Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle (Saale) und die AE Alternative Energy GmbH (AE Solar) aus dem bayerischen Königsbrunn entwickeln im Forschungsprojekt »SegmentPV« ein für Teilverschattung optimiertes Solarmodul.
Teilverschattungen können bei Solarmodulen nicht nur zu Energieverlusten, sondern auch zu gefährlichen Überhitzungen, so genannten Hotspots, führen, die wiederum das gesamte Modul zerstören können. Durch Segmentierung des Modullayouts und den Einsatz integrierter Bypass-Dioden soll ein Hot-Spot-freies (HSF) Photovoltaikmodul entwickelt werden, teilt das Fraunhofer CSP mit.
Wird eine Solarzelle verschattet, funktioniert sie nicht mehr als Stromlieferant, sondern wird zum Widerstand. Die parallel zu den Zellstrings geschaltete Bypass-Diode ist im normalen Betriebszustand in Sperrrichtung gepolt. Liefert eine Zelle keinen Strom, kann sie – daher der Name – über die Bypassdiode umgangen werden, was Überhitzung und Ertragseinbußen verhindert.
AE Solar hatte bereits 2017 ein Hot-Spot-freies Solarmodul vorgestellt. Die Module verfügten als Besonderheit über eine Diode pro Zelle. Die Idee, jede Zelle mit einer eigenen Diode auszustatten, war aber auch damals schon nicht neu. Bereits in den 1990er Jahren bot der japanische Hersteller Sharp solche Module an. Anders als AE Solar hatte Sharp die Bypassdioden jedoch nicht zwischen die Zellen gelegt, sondern direkt in die Solarzellen integriert.
Die Arbeiten am Fraunhofer CSP konzentrieren sich nun insbesondere auf die Charakterisierung und Bewertung von Solarzellen und integrierten Dioden, z.B. die Untersuchung verschiedener Zelltechnologien hinsichtlich des Rückwärts-Durchbruchverhaltens unter Beleuchtung. Das temperaturabhängige Verhalten der integrierten aktiven und passiven Bypass-Dioden wird untersucht, um für die Anwendung optimale Bypass-Dioden zu identifizieren, die möglichst geringe Verluste aufweisen und somit auch einer Temperaturerhöhung standhalten. Basierend auf Simulationen hat AE Solar verschiedene Layouts für die Segmentierung der Modulfläche erstellt und neue Moduldesigns entwickelt. Die besten Designs wurden von AE Solar als Prototypen für weitere Untersuchungen im Labor und im Freifeld hergestellt.
Das Projekt »SegmentPV« wurde im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWK) mit rund 470.000 Euro gefördert. Es startete im Mai 2023 und läuft noch bis September dieses Jahres.
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