PV-Module für Extreme Klimazonen

Auf einen Blick

  • Herstellung und Bewertung von optimierten Solarmodulen mit neuen Zellen und Materialien
  • Ertragsanalysen und Freiflächentests mit weltweitem Partnernetzwerk in verschiedenen Klimazonen (z.B. Green Energy Park Ben Guerir Marokko)
  • Prüfung und Analyse der Verschmutzung von Solarmodulen

Optimierung und Prozesssteuerung von Wüstenmodulen im Industriemaßstab

  • Entwicklung neuer Modulkonzepte und Integration neuer Materialien für die speziellen Anforderungen in Wüstenumgebungen
  • Einsatz von Simulationsmethoden in der Entwicklung von Solarmodulen
    (z. B. SPICE, FEM, CFD, INSEL,..)

 

standortspezifische Zuverlässigkeitsbewertung

  • Performanceanalyse von PV-Anlagen
  • Bereitstellung individueller Prüfszenarien für PV-Module und Komponenten (u.a. bezüglich erhöhter Staubbelastung, UV-Einstrahlung und Temperaturbelastung)
  • Analyse der Alterung von Kunststoffmaterialien (z.B. kombinierte UV-, Feuchte- und Wärmeprüfung)

 

Prüfmethoden- und Geräteentwicklung

  • Konzeption und Prototypenbau von Testgeräten, wie z.B.
    • Automatisierter Soiling-Teststand
    • LED-Sonnen-Simulator für Wüsten-EQE
    • Lightsoaker für LID-Untersuchungen
  • Charakterisierung und Verständnis von Alterungsprozessen bis auf mikrostrukturelle Ebenen
  • Erstellung von Normen, Mitarbeit in Normungsausschüssen

© Fraunhofer CSP

REM, FIB, TEM & EDX-Charakterisierung von vertstaubtem Glas auf einem Testfeld in Katar.

© Fraunhofer CSP

Mit dem Lightsoaker+ erforschen wir die Ursachen und Mechanismen der Licht-induzierten Degradation von Solarzellen und -modulen.

  • Grundlegende Untersuchungen zu Zementationsprozessen in Wüstenregionen (Katar)

Mithilfe mikrostruktureller Untersuchungen von verstaubten Gläsern aus Outdoor-Experimenten in Katar konnte die Ursache für die starke Anhaftung von Staub aufgeklärt werden. Wichtig hierfür sind Zementationsprozesse, welche insbesondere bei Einfluss von Feuchte/Betauung stattfinden. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde ein Prüfaufbau entwickelt, welcher Verstaubungsprozesse von Solarmodulen realitätsnah abbilden kann.

  • Ermüdungsanalyse von Solarzellenverbindern für verschiedene Standorte

Das Fraunhofer CSP verbindet Klimadatenanalysen mit Simulationen an virtuellen Prototypen, um den Fortschritt der Ermüdung von duktilen Materialien, wie dem Kupferkern von Solarzellenverbindern zu beschreiben. Des Weiteren wurde ein Prüfaufbau entwickelt, der es erlaubt Lebensdaueranalysen von Solarzellenbindern im Modullaminat schnell und mit geringem Aufwand durchzuführen.

  • mikrostrukturelle Untersuchungen der Abrasion von Anti-Reflexbeschichtungen aufgrund von Reinigungsprozessen

Um Auswirkungen von Reinigungsprozessen auf Anti-Reflexbeschichtungen zu bewerten, wurden Oberflächen nach beschleunigten Reinigungs- und Abriebtests (Kooperation mit PI Berlin) auf mikrostruktureller Ebene untersucht. Hierfür wurden am Fraunhofer CSP die Methoden der optischen Mikroskopie und die Rasterelektronenmikroskopie (REM) verwendet. Die Ergebnisse zeigen die Wechselbeziehung zwischen mikrostrukturellen Veränderungen der Glasoberflächen und makroskopischen Reflexionsmessungen. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Abriebtests die Schadensbilder der Reinigungsversuche bei deutlich geringerer Anzahl von Testzyklen abbilden können.

