Autor: solarstrombauer (Helmut Thomas)

Presseinformation des Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP vom 04.06.2014

Solarzellen werden zum Schutz vor Umwelteinflüssen und zur einfachen Installation und Handhabung in Solarmodulen verschaltet und laminiert. Dabei reduzieren optische und elektrische Verluste die Leistung der Module. Durch das Halbieren der Solarzellen werden die Ströme in Zellen und Zellverbindern halbiert und die elektrischen Serienwiderstandsverluste reduziert. Am Fraunhofer CSP wurde so und durch eine geschickte Verschaltung der halben Zellen Solarmodule mit 15 W mehr Leistung hergestellt. Ein Solarmodul mit 144 halben Zellen liefert 330 W, während die Leistung des entsprechenden Referenzmoduls mit 72 ganzen Zellen 315 W beträgt. Dies entspricht einer Leistungssteigerung von knapp 5%. Die zusätzliche Leistung wird dabei durch eine Reduktion der elektrischen Verluste und eine verbesserte Optik in den Solarmodulen erzielt. Im Freifeld haben Ertragsmessungen über zehn Monate gezeigt, dass die Module 3% zusätzlicher Energie liefern. Die Neuentwicklung ist das Ergebnis eines einjährigen Projektes zwischen dem Solar Energie Research Institute of Singapore (SERIS) und dem Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP.

»Als nächste Schritte werden wir den Prozess der Zellteilung noch weiter verbessern um elektrische und mechanische Schädigungen beim Teilungsprozess besser zu verstehen, damit zu minimieren und die Umsetzung in die Fertigung vorantreiben«, sagt Dr. Jens Schneider, der Leiter der Modultechnologie am Fraunhofer CSP. Die halben Solarzellen werden hergestellt, in dem vollständig prozessierte ganze Zellen von der Rückseite mit einem Nanosekunden-Laser angeritzt und dann mechanisch gebrochen werden. »Eine weitere große Herausforderung und Chance in Halbzellenmodulen stellt das elektrische Verschaltungsdesign dar. Durch die größere Anzahl an Zellen wird es viel komplexer bietet jedoch auch Möglichkeiten die Module robuster gegen Verschattungen zu gestalten«, erklärt Schneider weiter.

Professor Jörg Bagdahn, der Leiter des Fraunhofer CSP, ist sich sicher, dass die Technologie sehr zügig in die industrielle Fertigung umgesetzt werden kann: »Gerade in der Phase eines starken Anstieges der weltweiten PV Installation ist die Industrie an Technologien interessiert, die sich in existierende Anlagen integrieren lässt«. Die weltweite Installation von Photovoltaikmodulen wird von 37 GW im Jahr 2013 auf
43-48 GW im Jahr 2014 steigen. Für 2018 wird von führenden Marktforschungs-instituten ein weltweiter Markt von 100 GW pro Jahr vorhergesagt.

Das Fraunhofer CSP wird ein neuartiges Halbzellen-Modul erstmals auf der »Intersolar«, der größten Fachmesse der Solarwirtschaft weltweit, in München der Fachwelt präsentieren. Das Fraunhofer CSP ist eine gemeinsame Einrichtung des Fraunhofer IWM in Halle und des Fraunhofer ISE in Freiburg.

Über Fraunhofer CSP

Forschungszentrum für Silizium-Photovoltaik

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

Autor: solarstrombauer (Helmut Thomas)

Presseinformation von  FORSCHUNG KOMPAKT der Fraunhofer-Gesellschaft vom 4.11.2013

Die Wärmestrahlung der Sonne ist für Silizium-Solarzellen größtenteils verloren. Hochkonverter jedoch wandeln die Infrarotstrahlung in nutzbares Licht um. Forscher nutzen diesen Effekt nun erstmals für die Stromerzeugung.

