Auf Initiative des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg haben sich die vier führenden Kalibrierlabore für Photovoltaikmodule einem Vergleichstest gestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Abweichung der einzelnen Messwerte in den verschiedenen Labore nur um maximal plus/minus ein Prozent unterscheiden. Die teilnehmenden Labore sind sowohl in Europa als auch in Amerika und Asien beheimatet. In sieben Testreihen haben die Wissenschaftler des CalLab PV Modules des Fraunhofer ISE, des National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Denver, Colorado, des japanischen National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) in Tokio und der European Solar Test Installation des Joint Research Centre (JRC/ESTI) der Europäischen Kommission im italienischen Ispra jeweils die qualitativ gleichen Module hinsichtlich ihrer Leistung geprüft. „Wir haben jeweils drei kristalline und vier Dünnschichtmodule gemessen“, erklärt Daniela Dirnberger gegenüber ERNEUERBARE ENERGIEN. Sie ist nicht nur Teamleiterin am Fraunhofer ISE, sondern sie hat das Projekt auch initiiert. Die Messwerte lagen dabei immer innerhalb der normalen Messunsicherheit von 1,8 Prozent. „Das Ergebnis zeigt, dass in diesen weltweit führenden Messlabors die Leistung von Photovoltaikmodulen auf vergleichbarem Niveau bestimmt wird“, betonen die Forscher des Fraunhofer ISE unter Leitung von Dirnberger. „Für die Investoren im weltweit wachsenden Photovoltaikmarkt ist dies eine wichtige Aussage mit Blick auf die Qualitätssicherung.“ Schließlich ist der Photovoltaikmarkt mit einem Umfang von über 30 Gigawatt im vergangenen Jahr beachtlich. Zudem handelt es sich um eine noch vergleichsweise neue Technologie. „Aus diesen Gründen haben die Maßnahmen zur Steigerung der Produktqualität auf internationalem Niveau eine hohe Bedeutung“, betonen die Freiburger Wissenschaftler.
Effizienzrekorde vergleichbar
Doch nicht nur mit Blick auf die Qualität ist diese Vergleichsmessung von Bedeutung. Denn die Labore bestätigen unabhängig voneinander Effizienzrekorde, die von den Entwicklern und Forschern immer wieder gemessen werden. Damit sind die Aussagen aller vier Labore hinsichtlich des Wirkungsgrads von Laborzellen und Modulen aus der Forschung gleichwertig und absolut vergleichbar. „Trotz unterschiedlicher Techniken und Ausstattung trifft für alle vier Labors – Fraunhofer ISE, NREL, AIST und JRC/ESTI – zu, dass die Messungen eine hohe Präzision aufweisen, mit Abweichungen von plus/minus einem Prozent in Bezug auf den Mittelwert“ freut sich Daniela Dirnberger. „Man könnte im Vergleich zu anderen Messaufgaben wie etwa Längenmessung sagen, dass wir auf dem besten Weg sind, auch die Leistung von Solarmodulen weltweit sehr gut vergleichbar messen zu können.“ Zugleich bieten die Kalibrierlabore auch die Qualifizierung von kompletten Sonnensimulatoren in den Produktionslinien an.
Gemessen unter Standardtestbedingungen
Die Messungen wurden an Modulen aus kristallinem Silizium von gleichwertiger Qualität gemessen. Dabei galten die Standardbedingungen für solche Messungen: 1.000 Watt pro Quadratmeter Bestrahlungsstärke bei einer Zelltemperatur von 25 Grad Celsius und einem Solarspektrum von 1,5AM. AM steht dabei für Air Mass. Da die Sonnenstrahlung auf dem Weg durch die Erdatmosphäre teilweise absorbiert oder gestreut wird, nimmt der Strahlungsstrom mit steigendem Weg bis zur Erdoberfläche exponentiell ab. Beim Eintritt der Sonnenstrahlung in die Erdatmosphäre hat diese noch keine Luftmasse zu überwinden. Deshalb wird dieser Punkt mit 0AM angegeben. Fällt die Sonnenstrahlung senkrecht auf die Erde, hat sie genau eine Luftmasseneinheit zu überwinden. Mit sinkendem Einfallswinkel steigt der Weg, den die Strahlung durch die Erdatmosphäre zurücklegen muss. Bei 1,5AM hat die Sonnenstrahlung noch eine Intensität von 844 Watt pro Quadratmeter, im Vergleich zu 925 Watt pro Quadratmeter bei senkrechtem Einfall auf die Erdoberfläche und 1.350 Watt pro Quadratmeter bei Eintritt in die Atmosphäre. Das 1,5AM-Spektrum ist demzufolge das Sonnenspektrum, das an einem sonnigen Tag 1,5 Atmosphären durchquert hat. (Sven Ullrich)
