Photovoltaik-Modulkonzepte und -technologie
Die ständig steigende Verknappung fossiler Brennstoffe sowie die schädliche Wirkung des bei ihrer Verbrennung emittierten Kohlendioxides auf das globale Klima macht die Umstellung der Erzeugung elektrischer Energie auf regenerative unumgänglich. Unter den regenerativen Energien nimmt die Photovoltaik (PV) einen wichtigen Platz ein, da das Stromerzeugungsprofil eines typischen Photovoltaik-Generators sehr gut mit dem Stromverbrauchsprofil einer Industriegesellschaft übereinstimmt.
Damit die photovoltaische Stromerzeugung zu einem adäquaten Ersatz der konventionellen Energieerzeugung werden kann, gilt es, den Preis pro erzeugter Energiemenge stetig zu senken. Da in der Photovoltaik der Treibstoff direkt von der Sonne kommt und somit keine Kosten dafür anfallen wird der Preis pro erzeugter Energie (ct/kWh) maßgeblich durch die Lebensdauer des PV-Moduls bestimmt.
Arbeitsgebiete
Zuverlässigkeit
Während bei den wafer-basierten Solarmodulen die zugrundeliegenden Alterungsmechanismen weitestgehend bekannt sind, müssen diese bei den verschiedenen neuartigen Dünnschichttechnologien noch erforscht werden. Über die Korrelation von künstlicher und natürlicher Alterung und unter Einbeziehung der im Institut entwickelten bildgebenden Messverfahren sind wir den Degradationspfaden speziell bei Dünnschichtmodulen auf der Spur. Ein Schwerpunkt liegt hierbei auf der Untersuchung organischer Solarmodule (OPV), die sehr sensibel auf Sauerstoff und Wasser in der Umgebung reagieren.
Sonnensimulatoren
Im Laufe der Zuverlässigkeitsuntersuchungen an Solarmodulen und –zellen hat sich gezeigt, dass viele der heute gängigen Lichtquellen zur Simulation des echten Sonnenlichts unzureichend sind. Auch ihre Unflexibilität bzgl. Des Spektrums und der Leuchtdauer behindert eine effektive Untersuchung von Solarmodulen.
In Zusammenarbeit mit Industriepartnern und in Eigenforschung entwickeln und untersuchen wir Sonnensimulatoren, die unterschiedlichste Sonnenstände wiedergeben können und darüber hinaus weitere Messaufgaben erfüllen, wie die Lichtvorbehandlung, Messung der spektral aufgelösten Quanteneffizienz und die Vermessung der anspruchsvollen Tandemzellentechnologie.
Bildgebende Defektanalyseverfahren
Die Erforschung physikalischer Phänomene erfordert oft die Entwicklung neuer Messtechnik. So führte uns die Limitierung bestehender Messverfahren für die Photovoltaik zur eigenen Entwicklung bildgebender Messtechnik und deren Interpretation. Hier hat sich speziell die ortsaufgelöste Elektrolumineszenz als wertvolles Charakterisierungshilfsmittel erwiesen. Auch die Thermographie wird in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe „Thermosensorik“ stetig weiterentwickelt und auf die Erfordernisse neuer PV-Technologien angepasst.
Ausstattung
Außenteststand
Wir betreiben einen durch die deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) gesponsorten Außenteststand. Hier erforschen wir das Verhalten kommerziell erhältlicher Dünnschicht-Solarmodule unter natürlicher Alterung.
Neben Wetter- und Einstrahlungsdaten werden kontinuierlich die Betriebsdaten der ins Netz einspeisenden Solarmodule aufgezeichnet und ausgewertet.
Sonnensimulatoren
Zur Charakterisierung von Solarmodulen steht ein gepulster Sonnensimulator (bis 80ms Blitzlänge) der besten Klasse AAA zur Verfügung. Mit ihm können fast alle heute erhältlichen Solarmodule vermessen werden.
Weiterhin betreiben wir einen neuartigen Sonnensimulator auf Leuchtdiodenbasis, mit dem auf Zellgröße nicht nur Standardwerte gemessen werden können, sondern auch unterschiedliche Sonnenstände simuliert sowie die spektrale Empfindlichkeit von Einzel- und Mehrfachübergangszellen vermessen werden können.
Künstliche Alterung
Zur künstlichen Alterung stehen eine Klimakammer und eine UV-Kammer für Kleinmodule zur Verfügung. Modulverbunde können mit einem Vakuum-Laminator hergestellt werden. Ein Peel-Tester ermöglicht die Messung der Haftkräfte von Einkapselungsfolien.
Bildgebende Verfahren
Zur Messung der ortsaufgelösten Elektrolumineszenz haben wir eine 8MPx-Kamera, die zur besseren Bildqualität über eine integrierte Kühlung verfügt. Diverse hochauflösende IR-Kameras werden durch die Arbeitsgruppe „Thermosensorik“ bereitgestellt.
Kontakt
Die Arbeit findet in Kooperation mit anderen Instituten, Industriepartnern und Fördergebern statt. Bei Interesse an einer Zusammenarbeit und an den Forschungsergebnissen wenden Sie sich an:
Ulrich Hoyer
Am Weichselgarten 7
91058 Erlangen
Tel.: 09131-691-295