Forscher des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben eine Software entwickelt, mit der die Modulhersteller höhere Effizienzen von der Zell- auf die Modulebene heben können. Denn immer noch ist ein Problem, dass der Wirkungsgrad der Zellen weitaus höher ist als der des fertigen Moduls. Das liegt unter anderem an den optischen Verlusten durch Reflexionen an Modulgläsern, aber auch an elektrischen Verlusten durch steigende Widerstände aufgrund der Verschaltung der einzelnen Zellen zu Strings. Zudem sind inaktive Bereiche – unter anderem an den Rändern der Module und in den Räumen zwischen den Zellen – eine Ursache, dass die Leistung des Moduls nicht automatisch die Summe der Leistung aller Zellen ist.
Modul mit der bestmöglichen Leistung herstellen
Dieses Problem des sogenannten Cell-to-Module-Effekts (CTM) soll die Software der Freiburger Forscher lösen. Denn mit ihr können die Ingenieure in den Entwicklungsabteilungen der Modulhersteller jetzt jede einzelne Komponente eingeben, aus denen die Paneele zusammengesetzt sind. Das Programm errechnet ausgehend von der Effizienz der Zellen die Auswirkungen jeder dieser einzelnen Komponenten sowie deren Kombination auf die Effizienzverluste auf Modulebene. Zudem zeigt sie die Auswirkungen der Materialveränderungen auf den Wirkungsgrad der Module. „Denn verändert man die Solarzellen, die Modulmaterialien oder den Aufbau des Moduls, ändern sich die Cell-to-Module-Faktoren zum Teil erheblich“, erklärt Matthieu Ebert, Teamleiter „Moduleffizienz und neue Konzepte“ am Fraunhofer ISE. Seine Arbeitsgruppe hat die Software entwickelt. „Eine Optimierung aller Faktoren kann bei gut abgestimmten Materialien und Modulkonzepten sogar zu einem Gewinn an Leistung gegenüber der Summe aller Zellleistungen führen“, stellt Ebert in Aussicht. Auf diese Weise kann der Entwickler das Zusammenspiel der Komponenten und Prozessschritte in der Produktion optimieren, so dass unter den jeweiligen Rahmenbedingungen das Modul mit der bestmöglichen Leistung und dem höchstmöglichen Wirkungsgrad entsteht.
Die Kosten optimieren
Mit der Software können die Modulhersteller zudem die Auswirkung der einzelnen Komponenten, aus denen ein Paneel zusammengesetzt ist, auf die Kostenstruktur ermitteln. Denn auf der einen Seite ist es möglich, durch den Einsatz preiswerter Komponenten wie Modulgläser, Zellen oder Einkapselungsmaterialien den Preis der Module selbst zu senken. Doch auf der anderen Seite können solche preiswerten Materialkombinationen zu unnötigen Wirkungsgradverlusten führen und damit den mit solchen billigen Modulen produzierten Strom verteuern. Durch die Berechnung der Auswirkung von Materialkombinationen auf den Wirkungsgrad und damit mittelbar auf den Ertrag, kann die Software die Hersteller bei der kostenseitigen Optimierung unterstützen, indem der Einsatz kostengünstigerer Materialien und deren Effekt auf die Leistungseffizienz der Module miteinander verglichen und bewertet wird.
Heckert Solar hat erfolgreich getestet
Dass die Software tatsächlich zu effizienteren Modulen führen kann, hat Heckert Solar gezeigt. Der Chemnitzer Modulhersteller nutzt als erster das Programm in seiner Entwicklungsabteilung. Das Unternehmen war auch seit 2016 an der Entwicklung der Software beteiligt. Allein durch den Einsatz des Berechnungstools haben die Chemnitzer – nach eigenen Angaben – eine Leistungssteigerung von etwa einem halben Prozent erreicht. Heckert Solar wird aufgrund des Erfolgs das System auf jeden Fall weiterhin nutzen, um die Modulleistung für die Zukunft kontinuierlich zu verbessern und zu optimieren. „Wir wollen für unsere Kunden das Maximum herausholen“, betont Carl Otto, der in der Entwicklungsabteilung bei Heckert Solar für die Forschungen an der Software und deren Integration in den Entwicklungs- und Produktionsprozess verantwortlich ist. „Die Software ermöglicht uns detaillierte Analysen und reduziert gleichzeitig die Kosten für Prototypen“, sagt er. Den die Chemnitzer müssen solche Prototypen nicht mehr aufwändig herstellen und testen. Sie können jetzt Materialkombinationen am Computer erstellen und erst wenn ein geeigneter Mix gefunden ist, müssen sie einen Prototypen anfertigen. (Sven Ullrich)
