Innovationen am laufenden Band

Gerahmtes Glas-Folien Modul "peak on P220-60" für netzgekoppelte PV-Systeme von a2peak, einem jungen Unternehmen, das 2007 als deutsch-taiwanesisches Joint-Venture gegründet wurde. Die Abakus Solar AG bürgt dabei für die Qualität der Produkte.

Die in 2008 Jahr neuinstallierte Solarstromleistung ist laut einer vorläufigen Prognose des BSW-Solar auf rund 1,5 GW gegenüber 1,1 GW im Jahr 2007 gewachsen. Der Finanzkrise und sinkenden Subventionen zum Trotz erwartet der BSW-Solar auch 2009 ein weiteres Anziehen der Nachfrage. Der Großteil der Verbandsmitglieder geht dabei von keinen gravierenden Auswirkungen der Finanzkrise auf ihre Geschäftstätigkeit aus - darauf deuten u. a. die zuletzt vorgelegten Ausblicke der börsennotierten PV-Unternehmen hin.

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Zuversichtlich stimmen den Verband zudem ein nahezu ungebremster technologischer Fortschritt und sinkende Herstellungskosten. BSW-Solar Geschäftsführer Carsten Körnig: "Signale aus Industrie und Handwerk deuten darauf hin, dass die Preise für Solarstromanlagen bald deutlich sinken werden. Die Preise für Solarstrom vom eigenen Dach nähern sich in Siebenmeilenstiefeln den herkömmlichen Stromtarifen für den privaten Verbraucher."

Die "Poly 3"-Serie von BP für netzgebundene Systeme umfasst Module von 160 bis 230 W.

Investitionen und Wachstum
Durch laufende Investitionen in Forschung und Entwicklung vollzieht die Solarbranche einen imposanten technologischen Fortschritt, insbesondere auch bei den Solarzellen bzw. Solamodulen. So hat erst jüngst die Bosch-Gruppe gemeinsam mit der Ersol Solar Energy AG beschlossen, die Fertigungskapazitäten für kristalline Solarzellen und Module am Standort Arnstadt in Thüringen zu erweitern. Dafür sollen bis 2012 rund 530 Mio. Euro investiert werden. Die Robert Bosch GmbH hatte im Sommer dieses Jahres die Mehrheit an dem Erfurter PV-Spezialisten übernommen, der waferbasierte Siliziumsolarzellen und Dünnschichtmodule entwickelt, fertigt und vertreibt. Die Ersol Solar Energy AG will durch diese Investition ihre heutige Fertigungskapazität im kristallinen Bereich auf eine Nominalkapazität von rund 630 MWpeak nahezu verdreifachen und ihren Wachstumskurs kräftig fortsetzen.

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Kyocera, einer der führenden Hersteller im PV-Bereich, plant eine Steigerung der Produktionsmenge auf jährlich 650 MW bis März 2012. Das Unternehmen startet 2009 mit dem Bau einer neuen Produktionsstätte für Solarzellen in Yasu. Die neue Anlage soll bereits im Frühjahr 2010 mit der Fertigung starten. Die neue Anlage wird mit der bereits bestehenden großen Produktionsanlage in Yohkaichi, Japan, das Zentrum der Solarzellenherstellung von Kyocera bilden. Es werden dort ausschließlich Rückkontakt-Solarzellen aus multikristallinem Silizium produziert werden, die mit 18,5 % Laborwert einen der weltweit höchsten Wirkungsgrade verzeichnen können. Zugleich wartet der Hersteller mit neuen Modulen auf. Mit der "KD"-Serie werden die Nachfolger der erfolgreichen "KC"-Module präsentiert. Den Anfang machten die Großmodule "KD205GH-2P" und "KD180GH-2P". Hierbei ist es gelungen, die Ausgangsleistung zu erhöhen. So kann das neue "KD205"-Modul beispielsweise 5 W oder 2,5 % mehr als sein Vorgänger "KC200" leisten. Das jüngste Modul "KD210GH-2P" erzielt sogar 210 W. Die augenscheinlichste Änderung betrifft allerdings das Format. Die neuen "KD"-Zellen haben ein quadratisches Format von 156 mm x 156 mm, was mit etwas veränderten Modulmaßen einhergeht. Auch in Sachen Toleranz zeigen sich die neuen Module verbessert: So konnte Kyocera die Abweichung der Nennleistung auf +/-5 % reduzieren. Beim Vorgänger betrug diese Toleranz noch +10/-5 %.

