PV-Module, Komponenten und Fertigung

Zuverlässigkeitsbewertung und Materialanalyse für moderne PV‑Module

Mit der einzigartigen Verbindung von Methoden aus der Materialwissenschaft, der Komponenten- und Modulprüfung sowie der Modellierung erhalten Partner und Kunden eine umfassende und fundierte Unterstützung für die Entwicklung von Solarmodulen und deren Komponenten aus einer Hand.

Unsere Motivation ist es, Solarmodule hinsichtlich aller Zuverlässigkeitsaspekte zu bewerten sowie technologische Prozesse und Materialien weiterzuentwickeln.  

Wir bieten:

  • PV-Integration und Nullserien-Produktion
  • elektrische Verbindungstechnologien
  • Charakterisierung und gezielte beschleunigte Alterung von PV-Modulen, Komponenten und Materialien
  • Mission Profile-orientierte Optimierung von Materialien und PV-Modulkonzepten
  • Schadensanalysendiagnostik von der Makro- zur Mikrostruktur mit präziser Defektlokalsierung

Forschungsthemen

 

PV-Modul- und Komponentencharakterisierung

Die Charakterisierung der physikalischen Werkstoffeigenschaften ist eine wichtige Voraussetzung bei der Zuverlässigkeitsbewertung, Alterungsuntersuchung und Qualitätssicherung von PV-Modulkomponenten. Das Fraunhofer CSP bietet Leistungsmessungen, Elektrolumineszenz und weitere Methoden der Zustandsanalyse von Solarmodulen.

 

Finite-Elemente-Analyse von Modulen und Komponenten

Die Ergebnisse der Finite-Elemente-Analyse werden u. a. zur Bewertung der Zuverlässigkeit und Ermüdungsfestigkeit von Modulen und deren Komponenten eingesetzt. Wir realisieren Simulationen von thermo-mechanischen Beanspruchungen, Temperaturen, Strompfaden und Magnetfeldern.

 

Mikrostrukturdiagnostik

Im Themenfeld Mikrostrukturdiagnostik befassen wir uns mit Aufbau und Struktur elektrischer Kontaktierung sowie deren Verschaltung und Langzeitstabilität.

 

Prozesse

Im Mittelpunkt der Arbeit dieses Teams stehen Verbindungs- und Verschaltungsprozesse für Prototypenbau und  Modulfertigung sowie die kundenorientierte Prozessdiagnostik.

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  • Forschungsergebnisse aus dem Projekt »IndiFiduell« haben auf der 42. European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EU PVSEC) viel Beachtung gefunden: Der Posterbeitrag von Stephan Großer und dem Autorenteam wurde mit einem der renommierten Poster Awards ausgezeichnet. Neben Stephan Großer gehören Alexander Müller, Robert Göckeritz, Tobias Nitsche, Daniel Buckland, Giuseppe Galbiati und Bengt Jäckel zu den Verfassern.

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  • © Fraunhofer CSP

    Zellrisse und Mikrorisse in kristallinen Silizium-Photovoltaik-Modulen entstehen durch verschiedene Umweltbelastungen und können Leistung und Lebensdauer von Solaranlagen mindern. Dennoch fehlen Bewertungsstandards, die deren Auswirkungen auf den Energieertrag zuverlässig einordnen. Mitarbeitende des Fraunhofer-Centers für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle (Saale) haben im Projekt »PV-Riss« eine standardisierte Nomenklatur von Zellrissen und anderen Auffälligkeiten entwickelt, um die Rechtssicherheit für Hersteller, Investoren, Betreiber und Versicherer zu erhöhen.

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  • Solaranlage auf einem Hausdach mit Teilverschattung
    © Fraunhofer CSP

    Beim Einsatz von Photovoltaikmodulen im urbanen Raum kommt es häufig zu Teilverschattungen, die im Laufe der Nutzungsdauer zu erheblichen Energieverlusten und einer höheren thermischen Belastung führen. Im Projekt »SegmentPV« entwickeln die Projektpartner Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP und AESOLAR ein segmentiertes und patentiertes Photovoltaikmodul, das speziell auf die Herausforderungen von Teilverschattungen eingeht und somit mehr Energieertrag und Zuverlässigkeit verspricht.

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  • BIPV Alu
    © Fraunhofer CSP

    Die gebäudeintegrierte Photovoltaik ermöglicht die Erzeugung von Strom direkt dort, wo er gebraucht wird. Solarmodule werden dazu in die Struktur von Gebäuden integriert. Am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP werden in einem neuen Projekt Produktionsprozesse erforscht, wie Photovoltaik-Module mit Aluminiumbauteilen verbunden werden können, sodass effiziente Energieerzeugung, architektonische Gestaltungsfreiheit und günstige Herstellungsprozesse vereint werden. Erste Ergebnisse werden auf der EU PVSEC vom 23. bis 27. September in Wien vorgestellt.

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  • © Fraunhofer CSP

    Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz in der Photovoltaikbranche werden die Zukunft der erneuerbaren Energien maßgeblich beeinflussen. Aktuell werden bei Solarmodulen noch Rohstoffe und Materialien eingesetzt, die dem Wertstoffkreislauf gar nicht oder nur teilweise wieder zugeführt werden können und Schwächen bei der Umweltverträglichkeit aufweisen. Hier setzt das kürzlich abgeschlossene Projekt »E2 – E-Quadrat. Erneuerbare Energien aus Erneuerbaren Rohstoffen« an. Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle (Saale) hat zusammen mit Partnern ein Solarmodul entwickelt, bei dem die Komponenten, die nicht direkt zur Licht-Strom-Umwandlung benötigt werden, aus biologisch abbaubaren Materialien, recyclebaren Materialien oder nachwachsenden Rohstoffen bestehen.

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Unser Beitrag zum IEA PVPS Task 13

Das 1993 gegründete IEA PVPS (Photovoltaic Power Systems Programme) ist ein internationales Kooperationsprogramm der Internationalen Energieagentur IEA. 29 Länder und Organisationen – darunter Deutschland, die USA, China und SolarPower Europe – arbeiten gemeinsam an der nachhaltigen Nutzung von Photovoltaik zur Stromerzeugung.

In acht aktiven Forschungsprojekten (Tasks) werden unabhängige Informationen zu Themen wie Nachhaltigkeit, Systemzuverlässigkeit und Märkten erarbeitet. Ziel ist die Förderung von PV-Technologien, wettbewerbsfähigen Märkten und politischen Strategien zur Energiewende.

Seitens des Fraunhofer CSP ist Senior Scientist Ulrike Jahn federführend in Task 13 – Reliability and Performance of Photovoltaic Systems – aktiv.
Folgend finden sie alle Berichte der Forschungsgruppe mit Bezug zur Modulzuverlässigkeit und -leistung.

 

Der Bericht analysiert die Zuverlässigkeit neuer Photovoltaik-Technologien, mit Fokus auf Degradation und Fehlermechanismen – auch bei innovativen Zellen wie Perowskit – beleuchtet Herausforderungen und zeigt Strategien zur Risikominderung.

 

Dieser Anhang zum Task-13-Bericht über Degradation und Fehlerarten in neuen Zell- und Modultechnologien bietet kompakte Infos zu typischen Fehlern, Risiken und Maßnahmen zur Vermeidung – für PV-Planer, Installateure, Investoren, Gutachter und Versicherer.

 

Das Dokument beleuchtet Herausforderungen durch Teilverschattung in PV-Systemen und bewertet aktuelle technische Innovationen zur Optimierung der Energieausbeute unter solchen Bedingungen.