Fraunhofer ISE zeigt Schindelsolarzellen, Integrierte PV, Leistungselektronik, Solar Forecasting und Batterietechnik auf der Intersolar Europe

Solarzellenentwicklung und -produktionstechnologie

Die Freiburger Solarforscher zeigen monokristalline Solarzellen mit einer Kantenlänge von 22 mm x 148 mm, die im Modul wie Schindeln übereinandergelegt werden und dadurch flächensparend zu höheren Wirkungsgraden führen.

Dieser Zelltypus eignet sich besonders gut für die Integration zum Beispiel in Fahrzeuge, da hier der verfügbare Platz eine wesentliche Rolle spielt. Zu sehen auf dem Stand des Fraunhofer ISE sind sowohl monofaziale Schindelsolarzellen als auch – ganz neu – bifaziale Schindelsolarzellen.

PERC-Solarzellen mit Folienmetallisierung (FoilMet) basieren auf einer am Fraunhofer ISE entwickelten Technologie, bei der Aluminiumfolie mittels Laserstrahlung mit dem Siliciumwafer verschweißt wird.

Dieser vereinfachte Herstellungsprozess für die Rückseitenkontaktierung von PERC-Zellen steigert das Effizienzpotenzial und ist gleichzeitig deutlich kostengünstiger als herkömmliche Verfahren.

Die Aluminiumfolie wird dabei mittels einzelner Laserpulse durch die Passivierschicht legiert und mit dem Silicium verschweißt. Die Kontaktpunkte stellen die mechanische und elektrische Verbindung zwischen Folienelektrode und Siliciumwafer her.

Ein Parallel-Dispensdruckkopf zur Metallisierung von Standard-Siliciumwafern ermöglicht im kontaktlosen Druckverfahren eine sehr homogene Struktur der Kontaktfinger auf der Solarzellenvorderseite und optimiert den Materialeinsatz um 15 Prozent.

Gleichzeitig wird die Abschattung der Waferoberfläche durch eine verbesserte Form der Kontaktfinger verbessert. Die Linienbreiten reichen von < 30µm bei bis zu 20µm Fingerhöhe.

Modulentwicklung und Integrierte Photovoltaik

»Der für die konsequente Umsetzung der Energiewende notwendige Zubau an Photovoltaik wird nicht allein auf Dächern und Freiflächen stattfinden«, sagt Institutsleiter Dr. Andreas Bett. »PV-Module werden zunehmend auch in Gebäude, Fahrzeuge und Straßenbeläge sowie in aufgeständerten Anlagen über landwirtschaftlich genutzten Flächen integriert.«

Das Fraunhofer ISE zeigt auf der Intersolar Modulentwicklungen für die Bauwerkintegrierte PV (BIPV). Hierbei gilt es, Architekten und Bauplanern auch farblich variierende Gestaltungsmöglichkeiten für die Fassade, bei möglichst geringem Energieertragsverlust der PV-Module zu bieten. Auch Modulentwicklungen für die Integration in Fahrzeuge – Vehicle Integrated PV (VIPV) – werden zu sehen sein. Anwendungsformen sind hier zum Beispiel das Panoramadach für einen PKW oder das im LKW-Dach eingebaute Modul als Stromlieferant für Kühlung der transportierten Ware.

Solar Forecasting

Um Hochrechnungen für den PV-Stromertrag und damit die Integration der Solarenergie in das Stromversorgungssystem optimieren zu können, entwickelt das Fraunhofer ISE Live-Einstrahlungssensoren. Auf der Messe zeigen die Forscherinnen und Forscher eine Messstation, die in einem Projekt mit dem Partner Transnet BW zum Einsatz kommt. An 40 Standorten in Baden-Württemberg werden damit im Minutentakt die Messungen erfasst und in Echtzeit an das Fraunhofer ISE übermittelt. Kombiniert mit simulierten Leistungsdaten der PV-Anlagen sowie mit Solarstrahlungsdaten auf Basis von Satellitendaten erhält Transnet BW die solaren Einstrahlungsdaten und kann so die Solarstromeinspeisung für das Stromübertragungsnetz hochrechnen.

Leistungsdegradation in Modulen erkennen

Insbesondere PV-Module aus rückseitig passivierten PERC-Solarzellen können von der sogenannten Light and elevated Temperature Induced Degradation (Le-TID) betroffen sein. Im Gegensatz zur lichtinduzierten Degradation (LID) besteht bei diesen Modulen die Gefahr einer langsamen, jedoch massiven Leistungsdegradation, die auf sehr lange Sicht vollständig oder teilweise regenerieren kann. Das Fraunhofer ISE zeigt ein am Institut entwickeltes Prüfverfahren zur Untersuchung von LeTID-Effekten an PV-Modulen.

Leistungselektronik

Zu neuen Entwicklungen aus dem Bereich der Leistungselektronik zählen leistungselektronische Schaltungen für Batteriespeichersysteme sowie Regelungstechnik für hohe Schaltfrequenzen. Gezeigt wird der hochintegrierte und kompakte Aufbau eines dreisträngigen, galvanisch nicht getrennten DC/DC-Wandlers (Batteriesteller) mit Siliciumkarbid-MOSFETs zur Anbindung einer Li-Ion-Hochvoltbatterie an den DC-Zwischenkreis eines Wechselrichters.

Weiterhin präsentiert das Institut einen Zentralwechselrichter mit modularem Aufbau, der im hohen Leistungsbereich von 500 kW zum Einsatz kommt und ein parallele Schaltung ermöglicht.

Batteriespeicher und -systeme

Das Fraunhofer ISE verfügt über langjährige Erfahrung in der Batteriesystemtechnik und ergänzt diese Kompetenz um Batterieentwicklung. Beide Themenbereiche werden auf dem Messestand zu sehen sein, so zum Beispiel ein Batterie-Stack für stationäre Anwendungen, der auf einer wässrigen Zellchemie basiert und aus nachhaltigen preiswerten Materialien gebaut ist. Die flexible Architektur erlaubt eine Anpassung an spezielle Anwendungen.

Intersolar Europe, München, 15.05. – 17.05.2019
Messestand Fraunhofer ISE Halle A1.540