Die "Generation Endura" von BP steht für Module der "Poly 3"-Serie, die durch zusätzliche besondere Ausstattungsmerkmale besonders
sicher, robust und langlebig sind. So hält z. B. der hochbelastbare Modulrahmen, der in Zusammenarbeit mit Porsche Engineering entwickelt wurde, Extremsituationen stand.

Solarzellen erzielen immer neuere Effizienzrekorde, werden farbig und transparent und erfüllen somit auch die hohen Ansprüche an Wirkungsgrade und verbesserte Optik. So zeichnen sich beispielsweise die polykristallinen Solarmodule von Aleo durch eine einheitlich blau schimmernde Oberfläche aus. Alle Module eignen sich gut für den Einsatz in netzgekoppelten Anlagen und sind den heutigen Marktbedürfnissen angepasst: Sie verfügen über montagefreundliche Maße, sind stabil, leistungsstark und sauber verarbeitet. Die hohe Qualität der Solarmodule mit polykristallinen Zellen wird auch von unabhängiger Seite bestätigt. So erhielt das Standardmodul "S_16" die Bestnote bei der Stiftung Warentest und war damit ein Testsieger. Insbesondere Stromerzeugung und Haltbarkeit des Produktes wurden mit "gut" bewertet. Durch ihre ästhetische, schwarze Oberfläche eignen sich hingegen die Aleo-Solarmodule mit monokristallinen Zellen insbesondere als Lösung für dunkle Dachflächen.

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Dünnschicht Solarmodule von der Centrosolartochter Biohaus.

Auf hohe Wirkungsgrade mit harmonischem Design setzt auch BP Solar, wie beispielsweise bei der "Mono 4-Serie". Die hohen Wirkungsgrade werden durch die Verwendung von monokristallinen Zellen ermöglicht. Sie haben im Gegensatz zu polykristallinen Zellen keine kristallinen Korngrenzen, an denen "energiereiche Solar-Elektronen" verloren gehen können. Die Zelloberfläche ist mit einer speziellen Silizium-Nitrid-Beschichtung überzogen, sodass mehr Licht in der Zelle in Strom umgewandelt werden kann. Die Zellen sind in Reihe geschaltet und umweltfreundlich durch bleifreie Zellverbindungen miteinander verlötet. Sie sind in besonders haltbare Materialien eingebettet - für besondere Langlebigkeit und Zuverlässigkeit. Die Zellen der "Mono 4-Serie" werden in einem besonderen Herstellungsverfahren produziert. Hierbei entsteht eine völlig homogene und gleichmäßige Kristallstruktur.

Mit seinem 4 mm starken Solarglas und dem verwindungssteifen Rahmen widersteht das extrem stabile Modul "PowerPlus 190 M-240 M" von Conergy Belastungen bis 5400 Pascal.

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Beim "AS Celaeno M" (monokristallin) von AS sorgt das "Albarino P" Solarglas von Saint Gobain mit seiner patentierten Oberflächenstruktur für eine Minimierung von Reflexionen und führt damit zu einer sehr guten Ausnutzung der Einstrahlung und maximalen Energieerträgen. Bei einer Glasstärke von 4 mm weist es zusammen mit dem extra stabilen Aluminium-Hohlkammer-Rahmen eine hohe Stabilität der Module auf.

Das 4 mm starke Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) beim PV-Modul "Heroal 224 GT" bietet hohe Bruchsicherheit, die speziellen Modulrahmen
sorgen für eine hohe Verwindungssteifigkeit. Hohe konstruktive Sicherheit bieten die Eckverbindungen, die sowohl verklebt als auch verpresst werden.

Stabilität ist ein Aspekt, der bei nahezu allen Herstellern mit an erster Stelle steht. Mit seinem 4 mm starken Solarglas und dem verwindungssteifen Rahmen widerstehen beispielsweise die extrem stabilen Module von Conergy auch Belastungen bis 5400 Pascal. Dadurch ist der Einsatz der "PowerPlus"-Solarmodule auch bei anspruchsvollen Umgebungsbedingungen möglich.

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72-zelliges Modul "Eco line 72" von Luxor Solar mit monokristalliner 5"-Zelle.

