Spezialbeschichtung macht ultradünnes Glas-Glas-PV-Modul robuster
Dünnere Gläser reduzieren Materialverbrauch, Modulgewicht sowie Transport- und Handhabungsaufwand. Sie bieten jedoch weniger mechanische Belastbarkeit und eine geringere Steifigkeit – ein Problem besonders bei Hagel und extremen Witterungsereignissen, bei denen das Frontglas die darunterliegenden Modulkomponenten schützen muss.
Prototyp kombiniert Dünnglas mit etablierten Verkapselungsmaterialien
Das Fraunhofer CSP und Exxosqel haben einen Prototyp im Format 300 × 200 mm entwickelt – etwa die Größe eines DIN-A4-Blattes. Das Modul nutzt etablierte Verkapselungsmaterialien und seriell verschaltete Viertelzellen aus bifazialen M6-9-Busbar-PERC-Zellen. Jede Viertelzelle liefert rund 1,58 W.
Kern der Entwicklung ist eine mehrkomponentige, reaktive Oberflächenbehandlung, die direkt auf das Glas aufgebracht wird. Sie reagiert mit Hydroxylgruppen auf den durch Mikrorisse charakterisierten Glasoberflächen, die während der Abkühlung und Heißformgebung entstehen. Die Beschichtung bildet kovalente Bindungen mit der Glasmatrix aus und stärkt durch die entstehende Brückenbildung die Oberfläche. Ihre optischen Eigenschaften sind auf das Glas abgestimmt, um Wirkungsgradverluste gering zu halten.
Laminierparameter mussten angepasst werden
Die Fertigung des Prototyps erforderte angepasste Prozessbedingungen. Projektleiter Ringo Köpge vom Fraunhofer CSP erläutert: „Das Modul wurde mit einem Standard-PV-Laminator gefertigt; Prozessparameter wie Temperatur, Druck und Anlagenkonfiguration wurden angepasst." Das Fraunhofer CSP brachte dabei seine Kompetenz in der PV-Modulintegration ein: Zellauswahl und -verschaltung, Einsatz geeigneter Verkapselungsmaterialien sowie die Anpassung der Laminierparameter an das Dünnglas. So konnte die Beschichtung im Modulverbund statt ausschließlich an Glasproben erprobt werden.
Köpge betont zudem: „Der spezielle Beschichtungsprozess ist nicht auf das Demonstratormodul beschränkt, sondern kann auch auf Standard-Solarmodule angewendet werden."
Festigkeit steigt in Labortests deutlich
In Labortests stieg die Festigkeit von 2-mm-Glas von 79 auf bis zu 558 MPa. Bei 1-mm-Glas erhöhte sie sich von 184 auf bis zu 1.348 MPa. Die Werte beziehen sich auf Glasproben und sind noch kein Nachweis für die Feldbeständigkeit großformatiger PV-Module.
Thomas C. Sauer, Geschäftsführer von Exxosqel, resümiert: „Gegenüber dem herkömmlichen Weg, Festigkeit vor allem über größere Glasdicken zu erzielen, eröffnet der Ansatz erhebliche Potenziale. Die mögliche Gewichtseinsparung beträgt bis zu 40 Prozent; auch Energiebedarf und CO₂-Emissionen der Materialbereitstellung könnten sinken." Sauer ergänzt: „Die Beschichtung lässt sich dabei auch in bestehende Glasherstellungs- oder Veredelungsprozesse integrieren."
Hagelbeständigkeit und Großformate stehen als nächste Schritte an
Ob sich die angestrebte Robustheit auch bei großformatigen Modulen unter Hagelbeanspruchung bestätigt, muss noch in weiteren Tests nachgewiesen werden. Als nächste Entwicklungsschritte planen die Partner die Übertragung auf großformatige Module sowie Prüfungen der Hagelbeständigkeit. Perspektiven sieht das Projektteam insbesondere für leichte Moduldesigns, bedruckte Frontgläser und die Gebäude-integrierte Photovoltaik.
