Der Glasbeschichtungsexperte Exxosqel GmbH hat gemeinsam mit dem Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP ein ultradünnes Glas-Glas-Photovoltaik-Modul entwickelt, das mit 1 mm dicken Glasscheiben an der Front und der Rückseite ausgestattet ist. Dabei soll eine reaktive Beschichtung die geringere mechanische Festigkeit und die mangelnde Steifigkeit der ultradünnen Gläser ausgleichen. Der Demonstrator zeigt Potenziale für leichtere, materialeffizientere Solarmodule, etwa für die bauwerksintegrierte Photovoltaik (BIPV).

Dünnere Gläser sind in der Photovoltaik-Industrie ein naheliegender Ansatz, um Materialverbrauch, Solarmodul-Gewicht und damit den Aufwand beim Transport und bei der Handhabungsaufwand zu reduzieren. Sie bieten jedoch weniger mechanische Belastbarkeit und eine geringere Steifigkeit. Insbesondere bei Hagel und anderen extremen Witterungsereignissen muss die Schutzfunktion des Frontglases für die darunterliegenden Solarmodulkomponenten erhalten bleiben. Gefragt sind daher Lösungen, die geringere Glasdicken mit hoher Robustheit verbinden.

Das Fraunhofer CSP und Exxosqel haben hierfür den Prototyp eines Glas-Glas-Moduls mit 1 mm dickem Front- und Rückglas im Format 300 × 200 mm entwickelt. Das Solarmodul nutzt etablierte Verkapselungsmaterialien und seriell verschaltete Viertelzellen aus bifazialen M6-9-Busbar-PERC-Zellen. Jede Viertelzelle liefert rund 1,58 W.

Kern der Entwicklung ist eine mehrkomponentige, reaktive Oberflächenbehandlung, die man direkt auf das Glas aufbringt. Sie reagiert mit Hydroxylgruppen auf den durch Mikrorisse charakterisierten Glasoberflächen, die während der Abkühlung und Heißformgebung entstehen. Die Beschichtung bildet kovalente Bindungen mit der Glasmatrix aus und stärkt durch die so entstehende Brückenbildung die Oberfläche. Ihre optischen Eigenschaften sind auf das Glas abgestimmt, um Wirkungsgradverluste gering zu halten.

Ultradünnes Glas-Glas-Photovoltaik-Modul erfordert angepasste Fertigungsbedingungen

Die Realisierung des Prototyps erforderte angepasste Fertigungsbedingungen: Das ultradünne Glas mussten die Forscher:innen prozesssicher in den Laminierprozess integrieren. „Das Modul wurde mit einem Standard-PV-Laminator gefertigt. Prozessparameter wie Temperatur, Druck und Anlagenkonfiguration wurden angepasst“, sagt Projektleiter Ringo Köpge vom Fraunhofer CSP. Der aktuelle Aufbau ist ein Demonstrator ungefähr in der Größe eines DIN-A4-Blattes. Ob sich die angestrebte Robustheit auch bei großformatigen Solarmodulen unter Hagelbeanspruchung bestätigt, müssen die Forscher:innen noch in weiteren Tests nachweisen werden.

In Labortests stieg die Festigkeit von 2-mm-Glas von 79 auf bis zu 558 MPa; bei 1-mm-Glas erhöhte sie sich von 184 auf bis zu 1.348 MPa. Die Werte beziehen sich auf Glasproben und sind noch kein Nachweis für die Feldbeständigkeit großformatiger PV-Module. „Gegenüber dem herkömmlichen Weg, Festigkeit vor allem über größere Glasdicken zu erzielen, eröffnet der Ansatz erhebliche Potenziale. Die mögliche Gewichtseinsparung beträgt bis zu 40 Prozent; auch Energiebedarf und CO₂-Emissionen der Materialbereitstellung könnten sinken“, sagt Thomas C. Sauer, Geschäftsführer von Exxosqel. „Die Beschichtung lässt sich dabei auch in bestehende Glasherstellungs- oder Veredelungsprozesse integrieren.“

Als nächste Entwicklungsschritte stehen die Übertragung auf großformatige Solarmodule und Prüfungen der Hagelbeständigkeit an. Perspektiven sieht das Photovoltaik-Projektteam insbesondere für leichte Solarmoduldesigns, bedruckte Frontgläser und die BIPV.

Quelle: Fraunhofer IMWS | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH