Die Teilverschattung mindert für Solarmodule die Effizienz – ein Problem, das insbesondere im urbanen Raum auftritt. Dies könne im Laufe der Nutzungsdauer zu erheblichen Energieverlusten und einer höheren thermischen Belastung führen, schreibt das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP. Im Projekt »SegmentPV« entwickelt das Institut zusammen mit Projektpartner Aesolar ein segmentiertes und patentiertes Photovoltaikmodul. Diese soll speziell auf die Herausforderungen von Teilverschattungen eingehen und somit mehr Energieertrag und Zuverlässigkeit versprechen.

Dächer, Schornsteine oder Bäume können bei PV-Anlagen für stärkere Teilverschattung als bei Solarmodulen, die auf Freiflächen installiert sind. Regelmäßige Teilverschattungen führen zu Energieverlusten und einer höheren thermischen Belastung. Im Extremfall führen bereits 5% Verschattung der Modulfläche zum Totalverlust der Modulleistung. Denn eine ungünstige Verschattung kann zur Überhitzung eines Bereichs eines Solarmoduls führen. Diese Hotspots beeinträchtigen die Zuverlässigkeit, etwa durch eine verstärkte Alterung der Polymere, die in Verkapselungsmaterialien der Solarzellen zum Einsatz kommen.

Das bis Ende September 2025 laufende Projekt »SegmentPV« will mit der Entwicklung eines modifizierten Hot-Spot-freiem (HSF) Photovoltaikmodul darauf eine Antwort geben. Kernelemente seien die Segmentierung des Modul-Layouts und integrierte Bypass-Dioden.

Bei den Arbeiten am Fraunhofer CSP stehen insbesondere die Charakterisierung und Bewertung von Solarzellen und integrierten Dioden im Fokus, etwa die Untersuchung von diversen Zelltechnologien (PERC, TOPCON, HJT) hinsichtlich des Rückwärtsdurchbruchsverhaltens unter Beleuchtung. Das temperaturabhängige Verhalten der integrierten aktiven und passiven Bypass-Dioden wird geprüft, um optimale Bypass-Dioden für den Einsatzzweck zu identifizieren, die möglichst geringe Verluste mit sich bringen und somit auch einer Temperaturentwicklung standhalten sollen. Auf der Grundlage von Simulationen hat Aesolar dabei diverse Layouts für die Segmentierung der Modulfläche erstellt und neue Moduldesigns entwickelt. Daraus gingen bereits Prototypen für weitere Untersuchungen in Labor und Freifeld hervor.

Hot-Spot-freie Module

Um die Qualität und Effizienz dieser neuen Module sicherzustellen, hat das Fraunhofer CSP umfassende Tests entwickelt. Ein neuartiger Hot-Spot-Test mit alternierenden Betriebsbedingungen identifiziere dabei potenzielle Probleme im Dauerbetrieb, während ein spezieller Bypass-Dioden-Test die Langlebigkeit auch im Modulverbund demonstrieren soll. Erste positive Ergebnisse lägen bereits vor. Bis zum Projektende im September sollen die Untersuchungen zur Langzeitzuverlässigkeit abgeschlossen sein.

»Mit dem neuen HSF-Modul können wir die Energieausbeute von Photovoltaikanlagen deutlich steigern und gleichzeitig die Systemkosten senken. Dies ist ein wichtiger Schritt zur stärkeren Nutzung erneuerbarer Energien in urbanen Gebieten«, sagt Matthias Pander, Projektleiter am Fraunhofer CSP.

»Die neue Generation der Hot-Spot-Freien-Module wollen wir möglichst schnell auf den Markt bringen, um den Ertrag, die Effizienz und Zuverlässigkeit von PV-Modulen unter Teilverschattungsbedingungen zu verbessern und somit einen Beitrag zur Energiewende zu leisten«, sagt Dr.-Ing. Hamed Hanifi, Technologie- und Innovationsdirektor bei Aesolar.

Quelle: Fraunhofer CSP | www.solarserver.de © Solarthemen Media GmbH