TPedge-Module sind randversiegelte Doppelglas-Module mit einer großen Ähnlichkeit zu Isolierglasfenstern. Die Solarzellen werden im gasgefüllten Scheibenzwischenraum mit Hilfe kleiner Klebstoff-Pins befestigt. TPedge verzichtet auf traditionelle Einkapselungsfolien sowie den Modulrahmen und spart daher nicht nur Materialkosten, sondern auch den zeitaufwendigen Laminationsprozess. Im Projekt „TPedge – Entwicklung einer Technologie für randversiegelte Solarmodule” hat das Fraunhofer ISE mit der Firma Bystronic glass Prozesse für die industrielle Herstellung des neuartigen Solarmodulkonzepts entwickelt. „Der Sprung vom Laborprototyp zur industriellen Standardmodulgröße (60-Solarzellen) ist uns erfolgreich gelungen”, so Max Mittag, Projektleiter am Fraunhofer ISE.
Abb.: TPedge-Modul mit 2-Millimeter-Dünnglas während der Flächenlastprüfung (Bild: Fh.-ISE)
Das Fraunhofer ISE konnte in seinem PV Module-TEC (Module Technology Center) automatisierte Produktionssysteme für TPedge-Module in Betrieb nehmen und zahlreiche Prototypen mit unterschiedlichem Aufbau herstellen. Die Forscher optimierten die Prozesse für die industrielle Herstellung. Durch den Einsatz von 2-Millimeter-Dünngläsern konnten sie außerdem eine Gewichtsreduktion der TPedge-Module um 30 Prozent erreichen, verglichen mit der Ausführung in 3-Millimeter-Doppelglas. Die gemeinsam mit Bystronic glass hergestellten Prototypen wurden umfangreichen Modulprüfungen gemäß IEC 61730/61215 unterzogen. Die Ergebnisse bestätigen die hohe Beständigkeit und technische Reife des Modulkonzepts. Die Forscher prüften TPedge-Module unterschiedlichen Aufbaus sowie Glas-Folien-Laminate und Glas-Glas-Laminate als Referenz. Auch die Beständigkeit gegen Hagel und Flächenlast war Gegenstand der Prüfungen.
In der Feuchte-Wärme-Prüfung wurden TPedge-Module mit verschiedenen kommerziellen Solarzellen über 4000 Stunden einer Temperatur von 85 Grad Celsius sowie einer relativen Luftfeuchte von 85 Prozent ausgesetzt. Die Module zeigen gegenüber initialen Leistungsmessungen keinerlei Veränderung. Herkömmliche Module (Glas-Folie-Laminate und Glas-Glas-Laminate) hingegen zeigen nach 4000 Stunden teils erhebliche Degradation. Auch die Prüfung auf Beständigkeit gegen thermische Wechsellasten wurde erfolgreich bestanden. Das TestLab PV Modules des Fraunhofer ISE wies die Beständigkeit von TPedge-Modulen durch 400 Temperatur-Zyklen von - 40 bis + 85 Grad Celsius nach.
Unter Verwendung von kommerziellen Befestigungssystemen prüften die Forscher auch die Beständigkeit gegen mechanische Lasten und Hagel am Fraunhofer ISE. Die Module bestanden in unterschiedlichen Montagesituationen bis zu einer Druckbelastung von 5400 Pascal. Trotz teilweise mehrfacher Wiederholung der Flächenlastprüfung wurde anschließend keine Veränderung der Modulleistung gemessen. Die Prüfung gegen Hagelschlag: Auch Module mit zwei Millimeter Glasdicke waren erfolgreich. Kritische Stellen des Moduls wie z. B. Glaskanten wurden mit 25 Millimeter großen Hagelkörnern beschossen. Die geprüften Module haben die Prüfungen ohne Schäden bestanden und ließen sich erfolgreich auch in weiteren Prüfungen verwenden.
Mit am Fraunhofer ISE entwickelten Modellen zur Berechnung der Cost of Ownership nach dem SEMI-Standard, einer hochpräzisen Zelle-zu-Modul-Leistungsanalyse (CTM), und Messungen des CalLab PV Modules wurden die spezifischen Modulkosten für TPedge und relevante Konkurrenz-Modultechnologien berechnet. „Die spezifischen Modulkosten des TPedge-Modulkonzepts liegen zirka zwei Prozent unter denen herkömmlicher Glas-Folie-Laminate”, so Mittag. „Erreicht wird die Kostensenkung vor allem durch niedrigere Materialkosten, die zirka 90 Prozent der gesamten Modulproduktionskosten inklusive Zellen ausmachen.” Auch gegenüber Glas-Glas-Laminaten reduziert TPedge die Materialkosten.
Das Projekt „TPedge” startete Anfang 2013 und wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. Das Fraunhofer ISE und der Projektpartner Bystronic glass entwickelten die TPedge-Modultechnologie und industrielle Produktionsmöglichkeiten erfolgreich weiter. Das Fraunhofer ISE rüstete bereits die Fassade eines Laborgebäudes mit siebzig TPedge-Modulen aus und betreibt diese nun erfolgreich seit über drei Jahren im Feldtest. In weiteren Arbeiten untersuchten die Forscher vielversprechende Ansätze zur Erhöhung der Modulleistung und die besondere Eignung des Konzepts für gebäudeintegrierte Photovoltaik. Eine industrielle Umsetzung mit interessierten Partnern wird angestrebt.
Fh.-ISE / DE
