Großflächige Referenzsolarzelle vom ISFH

Hochpräzise Messtechnik aus dem Labor bahnt sich den Weg in die Wirtschaft: Die Ingenieurbüro Mencke und Tegtmeyer GmbH (IB-MuT) hat die vom Institut für Solarenergieforschung (ISFH) vorentwickelte großflächige Referenzsolarzelle „BigRef“ zu einem marktfähigen Produkt weiterentwickelt.

In der Entwicklung und der Produktion von Solarzellen und PV-Modulen werden diese unter verschiedensten Beleuchtungsbedingungen genauestens vermessen. Hierfür kommen sogenannte Sonnensimulatoren zum Einsatz. Diese Beleuchtungseinheiten bilden das Licht der Sonne möglichst ideal nach und erlauben Messungen im Labor unter realistischen Strahlungsbedingungen. Für möglichst präzise Messungen müssen die Einstrahlungsbedingungen im Sonnensimulator genau bekannt sein. Mit der BigRef können die Bestrahlungsstärke und Homogenität der Lichtfelder in den Sonnensimulatoren genau bestimmt werden.

Die BigRef ist derzeit die einzige am Markt erhältliche großflächige (160 × 160 mm²) Referenzsolarzelle. Der einzigartige Aufbau der BigRef, der Techniken aus dem Solarmodulbau nutzt (z.B. eine Einkapselung in EVA-Copolymer), führt zu einer extrem guten thermischen Ankopplung an die Grundplatte und damit zu einer exzellenten Temperierbarkeit des Sensors. Dies ist für präzise Kalibrierungen von Konstantlichtsonnensimulatoren und Messplätzen zur Bestimmung der spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit unerlässlich.

Der größte Vorteil der BigRef ist jedoch ihre Größe. Als aktives Sensorelement werden handelsübliche Solarzellen mit Kantenlängen von derzeit rund 160 mm verwendet. Bisherige am Markt erhältliche eingekapselte Referenzsolarzellen haben eine Kantenlänge von nur 20 mm. Marktübliche Photovoltaikmodule erreichen derzeit Größen von bis zu 1,3 × 2,2 m². Die Lichtfelder der Sonnensimulatoren für Module sind entsprechend groß. Um ihre Homogenität zu vermessen, muss die bestrahlte Fläche abgerastert und eine Homogenitätskorrektur durchgeführt werden. Je kleiner die dafür verendete Referenzsolarzelle, desto größer der Aufwand.

Bei der Kalibrierung der Bestrahlungsstärke von Sonnensimulatoren für einzelne Solarzellen hat eine großflächige Referenzsolarzelle den Vorteil, dass eine Homogenitätskorrektur sogar komplett entfallen kann. Das vereinfacht nicht nur die Kalibrierprozedur, sondern führt auch zu einer noch geringeren Messunsicherheit.

Die Entwicklung der BigRef ist die Fortführung der gemeinsamen Arbeiten im Projekt „Uniform Sun“, das vom Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert wurde und die Entwicklung eines modularen Solarmoduls zur Bestimmung der Lichtfeldhomogenität von Sonnensimulatoren für Solarmodule zum Inhalt hatte.

Die BigRef ist bei IB-MuT erhältlich und kann am Solarzellenkalibrierlabor des ISFH CalTeC bezüglich Bestrahlungsstärke, Strom-Spannungs-Kennlinie, Linearität und spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit kalibriert werden.

Die Ingenieurbüro Mencke und Tegtmeyer GmbH ist ein niedersächsisches mittelständiges Unternehmen mit 18 Mitarbeitern, das seit 1993 an der Verbesserung und Qualitätssteigerung von PV-Modulen und -Anlagen arbeitet. IB-MuT entwickelt und produziert robuste und hochgenau kalibrierte Silizium-Solarstrahlungssensoren sowie Temperatursensoren, die weltweit von führenden Herstellern von PV-Monitoringsystemen und Wechselrichtern eingesetzt werden. Ein weiteres Betätigungsfeld sind die Entwicklung und Herstellung von Messsystemen für die Forschung und die Photovoltaikindustrie.

Das niedersächsische Solarforschungsinstitut ISFH forscht mit derzeit 158 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in zwei Abteilungen an innovativen Technologien für die Solarenergienutzung. Die Abteilung Photovoltaik entwickelt neue industrienahe Solarzelltechnologien und hocheffiziente industrialisierbare Photovoltaikmodule. Das ISFH ist Mitglied im Forschungsverbund Erneuerbare Energien (FVEE) und der Deutsche Industrieforschungsgemeinschaft Konrad Zuse e.V. (Zuse-Gemeinschaft) sowie An-Institut der Leibniz Universität Hannover.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Karsten Bothe
Leiter Solarzellenkalibrierlabor
Phone: +49 (0) 5151 999 425
Fax: +49 (0) 5151 999 400
Mobile: +49 (0) 176 151 999 02
eMail: k.bothe@isfh.de

Weitere Informationen:

https://www.ib-mut.de/solarstrahlungssensoren/bigref/
https://caltec.isfh.de