Wo Forschung und Industrie sich treffen

Ausgehend von einer wenige Millimeter dicken, rechteckigen Glasscheibe entsteht ein Produkt, das in der Lage ist, Sonnenstrahlen in elektrische Energie umzuwandeln. Der Prozess, der von einem scheinbar einfachen Grundmaterial zu einem so komplexen Objekt führt, findet ab heute im Institut für Erneuerbare Energie von Eurac Research statt.

„Wir können uns die Montage eines Photovoltaikmoduls wie die Zubereitung eines Rezepts vorstellen“, sagt Jordi Veirman, Senior-Forscher im Bereich Forschung und Entwicklung. „Wir haben eine Liste von Zutaten, die alle in einer bestimmten Reihenfolge hinzugefügt werden müssen und je nach Anwendungsbereich des Moduls, ändert sich das Rezept.“ Jedes Modul besteht aus einer ersten Glasschicht, auf die eine Schicht aus Verkapselungsmaterial aufgebracht wird, den Solarzellen, die durch Kupferstreifen verbunden sind, einer weiteren Schicht aus Verkapselungsmaterial und schließlich einer Rückwandfolie. Das Verkapselungsmaterial umschließt und hält die Solarzellen zusammen und schützt sie vor Feuchtigkeit, Staub und UV-Strahlung. Wurden alle Zutaten des „Rezepts“ beigegeben, werden sie in den „Ofen“ geschoben. Das neue Labor verfügt über ein Laminiergerät, das die Komponenten erhitzt, presst und so zusammenfügt, dass am Ende ein fertiges Modul entsteht.

Wie bei jedem Rezept müssen die Komponenten des Moduls bei der richtigen Temperatur und für die richtige Zeit „gebacken“ werden, damit die Zubereitung erfolgreich ist. "Um resistente Photovoltaikmodule zu erhalten, müssen die Molekülketten, aus denen die Verkapselungsmasse besteht, eine ausreichende Anzahl von Bindungen miteinander bilden“, erklärt Jordi Veirman. Temperatur und Zeit, bei denen sich diese Bindungen formen, ohne dabei die mechanischen Eigenschaften der Verkapselungsmasse zu verändern, werden mit einem anderen Instrument bestimmt: dem Dynamischen Differenzkalorimeter. Mit diesem Gerät lassen sich die idealen Bedingungen für die Herstellung von qualitativ hochwertigen Modulen bestimmen.

Während das Dynamische Differenzkalorimeter die thermischen Charakteristiken von Materialien misst, bestimmt das Spektralphotometer deren optische Eigenschaften. „Mit dem Spektralphotometer können wir zum Beispiel messen, wie viel Licht durch die Glasschicht des Moduls dringt und die Photovoltaikzellen erreicht“, sagt Gabriella Gonnella, Fachingenieurin für erneuerbare Energien.

Sobald die Module aus dem „Ofen“ kommen, testen die Forscher und Forscherinnen des Instituts für Erneuerbare Energie ihre Funktionalität und Zuverlässigkeit. Der Strom- und Spannungstester, der durch einen Sonnensimulator ergänzt wird, misst etwa die Effizienz, mit der das Modul Sonnenlicht in Strom umwandelt. In diesem Gerät verschmilzt die Strahlung zahlreicher verschiedenfarbiger LEDs zu einem weißlichen Lichtstrahl, der das Licht der Sonne simuliert.

In der Klimakammer werden die Module hingegen extremen Temperaturen sowie unterschiedlichen Feuchtigkeitsstufen ausgesetzt. Auf diese Weise wird die Widerstandsfähigkeit der Photovoltaikmodule gegenüber den Umweltbedingungen, denen sie im Freien ausgesetzt sein könnten, getestet.

Der letzte Schritt der im Photovoltaik-Prototyping-Labor durchgeführten Tests besteht darin, die produzierten Photovoltaik-Module auf dem Freigelände des Instituts für Erneuerbare Energie zu prüfen, wo eine reale Anlage nachgebaut wurde.