In der Sonnenstrahlung steckt mehr als das Auge sieht: Ein Sonnenbrand entsteht durch die unsichtbare UV-Strahlung, während die ebenfalls unsichtbare Infrarotstrahlung als Wärme auf der Haut zu spüren ist. Auch Solarzellen »sehen« nur einen Teil der Sonnenstrahlung: Bei jenen aus Silizium gehen etwa 20 Prozent der Energie des Sonnenspektrums verloren – denn sie können einen Teil der Infrarotstrahlung, kurz IR-Strahlung, nicht zur Stromerzeugung nutzen.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg haben – gemeinsam mit ihren Kollegen der Universität Bern und der Heriot-Watt University Edinburgh – nun erstmals einen Teil dieser Strahlung für Silizium-Solarzellen mit Hilfe eines Hochkonverters im praktischen Einsatz genutzt. Die Technologie, die Infrarot in nutzbares Licht umwandelt, ist seit den 1960er Jahren bekannt. Allerdings wird sie erst seit 1996 in Verbindung mit Solarzellen untersucht. »Wir konnten die Solarzellen sowie die Hochkonverter so optimieren, dass wir den bisher größten Gewinn an Effizienz erzielen konnten«, freut sich Stefan Fischer, Wissenschaftler am ISE. Das Potenzial ist groß: Silizium-Solarzellen wandeln theoretisch etwa 30 Prozent des Sonnenlichts, das auf sie fällt, in elektrischen Strom um. Hochkonverter könnten diesen Anteil auf 40 Prozent erhöhen.

Eine »Leiter« für Lichtteilchen

Doch wie schafft es der Hochkonverter, das IR-Licht für die Solarzelle zu nutzen? Treffen die Sonnenstrahlen auf die Solarzelle, absorbiert diese das sichtbare und das nahinfrarote Licht. Der infrarote Anteil wird jedoch nicht absorbiert, er geht durch sie hindurch. Auf der Rückseite trifft er auf den Hochkonverter – im Wesentlichen ein mikrokristallines Pulver aus Natrium-Yttrium-Fluorid, das in einen Polymer eingebettet ist. Ein Teil des Yttriums haben die Wissenschaftler durch das optisch aktive Element Erbium ersetzt, welches letztendlich für die Hochkonversion verantwortlich ist.

Trifft nun Licht auf diesen Hochkonverter, regt es die Erbium-Ionen an. Das heißt, diese werden in einen höheren Energiezustand versetzt. Man kann sich diese Reaktion wie den Aufstieg auf eine Leiter vorstellen: Ein Elektron im Ion nutzt die Energie des Lichtteilchens, um auf die erste Stufe der Leiter zu treten. Ein weiteres Lichtteilchen lässt das Elektron auf die zweite Stufe klettern, und so weiter. Von der obersten Stufe kann das so angeregte Ion dann herunter »springen«. Dabei entsendet es Licht mit der Energie all jener Lichtteilchen, die dem Elektron beim »Hochklettern« geholfen haben. Der Hochkonverter sammelt die Energie mehrerer dieser Teilchen und überträgt diese auf ein Einziges. Dieses hat dann so viel Energie, dass die Solarzelle es »sieht« und nutzen kann.

Um einen solchen Hochkonverter einsetzen zu können, mussten die Forscher die Solarzellen optimieren. Denn üblicherweise sind sie auf der Rückseite mit Metall bedampft, damit der Strom aus den Solarzellen herausfließen kann – es kann also kein Licht hindurch. »Wir haben die Solarzellen mit Metallgittern auf der Vorder- wie auf der Rückseite versehen, damit das IR-Licht durch die Solarzelle hindurch geht. Zudem lässt sich das Licht so von beiden Seiten nutzen, man spricht von einer bifacialen Solarzelle«, erläutert Fischer. Vorder- und Rückseite der Solarzelle haben die Wissenschaftler mit speziellen Antireflex-Beschichtungen versehen. Diese entspiegeln die Oberflächen und sorgen dafür, dass die Zelle möglichst viel Licht aufnimmt. »Wir haben die Antireflex-Schichten erstmals auch für die Rückseite der Solarzelle optimiert. Das könnte die Effizienz der Module erhöhen und deren Energieerträge steigern. Erste Firmen versuchen das bereits zu realisieren, indem sie beidseitige Solarzellen verwenden«, so Fischer.

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

Dr. Stefan Schulze
Telefon +49 345 5589-407

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

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