_ Im Rahmen des Forschungsprojekts hat das Fraunhofer ISE die Fassade eines seiner Laborgebäude mit den neuen TPedge-Photovoltaik-Modulen ausgerüstet und betreibt diese seit über drei Jahren erfolgreich. Hergestellt wurden die Module auf Bystronic glass Maschinen und Anlagen.
Bei den TPedge-Modulen handelt es sich um randversiegelte Doppelglas-PV-Module, die eine große Ähnlichkeit zu Isolierglas-Einheiten aufweisen: Die Solarzellen werden im gasgefüllten Scheibenzwischenraum mithilfe kleiner Klebstoff-Pins befestigt. Ein elastischer Randverbund von Kömmerling dichtet das Modul ab. TPedge verzichtet auf traditionelle Einkapselungsfolien und den Modulrahmen und spare so nicht nur Materialkosten, sondern auch den zeitaufwendigen Laminationsprozess. „Der Sprung vom Laborprototyp zur industriellen Standardmodulgröße (60 Solarzellen) ist uns erfolgreich gelungen“, so Max Mittag, Projektleiter am Fraunhofer ISE.
Dazu ergänzt Tobias Neff, Produktmanager Solar bei Bystronic glass: „Mit der TPedge-Technologie lassen sich die Kosten der Modulproduktion deutlich senken – bei einer angestrebten Taktzeit von 45 Sekunden pro Modullinie.“
Automatisierte Herstellung mit Dünngläsern
Das Fraunhofer ISE konnte in seinem „Module Technology Center“ automatisierte Produktionssysteme für TPedge-Module in Betrieb nehmen und zahlreiche Prototypen mit unterschiedlichem Aufbau herstellen. Die Prozesse für die industrielle Herstellung wurden entsprechend weiterentwickelt und optimiert.
Durch den Einsatz von 2 mm Dünngläsern konnte zudem eine Gewichtssenkung bei den TPedge-Module um 30 Prozent erreicht werden. Die gemeinsam mit Bystronic glass hergestellten Prototypen wurden umfangreichen Modulprüfungen gemäß IEC 61730/61215 unterzogen.
Die Ergebnisse bestätigten, so die Forscher, die hohe Beständigkeit und technische Reife des Modulkonzepts.
Geprüft wurden 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.
Hohe mechanische und Alterungsbeständigkeit
In der Feuchte-Wärme-Prüfung wurden TPedge-Module mit verschiedenen kommerziellen Solarzellen über 4000 Stunden einer Temperatur von 85 °C sowie einer relativen Luftfeuchte von 85 % ausgesetzt. Die Module zeigen gegenüber initialen Leistungsmessungen keinerlei Veränderung.
Herkömmliche Module (Glas-Folie-Laminate und Glas-Glas-Laminate) hingegen zeigten teils erhebliche Alterungserscheinungen und einen Leistungsverlust von bis zu 41 Prozent.
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 (– 40 °C … + 85 °C) nach.
Unter Verwendung von kommerziellen Befestigungssystemen wurden Prüfungen auf Beständigkeit gegen mechanische Lasten und Hagel am Fraunhofer ISE durchgeführt. Die geprüften Module wurden in unterschiedlichen Montagesituationen bis zu einer Druckbelastung von 5400 Pa erfolgreich getestet.Trotz teilweise mehrfacher Wiederholung der Flächenlastprüfung wurde anschließend keine Veränderung der Modulleistung gemessen, so die Tester.
Die Beständigkeit gegen Hagelschlag wurde ebenfalls überprüft und dabei auch Module mit reduzierter Glasdicke erfolgreich getestet.
Kritische Stellen des Moduls wie z. B. Glaskanten wurden mit 25 mm großen Hagelkörnern beschossen. Die geprüften Module hätten die Prüfungen ohne Schäden bestanden und konnten erfolgreich auch in weiteren Prüfungen verwendet werden.
Deutliche Kostenersparnis
Mit am Fraunhofer ISE entwickelten Modellen zur Berechnung der „Cost of Ownership“ wurden die spezifischen Modulkosten (Euro/Wp) für TPedge und relevante Konkurrenz-Modultechnologien berechnet. „Die spezifischen Modulkosten des TPedge-Modulkonzepts liegen ca. 2,2 Prozent unter denen herkömmlicher Glas-Folie-Laminate“, so Max Mittag.
„Erreicht wird die Kostensenkung vor allem durch niedrigere Materialkosten, die ca. 90 % der gesamten Modulproduktionskosten ausmachen,“ ergänzt Tobias Neff.
TPedge spart ca. 22 % (ohne Solarzellen) bzw. 7,5 % (mit Solarzellen) an Materialkosten gegenüber herkömmlichen Modulen. Gegenüber Glas-Glas-Laminaten spart TPedge ca. 15,4 % der Materialkosten (ohne Solarzellen). —
Über das Projekt
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.
Alterungsergebnisse: Elektrolumineszenz-Aufnahmen der geprüften Module nach 4000 Stunden Feuchte-Wärme-Prüfung (85 °C, 85 % r.H.); TPedge-Modul (l.), Glas-Glas-Laminat (m.), Glas-Folie-Laminat (r.)
Die Südwestfassade des Fraunhofer ISE in Freiburg mit TPedge-Modulen