Neue Prüfverfahren sollen Dünnschicht-Solarmodule genauer und schneller testen
Bessere Vorhersage von PV-Erträgen
Mit Sonnensimulation, Vorbeleuchtung, Klima- und Belastungstests wollen die Forscher des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW) grundlegende Messverfahren entwickeln, die an die spezifischen Erfordernisse der Dünnschichttechniken angepasst sind. Dazu hat das Institut sein Testlabor Solab um einige interessante Messmöglichkeiten erweitert.
Um das Marktwachstum der Dünnschicht-Photovoltaik weiter beschleunigen zu können, braucht man nach Überzeugung der Experten des ZSW deutlich genauere und effizientere Messverfahren. Lag der Marktanteil der Dünnschichtphotovoltaik bis 2006 noch im einstelligen Prozentbereich, werden für 2010 bereits 20 bis 30 Prozent prognostiziert. »In diesem dynamischen Markt werden verlässliche Daten zur Qualität der Dünnschichtmodule immer wichtiger«, erklärt Dr. Michael Powalla, Mitglied im ZSW-Vorstand und Geschäftsbereichsleiter Photovoltaik. »Dafür brauchen Hersteller und Zertifizierer jedoch genauere Messverfahren. Das Team unseres neuen Solar-Testlabors ‚Solab’ ist jetzt in der Lage, auf Dünnschichtmodule verschiedenster Hersteller zugeschnittene, standardisierte Messverfahren zu entwickeln.«
Nach Dr. Powallas Überzeugung haben Forschung und Industrie für die Dünnschichttechnik bislang noch keine ausreichend präzisen Prüfverfahren für Nennleistung und Langzeitstabilität. Das könne mitunter gravierende Auswirkungen für Errichter und Betreiber von PV-Anlagen haben: Nur fünf Prozent Unterleistung einer 1-MW-Anlage schlügen mit rund 13.000 Euro Verlust pro Jahr zu Buche.
In diese Wissenslücke stößt jetzt das ZSW. Zusammen mit dem TÜV Rheinland und der Industrie will das ZSW in einem Forschungsprojekt des Bundesumweltministeriums bessere Testnormen für das Labor und Freifeld entwickeln. Gerade die Verknüpfung exakter Freifeldmessungen auf Modul- und Systemebene mit beschleunigten Alterungstests im Labor sollen die Vorhersagbarkeit der PV-Erträge verbessern.
Neue Testmöglichkeiten
Neben den bereits bestehenden Klimakammern und einem Sonnensimulator der Klasse AAA stehen dem »Solab« nun eine Reihe neuer Messmöglichkeiten zur Verfügung. So kann z.B. der Sonnensimulator künftig auch Module bis zu einer Diagonale von 3,4 m untersuchen.
Ein neuer Lichttisch unterzieht die Module einer definierten Vorbeleuchtung, dem so genannten »Light-Soaking«. Erst danach kommen sie unter den Sonnensimulator. Der Hintergrund: Bei Dünnschichtmodulen ist eine einheitliche Vorbehandlung nötig, weil sie je nach Technologie unterschiedlich auf Dunkelheit und Licht reagieren. Werden z.B. CIS-Module vor der Messung in der Dunkelheit gelagert, verfälscht das die Leistungsmessung. Hersteller mussten daher in ihren Datenblättern unter Umständen einen niedrigeren Wirkungsgrad angeben als tatsächlich erreicht. Mit dem Lichttisch soll es hier künftig präzisere Daten geben.
Zudem führt das ZSW nun detaillierte UV-Tests durch, bei denen geprüft wird, ob die Kunststoffkomponenten durch Sonnenlicht in Mitleidenschaft gezogen werden. Die Forscher interessiert aber auch, ob das blaue UV-Licht als alternative Vorbeleuchtungsquelle einsetzbar ist. Das ist bislang nicht ausreichend erforscht, könnte aber möglicherweise die Vorbeleuchtungszeit drastisch reduzieren und somit Kosten sparen.
Nicht zuletzt können die Wissenschaftler Tests zur Zug- und Druckbelastung künftig schneller durchführen, weil der Umbau des Moduls entfällt. Diese Prüfung ist besonders wichtig beim Einsatz von Dünnschicht-Solarmodulen für die Gebäudeintegration.
Die neuen Messverfahren im »Solab« sollen Schwachstellen der Module systematisch aufdecken, um sie per materialwissenschaftlicher Ursachenforschung zu erklären. Das hilft den Herstellern, ihre bestehenden, aber auch neu entwickelten Produkte hinsichtlich Leistung und Lebensdauer zu optimieren.
ZSW : Stark in der Forschung
Das ZSW gehört zu den renommiertesten Forschungsinstituten auf den Gebieten Photovoltaik, Energiesystemanalyse, regenerative Kraftstoffe, Batterietechnik und Brennstoffzellen. 2006 brachte das Institut die CIGS-Dünnschichttechnik mit einem Industriepartner zur Industriereife. An den drei Standorten Stuttgart, Ulm und Widderstall sind derzeit rund 170 Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker beschäftigt. Sie erwirtschaften einen Umsatz von über 20 Millionen Euro.
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