Die PV-Module von Mitsubishi Electric sind ausgelegt für private Anwender und Anwendungen in der Industrie. Sie eignen sich für Solaranlagen mit Netzanbindung und bieten eine hohe Leistungsausbeute. Sie wird durch quadratische polykristalline Solarzellen mit einer Kantenlänge von 150 mm erreicht, die die abgedeckte Fläche gut ausnutzen. Jede Zellenreihe wird durch Bögen aus Kunststoff - Ethylene Vinyl Acetat (EVA) - geschützt und ist eingebettet zwischen einer witterungsbeständigen Rückseite und hochtransparentem, widerstandfähigem, getempertem Glas. Durch die Entspiegelung des Glases kann das Licht effektiv in elektrischen Strom umgewandelt werden.

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Erfolg mit neuen Technologien
Weiter zu konstatieren ist, dass die Wafer immer dünner und dünner werden und die zeitweisen Engpässe beim Zellen-Rohstoff Silizium der Dünnschichttechnologie zum Durchbruch verholfen haben. So handelt es sich bei der "EFG"-Technologie von Schott Solar um ein patentiertes Verfahren zur besonders wirtschaftlichen und rohmaterialsparenden Wafer-Herstellung. Die neuen "EFG"-Solarstrommodule verfügen nach den Angaben des Herstellers über eine sehr gute elektrische Langzeitstabilität, hohe Lichtspektrumempfindlichkeit und damit hohe Energieausbeute. "Schott EFG 165" ist eine Kombination aus einem ressourcenschonenden Herstellungsverfahren, leistungsstarken Zellen und einer 20-jährigen Leistungsgarantie.  Die "ASI"-Dünnschichttechnologie ist das Ergebnis langjähriger Erfahrung und hochmoderner Fertigungsstandards. Dieses Allzweckmodul bietet unter Bedingungen, wie ungünstigen Lichtverhältnissen oder hohen Temperaturen, eine hohe Energieausbeute. Die "ASI"- Module eignen sich auch bei einer nicht optimalen Dachausrichtung. Die Module bestehen aus einer mit amorphem Silizium beschichteten Glasplatte und sind ausgelegt für eine Systemspannung von bis zu 1000 V. Schott gibt auch auf diese Module eine Leistungsgarantie von 20 Jahren.

"EFG"-Wafer von Schott Solar werden direkt aus einer dünnen Folie kristallinen Siliziums heraus verarbeitet, die aus einer Siliziumschmelze gezogen und per Laser geschnitten wird.

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Auf die wegweisende Dünnschichttechnologie setzen ebenfalls die Viessmann Werke. "Vitovolt 100" PV-Module basieren auf amorphem Silizium. Amorphes Silizium wird durch ein spezielles Bedampfungsverfahren auf einen Glasträger aufgebracht. Dadurch sind die üblichen Schichtdicken um den Faktor 100 kleiner als bei kristallinem Silizium, was eine ­enorme Materialeinsparung darstellt. Durch das hohe Absorptionsvermögen erzielt "Vitovolt 100" sehr hohe Ertragswerte gerade im Schwachlicht- und Teilverschattungsverhalten. Dies macht das PV-Modul sehr interessant für flache oder nicht optimal ausgerichtete Montagebedingungen. Die integrierte Serienverschaltung und die Rahmen der PV-Module sorgen für eine einfache und schnelle Montage.

Auf Dünnschichttechnologie setzt Viessmann. "Vitovolt 100"-PV-Module basieren auf amorphem Silizium. Es wird durch ein spezielles Bedampfungsverfahren auf einen Glasträger aufgebracht und ermöglicht kleinere Schichtdicken.

"Vitovolt 200" PV-Module sind sowohl mit monokristallinen als auch mit polykristallinen Silizium-Zellen verfügbar. Sie sind in Glaslaminat-Bauweise aufgebaut. Die einzelnen Solarzellen sind in zwei Kunststoff-Folien eingebettet. Die rückseitige Abdeckung wird durch eine Deckfolie gebildet. Scheibe und Folien werden miteinander laminiert. So sind die Zellen gegen äußere Witterungseinflüsse geschützt. Das steckerfertige Modul ist aufgrund seines geringen Gewichts und der Viessmann Standard-Montagesätze besonders einfach aufs Dach zu bringen.

