Krachend landet das Fahrrad auf den Modulen. Doch statt in tausend Einzelteile zu zersplittern, biegt sich das Frontglas nur bedenklich weit durch. Es bleibt aber genauso heil wie die darunter liegenden Solarzellen. Die bessere Kräfteverteilung im Glas-Glas-Modul macht es möglich, dass der Radkünstler von einem Modul zum anderen springen kann ohne dass auch nur eines Schaden nehmen würde. Solarworld weiß, wie man Produkte gekonnt in Szene setzt. Hier in München ist der Fahrradtrail über die Module die Attraktion auf dem Freigelände der Messe.
Das Glas-Glas-Modul von Solarworld ist aber nur ein neues Produkt, das auf der europäischen Leitmesse der Photovoltaikbranche ausgestellt wird. Waren es im vergangenen Jahr vor allem die Energiespeicher, die im Mittelpunkt des Interesses der Messebesucher standen, sind in diesem Jahr die Komponentenhersteller mit vielen neuen Produkten nach München gekommen.
Dazu gehört auch das Glas-Glas-Modul von Solarworld. Der Bonner Konzern hat bereits im vergangenen Jahr mit der Produktion begonnen und verspricht eine längere Lebensdauer des Moduls mit entsprechend höherem Gesamtertrag. Dann wird der Stromgestehungspreis natürlich geringer. Satte 30 Jahre soll das Modul halten, verspricht Solarworld. „Wenn wir Silikon als Folienmaterial für die Rückseite nehmen, ist das Modul nicht eingekapselt“, erklärt Holger Neuhaus, Forschungsleiter von Solarworld. „Denn durch die Kunststofffolie diffundiert immer Wasser, so dass die Zellen darunter mit der Zeit korrodieren. Das kann bei Glas als Rückseitenmaterial nicht passieren.“ Das Modul besteht aus dem Frontglas, einer durchsichtigen Folien, den Solarzellen und dem Rückseitenglas. Die Herausforderung war, das Glas so dünn wie möglich zu halten. Schließlich muss der Hersteller auch an die Installateure denken, die auf keine Fall mehr als 20 Kilogramm pro Modul aufs Dach schleppen wollen. Deshalb müssen beide Glasscheiben so dick werden wie vorher das Frontglas allein hatte. Solarworld hat einen Glasanbieter gefunden, der ein zwei Millimeter dickes Glas anbietet, das den Anforderungen an ein Solarmodul standhält. So konnte das Unternehmen das Gewicht der Module mit 19 Kilogramm unter der Schallgrenze halten.
Das Gewicht zählt
Will der Installateur noch weniger aufs Dach tragen, muss er seinem Kunden das Glas-Glas-Modul von ZNShine ans Herz. Der chinesische Modulbauer mit Tochtersitz in Frankfurt/Main hat es geschafft, das Sandwich auf eine Dicke von fünf Millimetern zu begrenzen und das Gewicht auf unter 18 Kilogramm zu senken. Zudem verspricht der Hersteller 35 Jahre Modullebensdauer. Auch bei ZNShine sind die Solarzellen zwischen zwei EVA-Folien gepackt und vorn und hinten mit einem jeweils zwei Millimeter dicken Glas versehen. In der Herstellung ist der Aufwand im Vergleich zum normalen Modul nur unwesentlich geringer. Das Unternehmen könne auch noch weitere Glasdicken anbieten, verspricht ZNShine. Allerdings müsse man vorher noch weitere Analysen zu den Auswirkungen der Glasdicke durchführen.
Das Glas-Glas-Modul von Hanwha Q-Cells aus dem Solarvalley in Sachsen-Anhalt ist wieder von der Bildfläche verschwunden. „Wir hatten im letzten Jahr einen Prototypen hier gezeigt, das alle Anforderungen für extreme Klimabedingungen erfüllt hat. Aber durch unseren Anspruch an Qualität und vielseitige Verwendung konnte das Produkt kostenseitig noch nicht mithalten“, erklärt Hans-Jürgen Bäcker, Produktmanager von Hanwha Q-Cells. „Man könnte zwar Kompromisse im Anwendungsbereich eingehen und die Kosten reduzieren, indem man Standardprozesse und -materialien verwendet. Aber unsere Erfahrung ist, dass eine derartige Kostenreduktion am Glas-Glas-Modul häufig zu Zuverlässigkeitsproblemen wie Delamination führt und dieses Risiko wollten wir nicht eingehen.“ Statt dessen hat man sich in Thalheim mit der Weiterentwicklung der Zelltechnologie beschäftigt. Das Ergebnis ist die Quantumzelle, die in allen neuen Modulen aus Thalheim steckt.
