U-Light Ultra lightweight PV modules and their applications in innovative PV systems achieving lowest LCOE

Projektverlauf

Eine Herausforderung bei der Entwicklung von PV-Modulen, die auf sehr dünnem Glas basieren, war die Tatsache, dass diese Art von Glas auf dem Markt nicht erhältlich war. Hitzegehärtetes Glas wurde nur ab einer Dicke von 2 mm hergestellt, was auch heute noch gilt, da herkömmliche Öfen nicht in der Lage sind, dünneres Glas zu härten.
Eine weitere große Herausforderung bestand darin, ultraleichte Module aus Kunststoff zu bauen, die alle Anforderungen an die Haltbarkeit erfüllen. PV-Module auf der Grundlage von Dünnglas und neuen Materialien erfordern eine umfassende Überarbeitung des Moduldesigns (Kontaktierung, Einbettungsmaterialien, Anschlussdose), Entwicklungen von Gläsern mit angepassten Temperaturzyklen und Einbettungsmaterialien sowie neue Techniken für die Herstellung der Module. Neue Materialien für die Einbettung der Solarzellen mussten entwickelt und auf ihre Langzeitstabilität geprüft werden. Besonderes Augenmerk musste darauf gelegt werden, die Belastung für die Solarzellen während der Laminierung auf einem erträglichen Niveau zu halten. Es war ein erhebliches Risiko, kein geeignetes Material zu finden, das alle Anforderungen erfüllen kann.
Die Herausforderungen für die Rückseitenfolie betrafen hauptsächlich technische und kommerzielle Aspekte. Um ein hohes Reflexionsvermögen zu erreichen, müssen die Pigmentpartikel im Submikrometerbereich liegen, der Brechungsindex muss so hoch wie möglich sein, ein hoher Füllstoffgehalt muss möglich sein, ohne die mechanischen und anderen Eigenschaften negativ zu beeinflussen, das Absorptions- und Transmissionsverhältnis muss so niedrig wie möglich sein. Bei den Verkapselungsmaterialien liegen die Herausforderungen in der Kombination der verschiedenen Materialien. Es müssen Hochleistungsmaterialien verwendet werden, um die angestrebten Eigenschaften zu erreichen, während gleichzeitig „Low-Cost“-Polymere enthalten sein müssen, um die Kostenziele zu erreichen. Die Prozessparameter mussten auf die verwendeten Materialien abgestimmt werden, um die hohe Leistung bei einer akzeptablen Kostenstruktur aufrechtzuerhalten.
Die allgemeine Herausforderung bestand darin, leichte Module zu entwickeln, die aufgrund des niedrigeren Preises im Vergleich zu Standardmodulen (in Euro pro Wp) sehr wettbewerbsfähig sind, niedrigere Stromgestehungskosten zu erreichen und dabei mindestens das gleiche Langzeitstabilitätsverhalten wie Standardmodule beizubehalten oder neue Marktsegmente für Anwendungen zu erschließen, in denen nur ultraleichte Module eingesetzt werden können.

Meilensteine

1. Glas/Backsheet-Modul mit einem spezifischen Gewicht von nur 3,9 kg/m²

Ergebnisse

Bei konventionellen Glas/Backsheet-Modulen wurde mit dem im Rahmen des Projekts entwickelten TPO-Encapsulants und Backsheet-Material ein 60-Zellen-Modul mit einem Gewicht von nur 6,3 kg einschließlich der hinteren Träger realisiert. Dies entspricht einem spezifischen Gewicht von nur 3,9 kg/m², was deutlich unter dem Zielwert von 12 kg/m² liegt. Unseres Wissens nach ist dies das leichteste 60-Zellen-Modul auf c-Si-Basis, das jemals gebaut wurde. Ein solches Modul mit einer Glasdicke von nur 0,8 mm ist ohne die Verbindung der Balken mit einer geeigneten Unterkonstruktion mechanisch nicht steif genug. Im Rahmen des Projekts wurde daher eine Unterkonstruktion entwickelt, die es ermöglicht, ultraleichte Glas/Rückwand- und Glas/Glas-Module ohne Stabilitätseinbußen im Vergleich zu heutigen Standardsystemen zu tragen. Es wurde ein Systemgewicht von 17,4 kg, bestehend aus dem 60-Zellen-Modul mit der entsprechenden Unterkonstruktion, erreicht. Durch Optimierung der Unterkonstruktion konnte das Systemgewicht auf 14 kg (spezifisches Gewicht von nur 8,8 kg/m²) reduziert werden, ohne die mechanische Stabilität zu beeinträchtigen.