Solarmodul für halbschattige Plätzchen

Beim Einsatz von Photovoltaikmodulen im urbanen Raum kommt es häufig zu Teilverschattungen, die im Laufe der Nutzungsdauer zu erheblichen Energieverlusten und einer höheren thermischen Belastung führen.

In Wohn- und Industriegebieten sorgen Dächer, Schornsteine oder Bäume für mehr Schatten-Spots als bei Solarmodulen auf Freiflächen. Die Folge sind Energieverluste, höhere thermische Belastung oder gar der Totalverlust der Modulleistung. 

Eine ungünstige Verschattung kann zur Überhitzung eines Bereichs eines Solarmoduls führen. Diese Hotspots beeinträchtigen die Zuverlässigkeit, etwa durch eine verstärkte Alterung der Polymere, die in Verkapselungsmaterialien der Solarzellen eingesetzt werden.

Im Projekt SegmentPV wird nunbis Septmeber 2025 ein modifiziertes Hot-Spot-Freies (HSF) Photovoltaikmodul entwickelt, das durch Segmentierung des Modul-Layouts und den Einsatz integrierter Bypass-Dioden einen höheren Energieertrag und eine geringere Hot-Spot-Gefahr bietet und somit speziell für den Einsatz unter Teilverschattungsbedingungen optimiert ist.

Bei den Arbeiten am Fraunhofer CSP stehen insbesondere die Charakterisierung und Bewertung von Solarzellen und integrierten Dioden im Fokus, etwa die Untersuchung von diversen Zelltechnologien (PERC, TOPCON, HJT) hinsichtlich des Rückwärtsdurchbruchsverhaltens unter Beleuchtung. Das temperaturabhängige Verhalten der integrierten aktiven und passiven Bypass-Dioden wird geprüft, um optimale Bypass-Dioden für den Einsatzzweck zu identifizieren, die möglichst geringe Verluste mit sich bringen und somit auch einer Temperaturentwicklung standhalten sollen. Auf der Grundlage von Simulationen hat AESOLAR diverse Layouts für die Segmentierung der Modulfläche erstellt und neue Moduldesigns entwickelt. Die besten Designs wurden als Prototypen für weitere Untersuchungen in Labor und Freifeld von Aesolar gefertigt.

Um die Qualität und Effizienz dieser neuen Module sicherzustellen, hat das Fraunhofer CSP umfassende Tests entwickelt. Zur Sicherstellung der Zuverlässigkeit der Module wurden Dauerstresstests mit thermomechanischen Stresszyklen sowie Verschattungstests im Labor durchgeführt. Ein neuartiger Hot-Spot-Test mit alternierenden Betriebsbedingungen identifiziert potenzielle Probleme im Dauerbetrieb, während ein spezieller Bypass-Dioden-Test die Langlebigkeit auch im Modulverbund demonstrieren soll. Diese Prüfungen werden aktuell auf die Prototypen angewendet und liefern erste positive Ergebnisse. Bis zum Projektende im September sollen die Untersuchungen zur Langzeitzuverlässigkeit abgeschlossen sein und die Ertragssteigerung auch unter Freiluftbedingungen demonstriert werden.

"Mit dem neuen HSF-Modul können wir die Energieausbeute von Photovoltaikanlagen deutlich steigern und gleichzeitig die Systemkosten senken. Dies ist ein wichtiger Schritt zur stärkeren Nutzung erneuerbarer Energien in urbanen Gebieten", sagt Matthias Pander, Projektleiter am Fraunhofer CSP.

"Die neue Generation der Hot-Spot-Freien-Module wollen wir möglichst schnell auf den Markt bringen, um den Ertrag, die Effizienz und Zuverlässigkeit von PV-Modulen unter Teilverschattungsbedingungen zu verbessern und somit einen Beitrag zur Energiewende zu leisten", sagt Dr.-Ing. Hamed Hanifi, Technologie- und Innovationsdirektor bei Aesolar.

Die Ergebnisse des Projekts wird das Fraunhofer CSP auf der Intersolar Europe 2025 in München vorstellen. Vom 7. bis 9. Mai 2025 können Besucherinnen und Besucher das Fraunhofer CSP-Team in Halle A2 am Stand 212 treffen und sich über das Modul sowie weitere neue Entwicklungen informieren. »SegmentPV« wurde im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWK) gefördert.