Mit Farbnouancen spielen
Die Zelle ist mit der PERC-Technologie vergleichbar. Auch Q-Cells verspiegelt die Rückseite und schickt das im ersten Anlauf durch die Zelle gegangene Licht noch einmal in den Halbleiter zurück. Damit erreichen sie eine Leistung von bis zu 275 Watt aus einem 60-Zellen-Modul. „Wir gehen jetzt noch einen Schritt weiter und wollen unabhängig vom Wafermaterial Module mit der Quantumtechnologie in unterschiedlichen Farbnouance anbieten“, sagt Jochen Endle, Pressesprecher von Q-Cells. Das erreichen die Thalheimer über verschiedenfarbige Zellvorderseiten. Wie es genau funktioniert, will Q-Cells noch nicht verraten. Die Module sind noch im Prototypenstadium, die sie auf der Intersolar ausstellen. Zusätzlich bietet Q-Cells die Möglichkeit verschiedenfarbige Backsheets einzusetzen. So bringt ein schwarzes Backsheet noch einmal eine dunklere Optik, hat aber dann den Nachteil, dass die Leistung des Moduls aufgrund der Lichtabsorption im Backsheet leicht sinkt. Bei Q-Cells spricht man von fünf Watt pro Modul. Diese Module sind aber noch nicht auf dem Markt. Ebenso wenig wie Module, in denen Lesitungsoptimierer gleich in die Junctionbox integriert sind. „Wir evaluieren derzeit, den Einsatz von integrierten Leistungsoptimierern auch im Hinblick auf die Zuverlässigkeit“, sagt Hans-Jürgen Bäcker. „Zugleich prüfen wir die Kundenakzeptanz und schätzen das Marktpotenzial ab, bevor wir uns entscheiden, ein solches Modul in unser Portfolio aufzunehmen.“
Die Leistungsoptimierung ist für Innotech Solar eine klare Option. Der Modulhersteller bricht die Optimierung auf die Zellebene herunter. Pro Modul baut der deutsch-skandinavische Hersteller drei kleine Chips ein. Jeder dieser Chips optimiert die Leistung eines Substrings von 20 Zellen. Im Chip ist ein MPP-Tracker und ein DC-DC-Steller integriert. „Damit erreichen wir auch im Falle einer Verschattung im Substring immer noch den maximalen Ertrag“, erklärt Knud Clausen, Produktmanager von Innotech Solar. „Dieser ist natürlich durch den Bereich reduziert, der verschattet ist, aber es wird immer noch Strom produziert.“ Ist ein Teil des Moduls verschattet, fällt im Standardmodul die Stromstärke im Zellstrang und der Strom wird über die Bypassdiode abgeleitet. Der Leistungsoptimierer erhöht die Stromstärke des Zellstrang auf 8,5 Ampere. Gleichzeitig fährt er die Spannung herunter. Dadurch kommt zwar am Ende weniger Leistung aus dem Zellstrang, doch die Stromstärke bleibt erhalten und zieht nicht die anderen Zellstränge in Mitleidenschaft. Damit geht auch nur der Teil der Leistung des Moduls verloren, der tatsächlich verschattet ist und nicht der komplette Zellstring, der immerhin ein Drittel der gesamten Modulleistung ausmacht. Da der Strom des Zellstrangs wieder auf das Niveau des Modulstroms angehoben wird, nutzt Innotech die Leistung des gesamten Strings und muss sie nicht über die Bypassdioden ableiten. “Eine zentrale Anschlussdose mit integrierten Bypass-Dioden ist bei diesem Modulkonzept nicht nötig und wird durch zwei kleine Anschlussknöpfe ersetzt“, betont Knud Clausen. Innotech Solar will das Modul noch im vierten Quartal dieses Jahres auf den Markt bringen. „Wir suchen jetzt Kunden, die an Referenzanlagen interessiert sind, so dass wir die bereits begonnenen Feldtests ausweiten können“, erklärt Clausen. „Wir planen aber jetzt schon die Massenfertigung des Moduls.“
Leistungsoptimierte Batterie
Der Primus auf dem Leistungsoptimierermarkt, Solar Edge, hat auf der diesjährigen Intersolar seinen neuen Optimierer für das 72-Zellen-Modul vorgestellt. Die interessanteste Neuentwicklung ist aber die Speicherlösung der Israelis. Denn anders als die herkömmlichen Speicher wird diese mit Leistungsoptimierern auf den Markt kommen. „Das funktioniert auf die gleiche Art wie die Leistungsoptimierung eines Modulstrings“, erklärt Lior Handelsman, Marketing- und Produktmanager von Solar Edge. Im gesamten Akku gleichen die Leistungsoptimierer einen eventuellen Mismatch zwischen den einzelnen Batteriezellen so aus, dass nicht mehr die schwächste Zelle die Leistung und Kapazität des gesamten Speichers bestimmt. Bringt eine Batteriezelle weniger Leistung, wird sie eine geringere Spannung und Stromstärke liefern. Die Leistungsoptimierer erhöhen die Spannung der anderen Batteriezellen und senken deren Stromstärke ab, so dass am Wechselrichter wieder die ursprüngliche Spannung ankommt. „Die Batterie verhält sich insgesamt wie ein Modulstring. Für den Wechselrichter ist das einfach nur nutzbare Leistung. Wenn eine Batteriezelle komplett tot ist, können wir immer noch die restlichen Batterien nutzen, weil durch die Optimierer immer noch die gleiche Spannung am Wechselrichter anliegt“, sagt Handelsman.