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Die Sanyo "HIT"-Solarzellen, wie sie Wagner & Co. Solartechnik anbietet, haben einem Hybridaufbau aus monokristallinem Silizium, das mit dünnem amorphen Silizium beschichtet ist. Durch dieses Herstellungsverfahren ergeben sich höhere Wirkungsgrade, die im Betrieb auch bei hohen Umgebungstemperaturen Bestand haben.

Die Dünnschicht-Technologie bietet besondere Rahmenbedingungen und technische Vorteile gegenüber kristalliner PV-Technik. Ein höherer Flächenbedarf und deutlich höhere Erträge bei diffusen Einstrahlungen und suboptimalen Ausrichtungen weisen den Weg zu dem bevorzugten Einsatzgebiet der Centrosolar-Tochter Biohaus: der Gebäudeintegration. Die Biohaus Dünnschicht-Systeme nutzen die langjährige Erfahrung des weltweit "ältesten" Dünnschicht-Herstellers United Solar Ovonic und das Dachintegrations-Know-How des Biohaus-Teams am Standort Paderborn. Ob als amorphe "SolarDachZiegel", "GroßFlächenModule" für Metall- und Bitumendächer oder als solare Kunststoff-Dachbahn: Die Kombination von leichtgewichtiger Dacheindeckung und solarer Stromerzeugung erschließt große Anwendungspotenziale vom Privathaus bis zum Industriedach.

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CIS-PV-Module von Würth Solar ersetzen Dachziegel.

Die Photovoltaik-Industrie wächst stark, trotz aller Hindernisse. Und der PV-Industrie standen und stehen viele Herausforderungen gegenüber. So wurde noch vor einigen Jahren eine signifikante Erhöhung des Wirkungsgrades bei Silizium-Solarzellen für schwer möglich gehalten - heute gehört er zur Realität. Auch die Dünnschichttechnologie hielten viele Experten für nicht marktfähig - heute ist sie ein
wesentlicher Bestandteil auf dem Weg zur Energiewende.

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Sicherungselemente für den Schutz von PV-Arrays

Einst galten alternative Systeme zur Stromerzeugung mit Solarmodulen aufgrund der hohen Anlaufkosten als unpraktisch; dazu trug auch die sperrige Ausrüstung bei, die zur Aufrechterhaltung der Stromversorgung und zur Umwandlung des Gleichstroms in besser nutzbaren Wechselstrom erforderlich war. Die schnelle Verbesserung von Solarmodulen und -systemen bedeutet jedoch, dass diese Alternative heute eine praktikablere Lösung zur Erzeugung von sauberem Strom ist.

Eine gängige Methode ist die Verwendung von PV-Strängen, die aus in Reihe oder parallel geschalteten Solarmodulen bestehen. Je nach der erforderlichen Strommenge können entweder einzelne Stränge oder eine Kombination von Strängen eingesetzt werden. Wechselrichter sind sowohl für Einzelstrang- als auch modulare Installationen erhältlich.

Die Entwicklung dieser hochentwickelten Solarmodulsysteme hat die Nachfrage nach leistungsfähigen Sicherungselementen vorangetrieben. Ein Problembereich ist der begrenzte Kurzschlussstrom bei Ausfall eines Solarmoduls. Durch die niedrige Schwelle zum Kurzschlussstrom bei Solarmodulen wird nicht ausreichend Strom geliefert, um herkömmliche Sicherungselemente so zu öffnen, sodass fehlerhafte Stränge wirksam isoliert werden.

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Cooper Bussmann hat eine Reihe von Sicherungselementen speziell zum Schutz von PV-Strängen entwickelt. Aufgrund der Empfindlichkeit der Bauteile des Wechselrichters und der Einführung von Gesetzen, die einen Einsatz des Wechselrichters unter stärkerer Belastung erlauben, musste das Sicherungselement zum Schutz des Solarmodulsystems umgestaltet werden.

Sicherungselemente mit voller Betriebsspanne bei niedrigen Fehlströmen sind von Fachleuten als bewährtes Mittel zum Schutz von PV-Arrays anerkannt. Mit Nennstromstärken von 8 A bis 15 A bei 1000 V DC gehören die neuen PV-Sicherungselemente von Cooper Bussmann der Kategorie "gR" an und werden gemäß weltweit gültigen Normen für Solarmodule in den Größen 4", 5" und 6" hergestellt. Die Sicherungselemente sind geprüft und zugelassen gemäß IEC 60269 und bieten einen Schutz im kompletten Spektrum einschließlich Überlastungen ab 1,3 x In bis zu Kurzschlüssen.

