Weiterentwicklung der Produktionstechnologien

In der Photovoltaik (PV) wandeln Solarzellen das Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Sie gilt als Schlüsseltechnologie für die weitere Dekarbonisierung der Energieversorgung.

Der PV-Maschinenbau in Europa beliefert einen internationalen Kundenkreis mit industriell wettbewerbsfähigen Produktionsanlagen und hocheffizienten Prozessen, zum Beispiel Anlagen zur Laserbearbeitung oder Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Für heimische Unternehmen ist es essentiell, sich mit Innovationen von der internationalen Konkurrenz abzuheben. Hierfür soll die Anlagen- und Prozesstechnik optimiert werden, um eine höhere Produktivität und bessere Servicequalität zu erzielen. Die Anlagen werden dabei stetig für einen maximalen Durchsatz und kurze Taktzeiten weiterentwickelt. Zudem soll die Energiebilanz durch die Optimierung des Energieeinsatzes in der Produktion verbessert werden. Dabei sollen Modelle der sich selbst überwachenden und steuernden Fabrik (Industrie 4.0) sowie des Internet of Things (IoT) angewandt werden. Ein weiterer Ansatz besteht darin, die Materialkosten durch Optimierung von Materialreinheit, -dicken und Materialausbeuten bis hin zur Einsparung von Funktionsschichten zu reduzieren.

Stromgestehungskosten senken

Zentraler Hebel für die weitere Senkung der Stromgestehungskosten ist die Steigerung des Energieertrages von PV-Modulen. Daher müssen  die Produktionstechnologien neue Verfahrensschritte aus den Labors abbilden und in die Massenfertigung einführen. Dies gilt sowohl für Module auf Basis von Silizium, der heute verbreitetsten Technologie, als auch für Dünnschichttechnologien.

Bei den Siliziumzellen und –modulen bieten neue passivierende Kontakte für beide Polaritäten hierfür eine große Chance. Dabei werden neue selektierende Schichtsysteme auf die Solarzelle aufgebracht, welche die Rekombination reduzieren und nur eine Ladungsträgersorte passieren lassen. Mit solchen Kontakten werden höhere Wirkungsgrade erreicht als mit ausschließlich diffundierten Kontakten. Wichtig ist auch ein effizientes Lichtmanagement im Modul, insbesondere durch weniger abgeschattete Bereiche bei neuen Zellverbindungskonzepten, weniger Zellzwischenräume und Randbereiche, den Einsatz lichtleitender Elemente oder Bifazialität. Darüber hinaus können durch neue und verbesserte Fertigungsprozesse Rohstoffe und Produktionskosten eingespart werden.

Gleichzeitig werden Innovationen für Dünnschichtsolarzellen aus dem Verbindungshalbleiter Kupfer-Indium-Gallium-Selenid/Sulfid (CIGS) auch deren Fertigungskosten weiter reduzieren und damit deren Marktchancen verbessern.

Lebensdauer und Qualität

Parallel zu den Fortschritten der Fertigungstechnologien erfolgt die Verbesserung der Lebensdauer sowie der Qualität auf Komponenten- und Systemebene. Dank quantitativer Methoden können neue Technologien oder Prozesse hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit, Rentabilität und Zuverlässigkeit beurteilt werden. In der Photovoltaik beinhaltet dies sowohl neue Messmethoden und Messgeräte sowie deren Überführung in Standards und Normen, als auch die quantitative Beschreibung der Alterung und Degradation und damit der Ökonomie durch Kosten- und Ertragsmodelle. Aufbauend auf früheren Entwicklungen sollen vor allem Methoden entwickelt werden, die eine ganzheitliche Betrachtung und Analyse der Photovoltaik von der Zelle bis zum Megawatt-Park erlauben. Dank dieser Big-data-basierten Datenanalyse werden die einzelnen Wertschöpfungsstufen miteinander vernetzt und somit neue Synergien erzielt.

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