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Wo Forschung und Industrie sich treffen

Eurac Research eröffnet ein neues Labor für die Herstellung von Prototypen von Photovoltaikmodulen

Andrea De Giovanni
Credit: Eurac Research | Andrea De Giovanni
by Andrea De Giovanni

Vom Entwurf bis zur Montage der Module, von den Indoor-Tests im Labor bis zu jenen unter freiem Himmel – das Photovoltaik-Prototyping-Labor des Instituts für Erneuerbare Energie ist ein Hub, an dem Universitäten und Industrie neue Technologien verwirklichen können.

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.

altCredit: Eurac Research | Andrea De Giovanni
Im neuen Labor des Instituts für Erneuerbare Energie von Eurac Research werden Photovoltaik-Prototypen entworfen, hergestellt und getestet.

„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.

altCredit: Eurac Research | Andrea De Giovanni
Photovoltaikmodule in verschiedenen Farben, frisch aus dem Laminiergerät.

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.

altCredit: Eurac Research | Andrea De Giovanni
Indem man winzige Proben der Materialien, aus denen die Photovoltaikmodule bestehen, in das Kalorimeter einführt, kann man ihre thermischen Eigenschaften 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.

altCredit: Eurac Research | Andrea De Giovanni
Das Spektralphotometer misst die optischen Eigenschaften der Materialien, aus denen Photovoltaikmodule hergestellt werden.

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.

altCredit: Eurac Research | Andrea De Giovanni
Im Inneren des Sonnensimulators verschmilzt die Strahlung zahlreicher verschiedenfarbiger LEDs zu einem weißlichen Lichtstrahl, der jenen der Sonne ähnelt. Dank dieser Maschine kann die Effizienz getestet werden, mit der die Module die Sonnenstrahlung in Strom umwandeln.

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.

altCredit: Eurac Research | Andrea De Giovanni
In der Klimakammer können extreme Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen simuliert werden, um die Widerstandsfähigkeit der Photovoltaikmodule zu testen.

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.

altCredit: Eurac Research | Ivo Corrà
Auf dem Freigelände des Instituts für Erneuerbare Energie wird eine echte Anlage nachgebaut.

„In unserem Labor können die Produktionsfirmen von Photovoltaikmodulen die Änderungen, die sie an ihren Produkten vornehmen möchten, testen und deren Wirksamkeit messen“, erklärt David Moser, Leiter der Photovoltaik-Forschungsgruppe von Eurac Research. „Das neue Labor ist eine Infrastruktur, die Forschung und Unternehmen verbindet, aber auch Unternehmen, die verschiedene Komponenten herstellen, ermöglicht ihre Wirksamkeit zu testen, indem sie sie zu einem einzigen Photovoltaikmodul kombinieren.“

Die Entwicklung, der Bau und das Testen von PV-Prototypen ermöglicht es, eine Reihe von besonderen Anforderungen zu erfüllen. „Denken Sie an die Agri-Photovoltaik“, beginnt Gabriella Gonnella. „In diesem Sektor werden Module benötigt, die, wenn sie über den landwirtschaftlichen Anlagen angebracht werden, die Sonneneinstrahlung nicht vollständig abschirmen und das Wachstum der Pflanzen beeinträchtigen. In unserem Labor bewerten wir die optischen Eigenschaften der Komponenten von Photovoltaikmodulen, unter anderem auch wie viel Licht sie durchdringen kann“.

Und dann ist da noch die Frage der Eingliederung der Module in ihr Umfeld. Um das ästhetische Erscheinungsbild von Gebäuden zu erhalten, werden manchmal Module benötigt, die unbemerkt bleiben und die Fassaden oder Dächer nicht entstellen. Durch Tests mit verschiedenfarbigen Gläsern und unterschiedlichen Polymerplatten ist es möglich, Technologien zu entwickeln, die auch diesem Bedarf gerecht werden.

altCredit: Eurac Research | Andrea De Giovanni
Ein frisch „gebackenes“ Modul, bereit zum Test.
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