de.wedoany.com-Bericht: Deutschland – Das Fraunhofer-Zentrum für Silizium-Photovoltaik (Fraunhofer CSP) hat in Zusammenarbeit mit dem Startup Exxosqel GmbH ein Solarmodul aus dünnem Glas entwickelt, das durch eine spezielle Glasbeschichtung den durch die dünnere Glasabdeckung verlorenen mechanischen Widerstand ausgleicht.
Dieser Demonstrator verwendet 1 mm dicke Vorder- und Rückglasscheiben mit einer Gesamtglasfläche von 300 mm × 200 mm. Das Modul nutzt Standardverkapselungsmaterialien für Solarmodule und besteht aus 1/4-Slice-Zellen von bifazialen M6-9-Busbar-PERC-Zellen. Diese 1/4-Slice-Zellen sind in Reihe geschaltet, wobei jede Zelle eine Ausgangsleistung von etwa 1,58 Watt liefert. Laut Ringo Köpge, Wissenschaftler am Fraunhofer CSP, wurde das Modul mit einem Standard-Photovoltaik-Laminierverfahren hergestellt, wobei die Prozessparameter wie Temperatur, Druck und Systemeinstellungen modifiziert wurden.
Die Beschichtung wird als eine mehrkomponentige reaktive Oberflächenbehandlung beschrieben, die direkt auf die Glasoberfläche aufgetragen wird. Sie reagiert chemisch mit den Hydroxylgruppen (Si–OH) an beschädigten Glasoberflächen und Mikrorissen und bildet kovalente Bindungen mit der Glasstruktur. Laut Exxosqel kann diese Reaktion Mikrorisse teilweise reparieren, die Oberflächensprödigkeit verringern und die mechanische Festigkeit des Glases erhöhen. Die so entstehende vernetzte Verbundschicht soll transparent und chemisch beständig bleiben, während sie einen zum Glas passenden Brechungsindex beibehält, um optische Verluste zu minimieren.
Thomas C. Sauer, CEO von Exxosqel, erklärte, dass die Technologie von der Struktur der Perlmuttmuschel inspiriert sei – bei der eine geringe Menge organischen Materials die Zähigkeit erheblich steigert – und eine stärkere Verbundoberfläche bei gleichzeitiger Wahrung von Transparenz und Haltbarkeit bilde. Die Technologie könne in bestehende Glasproduktions- oder -verarbeitungsprozesse integriert werden und ermögliche möglicherweise dünnere und leichtere Glasprodukte ohne Einbußen bei den mechanischen Eigenschaften. Das Unternehmen hat keine weiteren Details zur chemischen Zusammensetzung der Beschichtung preisgegeben.
Laut Labortests von Exxosqel stieg die Festigkeit von 2 mm dicken Glasproben von 79 MPa auf 364 MPa, bei 1 mm dicken Glasproben von 184 MPa auf über 1300 MPa. Das Unternehmen schätzt, dass dünnere Glassubstrate eine Gewichtsreduzierung von bis zu 40 % ermöglichen könnten, was den Materialverbrauch, den Energieaufwand und die Kohlenstoffemissionen verringert.
Ringo Köpge wies darauf hin, dass der Beschichtungsprozess nicht nur auf den Demonstrator beschränkt sei, sondern auch auf Standard-Solarmodule angewendet werden könne. Das Fraunhofer CSP sieht in der ultradünnen Glasbeschichtung eine Lösung für Anwendungen wie gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV), einschließlich Modulen mit bedruckten Frontabdeckungen und Leichtbaukonstruktionen.
Die Technologie verspricht, durch die Verwendung dünneren Glases die Herstellungskosten, den Materialverbrauch, das Modulgewicht sowie die damit verbundenen Transport- und Handhabungskosten zu senken. Allerdings wirft dünneres Glas auch Bedenken hinsichtlich der mechanischen Haltbarkeit vor Ort auf, insbesondere bei extremen Wetterbedingungen wie Hagel. Laut einer aktuellen Studie aus Indien könnten Solarmodule mit einer vorderen Glasdicke von 3,2 mm möglicherweise nicht ausreichen, um Stürme mit großen Hagelkörnern zu überstehen; es sollte mindestens 4 mm dickes Frontglas verwendet werden, um schwere Schäden zu vermeiden.
Sauer erklärte, dass allgemein angenommen werde, eine Verringerung der Glasdicke sei grundsätzlich nicht mit ausreichender Hagelbeständigkeit vereinbar. Ihre Technologie ziele darauf ab, diese traditionelle Einschränkung zu überwinden, indem sie einen völlig anderen Verstärkungsmechanismus einsetze, der die mechanischen Eigenschaften von der herkömmlichen Glasdickenbegrenzung entkopple. Hageltests an vollformatigen Modulen seien der nächste wichtige Entwicklungsschritt. Basierend auf den bisher erzielten mechanischen Ergebnissen sei das Team optimistisch, doch großflächige Modultests müssten noch die erforderlichen Nachweise liefern.
