen zur Verfügung. Kommen Sie auf uns zu!

Das Fraunhofer CSP ist eine gemeinsame Einrichtung des Fraunhofer IWM und des Fraunhofer ISE.

Quelle und weitere Informationen unter   www.csp.fraunhofer.de

Kontakt:

Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP

Otto-Eißfeldt-Str.12
06120 Halle (Saale)
Telefon +49 (0) 345 5589-0
Fax +49 (0) 345 5589-101

Photovoltaik-Module schneller ummanteln

Autor: solarstrombauer (Helmut Thomas)

Presseinformation von  FORSCHUNG KOMPAKT der Fraunhofer-Gesellschaft vom 5.04.2013

Solarzellen müssen viel aushalten: Schnee, heiße Sommertage, Regen und Feuchtigkeit. Um sie bestmöglich zu schützen, betten die Hersteller die Zellen in Kunststoff ein, meistens in Ethylenvinylacetat, kurz EVA.

Das Prinzip: Im ersten Schritt laminieren sie die Zellen. Dazu legen sie eine Folie um die Zellen und erhitzen diese. Ist der Kunststoff weich, wird der gesamte Stapel im Laminator zusammengepresst, so dass er gut um die Zellen herumfließt und sie umschließt. Dabei vulkanisiert der Kunststoff – er vernetzt also, es entsteht eine Art Gummi. Der Vorteil: In diesem Zustand ist das Material nicht mehr schmelzbar, es ist stabiler und schützt die Zellen besser vor mechanischen und thermischen Belastungen. Für die Vernetzung wird der Solarzellen-Kunststoff-Stapel im Vakuumlaminator auf bis zu 150 Grad Celsius erhitzt; diese hohe Temperatur gibt den »Startschuss« für die Vernetzung. Die Prozesszeiten für das Vulkanisieren sind allerdings recht lang: Etwa 20 Minuten muss der Zellenstapel im Laminator bleiben, manchmal auch länger, was die Produktionskosten in die Höhe treibt.

Laminieren in weniger als acht Minuten
Diesem Kostendruck können die Hersteller entweder prozessseitig oder materialseitig entgegenwirken, sprich: Sie können den Prozess selbst optimieren oder aber bessere Materialien verwenden. Forscher vom Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle unterstützen Hersteller künftig auf der Prozessseite, gemeinsam mit den Kollegen der Firma LANXESS: »Wir haben den Laminationsprozess so modifiziert, dass er statt 20 Minuten nur etwa 7 bis 8 Minuten dauert, wir konnten also die Dauer des Gesamtprozesses um mehr als 50 Prozent reduzieren«, sagt Dr. Stefan Schulze, Leiter des Teams Polymermaterialien am CSP. »Damit können wir im Vergleich zum Standardprozess in der gleichen Zeit doppelt so viele Module auf einer Anlage laminieren, was sich direkt in den Produktionskosten je Modul niederschlägt.«

Als Vorbild diente den Forschern Drucktinte beim Zeitungsdruck, die durch eine UV-Lampe in wenigen Sekunden vulkanisiert. Ebenso funktioniert der Vernetzer, den LANXESS verwendet – aktiviert durch UV-Strahlung statt durch hohe Temperaturen vernetzt er den Kunststoff innerhalb weniger Sekunden bei gleichbleibender Qualität. Der Grund dafür liegt in den Kunststofffolien: Verwendet man die üblichen Additive im Kunststoff, muss man beim Mischen der Bestandteile darauf achten, ständig unterhalb der Vernetzungstemperatur zu bleiben – man muss also recht sanft mischen. Die entstehende Folie ist daher oft nicht sehr homogen. »Vernetzen die Additive dagegen über UV-Strahlung, können wir scharf mischen. Somit erzielen wir homogene Folien und damit eine bessere Vernetzung des Kunststoffes«, verdeutlicht Schulze.

Den UV-Vernetzungsprozess haben die Forscher vom CSP im Fraunhofer-Innovationscluster SolarKunststoffe entwickelt. Hier suchen sie Antworten auf folgende Fragen: Wie lässt sich der Prozess steuern? Welche Temperaturen sind notwendig? Und wie viel Strahlung braucht man? Die Mitarbeiter der Firma LANXESS haben sich dem Material gewidmet, also der Rezeptur und der Art und Menge des UV-Vernetzers. Eine Pilotanlage zur Vernetzung gibt es bereits am CSP: An ihr optimieren die Forscher nun die vier Parameter – die Strahlungsmenge, die Temperatur, die Lampenhöhe und die Vorschubgeschwindigkeit, mit der die Module unter den UV-Lampen durchfahren. »Der Prozess ist einsatzbereit«, sagt Schulze. Hohe Kosten für die Umrüstung ihrer Produktionsanlagen brauchen interessierte Hersteller nicht fürchten: Lediglich eine UV-Lampe müsste ergänzt werden.

Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP
Das Fraunhofer CSP betreibt angewandte Forschung in den Themengebieten der Siliziumkristallisation, der Solarmodultechnologie und Solarwaferfertigung. Mit höchster Kompetenz entwickelt es neue Technologien von der Ingotherstellung bis zur Modulfertigung und beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Materialien entlang der Wertschöpfungskette. Ferner wird die Bewertung von Solarzellen und Modulen sowie die elektrische, optische und mikrostrukturelle Material und Bauteilcharakterisierung durchgeführt. Hierfür stehen hochmoderne Forschungs- und Analysegeräte zur Verfügung. Das Fraunhofer CSP ist eine gemeinsame Einrichtung des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE.

Steigende Energiepreise und die Verknappung fossiler Ressourcen sind treibende Faktoren bei der Entwicklung und Nutzung erneuerbarer Energiequellen. Eine große Herausforderung für die Photovoltaik-Branche – die wir gerne annehmen! Das Fraunhofer CSP arbeitet daran mit, dass alternative Energie zu gleichen Preisen wie konventioneller Strom angeboten wird.

Um dies zu erreichen bündeln wir in Halle (Saale) das Know-how zweier Institute: Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM bringt sein Know-how auf dem Gebiet der Optimierung und Bewertung von Silizium-Prozesstechnologien und Modulintegration mit ein. Das größte Solarforschungsinstitut in Europa Fraunhofer ISE, bietet seine Kompetenzen in der Materialherstellung, Solarzellen- und Modulentwicklung sowie Charakterisierung.

Das Fraunhofer CSP berät und stellt wissenschaftliches Know-how sowie technische High-Tech-Ausstattungen für Dienstleistungen zur Verfügung. Kommen Sie auf uns zu!

Das Fraunhofer CSP ist eine gemeinsame Einrichtung des Fraunhofer IWM und des Fraunhofer ISE.

Quelle und weitere Informationen unter   www.csp.fraunhofer.de

Kontakt:

Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP

Otto-Eißfeldt-Str.12
06120 Halle (Saale)
Dr. Stefan Schulze
Telefon +49 345 5589-407

Meldepflicht für alle Anlagenbetreiber

Autor: solarstrombauer (Helmut Thomas)
Bundesnetzagentur: Seit dem 1. Januar 2009 sind die Betreiberinnen und Betreiber von Photovoltaikanlagen gemäß § 16 Abs. 2 S. 2 des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) verpflichtet, Standort und Leistung dieser Anlagen der Bundesnetzagentur zu melden. Andernfalls ist der Netzbetreiber nicht zur Vergütung des Stroms verpflichtet. Der Bundesnetzagentur muss die installierte Leistung aller Solarmodule (Photovoltaikanlagen) gemeldet werden, die ab dem 1. Januar 2009 neu in Betrieb gehen und für die eine Vergütung nach § 32 oder § 33 EEG gezahlt wird. Nicht zu melden sind Photovoltaikanlagen, wenn deren Betreiber den darin erzeugten Strom ausschließlich selbst verbraucht (z.B. im eigenen Haushalt) und eine Vergütung nach dem EEG nicht erfolgt. Zu melden sind der Bundesnetzagentur nur Anlagen, bei denen das Datum der Inbetriebnahme verbindlich feststeht. Die Meldung sollte spätestens mit der Inbetriebnahme erfolgen. Von Meldungen, die länger als zwei Wochen vor dem Inbetriebnahmedatum liegen, ist abzusehen.

Für die Meldung von PV-Anlagen ist das PV-Meldeportal der Bundesnetzagentur zu nutzen; PV-Anlagen müssen ausschließlich auf diesem Weg gemeldet werden. Eine Meldung über das Anlagenregister der Bundesnetzagentur und eine Verwendung des pdf-Meldeformulars ist nicht möglich.

Zugang zum PV-Meldeportal

 

Weitere Informationen  für Strom aus Photovoltaik-Anlagen sind auf der Internetseite der Bundesnetzagentur unter: www.bundesnetzagentur.de zu finden.

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