Die effektive Leistung der PV-Sicherungselemente von Cooper Bussmann ist genau abgestimmt auf die Einsatzumgebung und mögliche Fehler von PV-Strängen. Die Sicherungselemente werden in dem gängigen Format 10 x 38 mm zylindrisch hergestellt, wodurch sie in handelsüblichen modularen Sicherungshaltern, Leiterplattenclips und offenen Sicherungshaltern ein-gesetzt werden können.

Weitere Informationen unter: www.cooperbussmann.com/pvfuse

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Von kristallinen Solarzellen bis zu Dünnschichtmodulen

Das 1999 gegründete Unternehmen Q-Cells AG aus Bitterfeld-Wolfen ist nach einschlägiger Expertenmeinung mittlerweile der größte Solarzellenhersteller der Welt. Zum Kerngeschäft des Unternehmens gehören die Entwicklung, Herstellung und Vermarktung von leistungsfähigen Solarzellen aus mono- und multikristallinem Silizium. Darüber hinaus fertigen seit Mitte 2008 mehrere Tochter- und Beteiligungsfirmen Dünnschichtmodule in unterschiedlichen Techniken.

Ungefähr neun von zehn Solaranlagen basieren heute auf der Siliziumtechnologie. Das Silizium wird in mehreren Schmelz- und Reinigungsschritten aus Quarzsand gewonnen. Im flüssigen Zustand wird es dann in Blöcke - Ingots - gegossen, die dann in dünne Scheiben geschnitten werden, die sogenannten Wafer.

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Q-Cells kauft solche Wafer ein und verarbeitet sie weiter zu Solarzellen. Hierbei werden die Wafer mit Säuren und Laugen gereinigt, elektrophysikalisch verändert und zuletzt mit einer Antireflexionsschicht aus Siliziumnitrid versehen, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Dann werden die elektrischen Kontakte aufgebracht. Die fertigen Zellen verkauft Q-Cells an Hersteller von Solarmodulen.

Der heutige Markt erwartet hochwertige Solarzellen mit genau definierten Produkteigenschaften. Um diesen Ansprüchen sowohl technisch als auch optisch Rechnung zu tragen, arbeitet das Bitterfelder Unternehmen permanent an optimierten Zellenlösungen für die jeweiligen Anforderungen. So ermöglichen beispielsweise die "sauer texturierten" Zellen besonders hohe Wirkungsgrade - auch bei Schwachlicht. Zudem verfügen sie über eine besonders gleichmäßige Oberfläche. Bei Q-Cells gibt es mehr als 40 Zellklassifizierungen. Nach Aussagen des Unternehmens gibt es keinen anderen Hersteller mit derart engen Leistungstoleranzen.

Der Marktanteil der mono- und multikristallinen Solarzellentechnologie - das Kerngeschäft von Q-Cells - liegt bei über 90 %. Die Firmenleitung geht davon aus, dass diese Technologie, nicht zuletzt wegen des noch vorhandenen Kostensenkungspotenzials, noch für die nächsten 10 Jahre führend sein wird.

Mit Solar-Grade-Silizium (UMG) steht ein weiteres Material zur Verfügung, das für PV-Zellen eingesetzt werden kann. Bei den hochinteressanten Wachstumsmöglichkeiten von Solar-Grade-Silizium für die PV-Industrie bietet es die mechanischen Vorteile von multikristallinem Material und wird auf gleiche Art hergestellt.

"Q6LEP3" ist die neuste Entwicklung der Q-Cells. Für "Q6LEP3" wird Solar-Grade-Silizium verwendet. Auf diese Weise lässt sich die beste Energie Rücklaufzeit für kristallines Material erreichen. Zahlreiche Qualitätstests haben einen stabilen Energieertrag aufgezeigt. Zudem liegt das Degradationsniveau unterhalb von monokristallinen Solarzellen. "Q6LEP3" erreicht dabei Wirkungsgrade bis zu 16 %. Die Vorderseite mit der blauen Antireflexionsschicht garantiert eine verbesserte Lichtabsorption, dies führt wiederum zu einer Steigerung des Wirkungsgrads.