Der Speicher funktioniert aber nur mit Wechselrichtern von Solar Edge, da diese mit einer festen Eingangsspannung arbeiten und das MPP-Tracking den Optimierern überlassen. Ein Vorteil ist: Der Speicher kann jederzeit auf der Gleichstromseite einer bestehenden Anlage nachgerüstet werden. „Er kann an jedem freien Eingang eines beliebigen Wechselrichters von Solar Edge angeschlossen werden“, erklärt Handelsman. „Wenn der Betreiber die Speicherkapazität erhöhen will, kann er einfach einen weiteren Speicher an einen Wechselrichter anschließen und er wird sofort funktionieren. Das ist eine echte Plug-and-Play-Lösung.“ Handelsman rechnet damit, dass der Speicher im ersten Quartal 2015 am Markt ist.
Redoxflow für kleine Anwendungen
Damit konnte Solar Edge aber nicht den neuen Intersolaraward in der Kategorie Speicher gewinnen. Den haben die Konkurrenten von ViZn Energy Systems aus Columbia Falls, Montana, gewonnen. Die Jury prämierte die Studie der Amerikaner einer Redoxflow-Batterie mit einer Kapazität von 160 Kilowattstunden. Entscheidend dabei war, dass die Amerikaner kein Vanadium als Elektrolyt einsetzen, sondern statt dessen auf ein preiswertes nicht ätzendes Zink-Eisen-Elektrolyt zurückgreifen. Wie alle Redoxflow-Batterien bisher ist auch dieser Speicher vor allem für die gewerblichen Anwendungen gedacht. Für die Anwendung im Einfamilienhausbereich ist der Speicher viel zu groß. Auf diesen konzentriert sich die Schmid Gruppe. Ihrer Studie einer Redoxflow-Batterie hat eine Kapazität von 14 Kilowattstunden. Das wäre für einen Lithium-Akku viel zu groß. Die Redoxflow-Technologie hat aber den entscheidenden Vorteil, dass die Speicher auch längere Zeit auf dem gleichen Füllstand stehen können, ohne Schaden zu nehmen. „Man kann auch die gespeicherte Energie von einer Woche auf die nächste Woche behalten“, erklärt Christophe Féry, Produktmanager von Schmid Energy Systems, die Vorteile der Redoxflow-Technologie. „Der Betreiber muss sich nicht so sehr um den jeweiligen Ladezustand der Batterie kümmern.“ Ein weiterer Vorteil ist, dass die Batterie komplett entladen werden kann, ohne Schaden zu nehmen. Das einzige Problem dann ist aber, dass im Speicher zwei Pumpen arbeiten, um die beiden Flüssigkeitskreisläufe beim Laden und Entladen am Laufen zu halten. Diese Pumpen brauchen Strom. Den bekommen sie im Zweifelsfall aus den Reststrommengen, die noch in der Batterie gespeichert sind. „In einem nächsten Entwicklungsschritt werden wir den Speicher so steuern, dass die Photovoltaikanlagen zuerst die Pumpen versorgt“, sagt Féry. „Erst wenn diese laufen, wird der Solarstrom in die Batterie eingespeichert.“ Die Pumpen müssen immerhin 560 Liter Schwefelsäure als Elektrolyt bewegen. „Die Energiedichte liegt bei 25 Wattstunden pro Liter. Das sind bei 560 Litern 14 Kilowattstunden“, rechnet Féry vor. „Der vernünftige Arbeitsbereich liegt bei zehn Kilowattstunden. Dann gewährleisten wir, dass man mit drei Kilowatt 3,3 Stunden Strom liefern oder einspeichern kann. Natürlich sind die restlichen vier Kilowattstunden noch da. Nur dann wird die Leistung sinken, mit der man diese nutzen kann.“ Bisher ist der Speicher noch nicht am Markt. Aber Schmid rechnet damit, dass das Gerät Anfang des kommenden Jahres zum Kunden unterwegs sein wird.