  • Untersuchungen zu licht-induzierter Degradation (LID) von Solarzellen und -modulen

Unter Beleuchtung kann die Effizienz von Solarzellen und Modulen um bis zu 20%rel. einbrechen. Besonders auffällig ist dies in Wüstenregionen, weil der Prozess durch hohe Temperaturen und Einstrahlung beschleunigt wird. Am Fraunhofer CSP werden die Ursachen für LID-Mechanismen erforscht und Modelle entwickelt, welche die Degradation und Regeneration quantifizieren. Begleitet werden die Untersuchungen durch Geräteentwicklungen, die Degradations-Schnelltests unter kontrollierten Bedingungen und eine Bewertung des Regenerationspotentials ermöglichen.

  • Ausschalten der licht-induzierten Degradation (LID) von Solarzellen und -modulen

Auf Basis der Ursachenforschung wurde ein für die Massenfertigung taugliches innovatives Verfahren entwickelten, womit die licht-induzierte Degradation verhindert werden kann. Mithilfe von spezifischen Kinetikmodellen für einzelne LID-Typen lassen sich Vorhersagen über die nötigen Parameterräume des Stabilisierungsprozesses treffen. Zusammen mit Industriepartnern soll ein Prototyp entwickelt werden, welcher Einsatz in der aktuellen Solarzellenproduktion findet. Damit soll eine langfristige Ertragsstabilität von Modulen auch unter extremen klimatischen Bedingungen gewährleistet werden.

Forschungsteam Dauerhaftigkeit Check
© TÜV Rheinland

Zuverlässigkeitsanalysen von Photovoltaikmodulen sind entscheidend für den rentablen Betrieb der Anlagen.

Gebaeude Einbau Solarmodule Effektivität
© MEV-Verlag

In Fassaden integrierte Solarmodule bieten vor allem im Sonnengürtel der Erde (hier das Businessviertel Sheikh Zaid Road in Dubai) große Potenziale.

  • Methoden zur Bewertung der Zuverlässigkeit von PV-Modulen und deren Komponenten (Fidelitas)

Das Fraunhofer CSP setzt seinen Schwerpunkt innerhalb dieses Projekts auf die Analyse von Defekten und Degradationserscheinungen von PV-Modulen. Insbesondere die Verstaubung von PV-Modulen in Wüstenregionen ist dabei ein Schwerpunkt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Degradation von Kunststoffkomponenten und die Auswirkung auf Komponenten wie Solarzellen und Solarzellenverbinder. Daraus sollen Randbedingungen definiert werden, PV-Module hinsichtlich der Anforderungen in Wüstenregionen spezifisch anzupassen.
Das Projekt wird gefördert durch das BMWi - Förderkennzeichen 0325735C.

  • Erforschung neuartiger  Verkapselungsmaterialien für gebäudeintegrierte Photovoltaikmodule in extremen Klimazonen (PV Extrem)

Ziel des Projektes ist die Entwicklung von speziellen Verkapselungsmaterialien für die Anwendung in Gebäuden. Schwerpunkt des Fraunhofer CSP innerhalb dieses Projektes ist die Definition von erweiterten Prüfabläufen für die Anforderungen in extremen Klimazonen.
Das Projekt wird gefördert durch das Land Sachsen-Anhalt – Förderkennzeichen 1604/00009.

  • Defektanalyse und Lebensdauermodellierung an Solarmodulen (LAURA)

Innerhalb dieses Projektes beschäftigt sich das Fraunhofer CSP mit der Lebensdaueranalyse von Solarzellenverbindern. Ziel ist es, ein simulationsgestütztes Modell zu entwickeln, welches Ermüdungsanalysen für verschiedene Klimazonen erlaubt. Des Weiteren wird eine Prüfmethode entwickelt, solche Analysen auch experimentell durchzuführen und z.B. als Qualitätssicherungsprüfung einzusetzen  .
Das Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen “F&E PV” Projekt “LAURA” (Kennzeichen: 0325716B).

Internationale Kooperation Auszeichnung Solarenergie
© Photovoltaica 2016

Matthias Ebert (links), stellvertretender Leiter des Fraunhofer CSP, und Lahcen Daoudi, Minister für höheres Bildungswesen und wissenschaftliche Forschung in Marokko, wurden im Rahmen der PhotoVoltaica ausgezeichnet. Rechts Badr Ikken, Leiter des Institut de Recherche en Energie Solaire et Energies Nouvelles (IRESEN).

  • Institut de Recherche en Energie Solaire et Energies Nouvelles IRESEN Green Energy Park, Marokko
  • Qatar Environment & Energy Research Institute QEERI, Katar
  • Solar Energy Research Institute of Singapore SERIS

  • K. Ilse et al., Microstructural analysis of the cementation process during soiling on glass surfaces in arid and semi-arid climates, physica status solidi (RRL) 10 (7), 509–572 (2016).
  • Ferretti, N.; Ilse, K.; Sönmez, A.; Hagendorf, C.; Berghold, J. (2016): Investigation on the Impact of Module Cleaning on the Antireflection Coating. 4 pages / 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition; 1697-1700. DOI: 10.4229/EUPVSEC20162016-5DO.10.5
  • H. Hanifi, D. Dassler, J. Schneider, M. Turek, S. Schindler und J. Bagdahn, „Optimized tab width in half-cell modules,“ Energy Procedia, 2016.
  • H. Hanifi, C. Pfau, D. Dassler, S. Schindler, J. Schneider, M. Turek und J. Bagdahn, „Investigation of cell-to-module (CTM) ratios of PV modules by analysis of loss and gain mechanisms,“ Photovoltaic International Q2 2016.
  • H. Hanifi, D. Dassler, K. Ilse, R. Meier, S. Dietrich, J. Schneider, M. Ebert, C. Hagendorf und J. Bagdahn, „KEY TECHNICAL CHALLENGES AND OPPORTUNITIES FOR PV MODULES IN IRAN,“ in Intersolar Global, Iran Summit, Tehran, 2016
  • T. Luka, Ch. Hagendorf, M. Turek, "Multicrystalline PERC solar cells: Is light-induced degradation challenging the efficiency gain of rear", Photovoltaics International 32, p. 37, (2016)
  • Ebert, M.: “Challenges for Solar Modules in Extreme Climates - Performance and Reliability –” 2nd Edition International Solar Energy Exhibition & Conference (Photovoltaica) Casablanca, Marokko; 18.05.2016 - 20.05.2016, ID 1071
  • Malik, S.; Ebert, M.; Naimi Z.; Ikken, B.; DEVELOPMENT OF OUTDOOR RESEARCH PLATFORMS AND TESTS ON PHOTOVOLTAIC MODULES IN THE GREEN ENERGY PARK IN MOROCCO in Proc. of 1st Africa Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition Africa PVSEC 2014, Durban; WIP Renewable Energies; 19 – 23
  • Malik, S.; Daßler, D.; Fröbel, F.; Pandiyan, A.; Ebert, M.: “Angular-Dependent Outdoor Investigation of Bifacial Modules“ in Proc. of 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition; WIP München (Eds.); WIP München, München (2016) 2191 - 2196; 710/2016
 

Forschungsprojekt »PV Extrem«

Im Rahmen des Projektes »PV Extrem« wirkt das IMWS mit an der Entwicklung und Optimierung von Materialien für Photovoltaik unter extremen Bedingungen.
 

 

Fraunhofer CSP und IRESEN in Marokko intensivieren Zusammenarbeit

Mit einem neuen Projekt zur Bewertung von Solarmodulen unter den klimatischen Bedingungen Marokkos, verstärken beide Institute ihre seit 2012 bestehende Zusammenarbeit.

 

Fraunhofer CSP erhält den Photovoltaica Recognition Award

Für seine Verdienste um den Aufbau von erneuerbaren Energien in Marokko ist das Fraunhofer CSP ausgezeichnet worden.

 

Photovoltaik-Modulcheck

Gemeinsam mit seinen Partnern erschließt das CSP neue Möglichkeiten zur Bewertung der Zuverlässigkeit von Solarmodulen und deren Komponenten.